JP7415218B2 - Tetracarboxylic dianhydride, polyamic acid, polyimide and polyimide solution - Google Patents
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Description
本発明は、高溶媒溶解性、耐熱性及び寸法安定性に優れたポリイミド及び該ポリイミドを与えるテトラカルボン酸二無水物に関する。 The present invention relates to a polyimide with high solvent solubility, excellent heat resistance and dimensional stability, and a tetracarboxylic dianhydride that provides the polyimide.
ポリイミドは現存する樹脂の中では最高ランクの耐熱性・難燃性および優れた機械的特性を有するため、エレクトロニクス分野を中心に様々な用途の絶縁部材に適用されている。特にポリイミドの中でも、その骨格に芳香環や複素環を有するポリイミドは耐熱性・難燃性に優れる一方、一般の有機溶媒に不溶で、高温でも溶融しないため、ポリイミド自身を加工することが困難である。 Polyimide has the highest heat resistance, flame retardancy, and excellent mechanical properties among existing resins, so it is used in insulating materials for a variety of applications, mainly in the electronics field. Among polyimides in particular, polyimides with aromatic or heterocyclic rings in their skeletons have excellent heat resistance and flame retardancy, but they are insoluble in general organic solvents and do not melt even at high temperatures, making it difficult to process polyimides themselves. be.
そのため、骨格に芳香環や複素環を有するポリイミドフィルム等の成形品を得る為には、通常、テトラカルボン酸二無水物とジアミンをアミド系溶媒中室温で等モル重付加反応してポリアミド酸を含む溶液(ワニス)とし、該ワニスを基板上に塗布・乾燥してフィルム状に成型した後、これを350℃以上の高温で熱処理(脱水閉環反応または熱イミド化反応と呼ばれる)することでポリイミドフィルムを作製する工程が一般的である。この工程は通常ポリイミドフィルム単体や銅張積層板を製造する際に適用される。 Therefore, in order to obtain molded products such as polyimide films that have aromatic rings or heterocycles in their skeletons, polyamic acid is usually produced by polyaddition of tetracarboxylic dianhydride and diamine in equimolar amounts at room temperature in an amide solvent. After applying the varnish onto a substrate and drying it to form a film, this is heat-treated at a high temperature of 350°C or higher (called a dehydration ring-closing reaction or a thermal imidization reaction) to form a polyimide. The process of making a film is common. This process is usually applied when producing a single polyimide film or a copper-clad laminate.
しかしながら、様々な電子部品を電子回路上に実装した後にポリイミド絶縁層を形成する場合、絶縁層と共存する電子部品の破損を避ける必要があり、そのため、上記した高温処理を必須とする方法によりポリイミドフィルムを製造することができない。 However, when forming a polyimide insulating layer after mounting various electronic components on electronic circuits, it is necessary to avoid damage to the electronic components that coexist with the insulating layer. Unable to produce film.
この問題を解決するための方法として、溶媒溶解性(溶液加工性)ポリイミドを用いる方法が有効である。その場合、ポリイミドワニスを、絶縁層を形成させたい場所に塗布した後、乾燥するだけで容易に耐熱性絶縁層を形成することが可能になる。 An effective method for solving this problem is to use a solvent-soluble (solution processable) polyimide. In that case, it becomes possible to easily form a heat-resistant insulating layer by simply applying polyimide varnish to a location where an insulating layer is desired to be formed and then drying the polyimide varnish.
そこで、元来溶媒に不溶なポリイミドに溶媒溶解性を付与するためには、一般にポリイミドの分子構造中に大きく折れ曲がった構造単位や嵩高い側鎖を導入して、分子間力を低減する方法がとられる(例えば非特許文献1参照)。 Therefore, in order to impart solvent solubility to polyimide, which is originally insoluble in solvents, it is generally recommended to reduce intermolecular forces by introducing greatly bent structural units or bulky side chains into the polyimide's molecular structure. (For example, see Non-Patent Document 1).
しかしながら、上記構造を有するポリイミドは、上記構造を有さないポリイミドと比べ耐熱性、より具体的にはガラス転移温度(Tg)が低下する。そのため、ポリイミドの優れた溶液加工性と高い耐熱性(高いTg)を両立することは原理的に容易ではない。 However, the polyimide having the above structure has a lower heat resistance, more specifically, a lower glass transition temperature (T g ) than a polyimide without the above structure. Therefore, it is not easy in principle to achieve both the excellent solution processability and high heat resistance (high T g ) of polyimide.
また、近年電子回路の高精細化に伴い、ポリイミドフィルムによって形成される絶縁層自身の熱寸法安定性の要求が高まりつつある。絶縁層の熱寸法安定性が低い場合、各種デバイス製造工程における様々な熱サイクルの際に、絶縁層が大きく熱膨張―熱収縮を繰り返すこととなり、発生した応力が原因で金属層等異種接合界面における接着不良・剥離、脆弱な無機電極回路の破断、電子部品の位置ずれおよび積層体の反り等の悪影響が生じる恐れがある。 Furthermore, as electronic circuits have become more sophisticated in recent years, there has been an increasing demand for thermal dimensional stability of the insulating layer itself formed of polyimide films. If the thermal dimensional stability of the insulating layer is low, the insulating layer will repeatedly undergo large thermal expansion and contraction during various thermal cycles in various device manufacturing processes, and the stress generated will cause the bonding interface of dissimilar metal layers, etc. There is a risk of adverse effects such as poor adhesion and peeling, breakage of fragile inorganic electrode circuits, misalignment of electronic components, and warping of laminates.
絶縁層の熱寸法安定性を改善するためには、できるだけ線熱膨張係数(以下CTEと称することがある)を低くすればよいが、上述の通り、溶液加工性を確保するためにポリイミドの分子構造中に大きく折れ曲がった構造単位や嵩高い側鎖を導入すると、CTEの増加も招くことが知られている(例えば非特許文献2参照)。そのため、ポリイミドの溶液加工性と熱寸法安定性、即ち低熱膨張特性を両立することも原理的に容易ではなかった。 In order to improve the thermal dimensional stability of the insulating layer, the coefficient of linear thermal expansion (hereinafter sometimes referred to as CTE) should be made as low as possible, but as mentioned above, in order to ensure solution processability, polyimide molecules It is known that introducing a largely bent structural unit or a bulky side chain into the structure also causes an increase in CTE (see, for example, Non-Patent Document 2). Therefore, it has not been easy in principle to achieve both solution processability and thermal dimensional stability, that is, low thermal expansion properties of polyimide.
本発明は、優れた溶液加工性、耐熱性および熱寸法安定性を兼ね備えたポリイミドおよび、該ポリイミドのモノマーであるテトラカルボン酸二無水物を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a polyimide that has excellent solution processability, heat resistance, and thermal dimensional stability, and a tetracarboxylic dianhydride that is a monomer of the polyimide.
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意研究した結果、以下に示すテトラカルボン酸二無水物から得られるポリイミドが、優れた溶液加工性、耐熱性および熱寸法安定性を兼ね備えることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to solve the above problems, the present inventors discovered that a polyimide obtained from the tetracarboxylic dianhydride shown below has excellent solution processability, heat resistance, and thermal dimensional stability. The present invention has now been completed.
即ち本発明の要旨は以下に示すものである。 That is, the gist of the present invention is shown below.
〔1〕下記一般式(1): [1] General formula (1) below:
(一般式(1)中、X1はエステル基またはエーテル基を表す。)
で表されるテトラカルボン酸二無水物。
(In general formula (1), X 1 represents an ester group or an ether group.)
Tetracarboxylic dianhydride represented by
〔2〕下記一般式(2): [2] General formula (2) below:
で表される繰り返し単位を有するポリアミド酸。
A polyamic acid having a repeating unit represented by:
〔3〕下記一般式(3): [3] General formula (3) below:
で表される繰り返し単位を有するポリイミド。
A polyimide having a repeating unit represented by
〔4〕〔3〕に記載のポリイミドを固形分濃度で5重量%以上含むポリイミド溶液。 [4] A polyimide solution containing the polyimide according to [3] in a solid content concentration of 5% by weight or more.
〔5〕〔3〕に記載のポリイミドを含むポリイミドフィルム。 [5] A polyimide film containing the polyimide according to [3].
〔6〕ガラス転移温度が250℃以上である、〔3〕に記載のポリイミド、又は〔5〕に記載のポリイミドフィルム。 [6] The polyimide according to [3] or the polyimide film according to [5], which has a glass transition temperature of 250° C. or higher.
本発明によれば、前述した技術常識からは両立することが困難とされた、優れた溶液加工性と、耐熱性および熱寸法安定性(低線熱膨張性)とを同時に兼ね備えるポリイミド、及び該ポリイミドを与えるテトラカルボン酸二無水物が製造可能となる。 According to the present invention, a polyimide that simultaneously has excellent solution processability, heat resistance and thermal dimensional stability (low linear thermal expansion), which was difficult to achieve based on the above-mentioned common technical knowledge, and It becomes possible to produce tetracarboxylic dianhydride which gives polyimide.
<本発明のテトラカルボン酸二無水物及びその製造方法>
本発明のポリイミドのモノマーである、本発明のテトラカルボン酸二無水物は上記一般式(1)で表される。上記一般式(1)中、X1はエステル基またはエーテル基を表し、テトラカルボン酸二無水物の製造容易性の観点からエステル基が好ましい。
<Tetracarboxylic dianhydride of the present invention and method for producing the same>
The tetracarboxylic dianhydride of the present invention, which is a monomer of the polyimide of the present invention, is represented by the above general formula (1). In the above general formula (1), X 1 represents an ester group or an ether group, and an ester group is preferable from the viewpoint of ease of manufacturing the tetracarboxylic dianhydride.
上記一般式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物は、スピロ[フルオレン-9,9’-キサンテン]-2,7’-ジオール(以下式(4): The tetracarboxylic dianhydride represented by the above general formula (1) is spiro[fluorene-9,9'-xanthene]-2,7'-diol (the following formula (4):
本発明の上記式(4)で表されるビスフェノールは、酸存在下、9-フルオレノン(以下、フルオレノンと称することもある)とレゾルシン及びヒドロキノンとを反応させることにより製造される(以下、ビスフェノール化反応と称することがある)。 The bisphenol represented by the above formula (4) of the present invention is produced by reacting 9-fluorenone (hereinafter sometimes referred to as fluorenone) with resorcinol and hydroquinone in the presence of an acid (hereinafter referred to as bisphenolization). (sometimes called a reaction).
レゾルシン及びヒドロキノンの合計使用量は通常、フルオレノン1モルに対し2~15モルであり、上記式(4)で表されるビスフェノールをより収率良く得る観点から、好ましくは4~12モル使用する。また、レゾルシンとヒドロキノンの使用比率は通常、モル比で、レゾルシン:ヒドロキノン=10:90~90:10、より収率良く上記式(4)で表されるビスフェノールを得る観点から、好ましくは20:80~60:40、さらに好ましくは、20:80~50:50とする。 The total amount of resorcinol and hydroquinone used is usually 2 to 15 mol per 1 mol of fluorenone, and preferably 4 to 12 mol from the viewpoint of obtaining the bisphenol represented by the above formula (4) in a higher yield. In addition, the molar ratio of resorcinol and hydroquinone is usually 10:90 to 90:10, preferably 20:1 from the viewpoint of obtaining the bisphenol represented by the above formula (4) in a higher yield. The ratio is 80 to 60:40, more preferably 20:80 to 50:50.
ビスフェノール化反応に使用される酸として例えば無機酸、有機酸等各種の酸が使用可能であり、具体的に無機酸としては、硫酸、塩化水素、塩酸、リン酸、ヘテロポリ酸、ゼオライト、粘土鉱物等が例示され、有機酸としては、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、酸性イオン交換樹脂等が例示される。これら酸の中でも入手性、取扱性の観点から塩酸、又はパラトルエンスルホン酸が好適に用いられる。酸の使用量は通常、フルオレノン1モルに対し0.01~5.0モルであり、十分な反応速度を得る観点及び後処理の容易さの観点から好ましくはフルオレノン1モルに対し0.05~1.0モル使用する。これら酸は1種、あるいは必要に応じ2種以上併用してもよい。 Various acids such as inorganic acids and organic acids can be used as acids used in the bisphenolization reaction.Specifically, inorganic acids include sulfuric acid, hydrogen chloride, hydrochloric acid, phosphoric acid, heteropolyacids, zeolites, and clay minerals. Examples of the organic acids include methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, and acidic ion exchange resins. Among these acids, hydrochloric acid or para-toluenesulfonic acid is preferably used from the viewpoint of availability and handling. The amount of acid used is usually 0.01 to 5.0 mol per mol of fluorenone, and preferably 0.05 to 5.0 mol per mol of fluorenone from the viewpoint of obtaining a sufficient reaction rate and ease of post-treatment. Use 1.0 mol. These acids may be used alone or in combination of two or more if necessary.
ビスフェノール化反応を実施する際、反応速度向上の観点から含硫黄化合物を共存させてもよい。使用可能な含硫黄化合物として例えば、メルカプトカルボン酸類、アルキルメルカプタン類、アラルキルメルカプタン類及びこれらの塩類等が挙げられる。具体的に例えばチオ酢酸、β-メルカプトプロピオン酸、α-メルカプトプロピオン酸、チオグリコール酸、チオシュウ酸、メルカプトコハク酸、メルカプト安息香酸、n-ブチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン等のC1-16アルキルメルカプタン等が挙げられる。これら含硫黄化合物の中でも、工業的な取扱性の良さからドデシルメルカプタン及びβ-メルカプトプロピオン酸が好適に用いられる。これら含硫黄化合物を使用する場合の使用量は、フルオレノン1重量部に対し通常0.01~1.0重量部、十分な反応速度を得る観点及び後処理の容易さの観点から、好ましくはフルオレノン1重量部に対し0.01~0.50重量部である。これら含硫黄化合物は1種、あるいは必要に応じ2種以上併用してもよい。 When carrying out the bisphenolization reaction, a sulfur-containing compound may be present in order to improve the reaction rate. Examples of usable sulfur-containing compounds include mercaptocarboxylic acids, alkylmercaptans, aralkylmercaptans, and salts thereof. Specifically, for example, C 1-16 alkyl mercaptans such as thioacetic acid, β-mercaptopropionic acid, α-mercaptopropionic acid, thioglycolic acid, thioxalic acid, mercaptosuccinic acid, mercaptobenzoic acid, n-butylmercaptan, and dodecylmercaptan. can be mentioned. Among these sulfur-containing compounds, dodecyl mercaptan and β-mercaptopropionic acid are preferably used because of their ease of industrial handling. When using these sulfur-containing compounds, the amount used is usually 0.01 to 1.0 parts by weight per 1 part by weight of fluorenone, and preferably fluorenone from the viewpoint of obtaining a sufficient reaction rate and ease of post-treatment. The amount is 0.01 to 0.50 parts by weight per 1 part by weight. These sulfur-containing compounds may be used alone or in combination of two or more if necessary.
ビスフェノール化反応を実施する際、必要に応じ溶媒存在下で反応を実施してもよい。使用可能な溶媒としては、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素類などが例示される。脂肪族炭化水素類としては、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン等が例示され、芳香族炭化水素類としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等が例示され、エーテル類としては、ジエチルエーテルなどのジアルキルエーテル類、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類が例示され、ハロゲン化炭化水素類としては、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等の脂肪族ハロゲン化炭化水素類、及びクロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の芳香族ハロゲン化炭化水素類が例示される。これら溶媒の中でも、入手性や取扱性、反応速度、反応選択性の観点からトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類が好適に使用される。これら溶媒を使用する場合の使用量は、フルオレノン1重量部に対し通常0.1~20重量部、十分な反応速度を得る観点及び経済的な観点から、好ましくはフルオレノン1重量部に対し5~10重量部使用する。これら溶媒は1種、あるいは必要に応じ2種以上併用してもよい。 When carrying out the bisphenolation reaction, the reaction may be carried out in the presence of a solvent if necessary. Examples of usable solvents include aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, ethers, and halogenated hydrocarbons. Examples of aliphatic hydrocarbons include hexane, heptane, octane, and decane; examples of aromatic hydrocarbons include benzene, toluene, xylene, and ethylbenzene; examples of ethers include dialkyl ether such as diethyl ether; Examples include ethers, cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, and examples of halogenated hydrocarbons include aliphatic halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform and carbon tetrachloride, and aromatic ethers such as chlorobenzene and dichlorobenzene. Examples include halogenated hydrocarbons. Among these solvents, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene are preferably used from the viewpoint of availability, handling, reaction rate, and reaction selectivity. When using these solvents, the amount used is usually 0.1 to 20 parts by weight per 1 part by weight of fluorenone, and preferably 5 to 20 parts by weight per 1 part by weight of fluorenone from the viewpoint of obtaining a sufficient reaction rate and from an economical viewpoint. Use 10 parts by weight. These solvents may be used alone or in combination of two or more if necessary.
ビスフェノール化反応にはフルオレノン、レゾルシン、ヒドロキノン及び酸、並びに必要に応じ含硫黄化合物及び溶媒を反応容器に入れ、通常内温50~200℃、好ましくは80~140℃、さらに好ましくは120℃~140℃で撹拌を行うことによって実施される。また、十分な反応速度を得る観点から必要に応じて、常圧あるいは減圧還流下、脱水しながら反応を実施してもよい。 For the bisphenolation reaction, fluorenone, resorcinol, hydroquinone, an acid, and if necessary a sulfur-containing compound and a solvent are placed in a reaction vessel, and the internal temperature is usually 50 to 200°C, preferably 80 to 140°C, more preferably 120 to 140°C. It is carried out by stirring at °C. Further, from the viewpoint of obtaining a sufficient reaction rate, the reaction may be carried out under normal pressure or reduced pressure under reflux while dehydrating.
ビスフェノール化反応後、得られた反応液を必要に応じ中和、水洗、濃縮、晶析、濾過等の常法により、上記式(4)で表されるビスフェノールを取り出すことができる。得られた上記式(4)で表されるビスフェノールは、再結晶、蒸留、吸着、カラムクロマトグラフィー等の常法により精製することも可能である。また、必要に応じ、得られた反応液をそのまま、後述する本発明のテトラカルボン酸二無水物の製造へと供してもよい。 After the bisphenolization reaction, the bisphenol represented by the above formula (4) can be extracted from the resulting reaction solution by conventional methods such as neutralization, washing with water, concentration, crystallization, and filtration, if necessary. The obtained bisphenol represented by the above formula (4) can also be purified by conventional methods such as recrystallization, distillation, adsorption, and column chromatography. Moreover, if necessary, the obtained reaction solution may be used as it is for the production of the tetracarboxylic dianhydride of the present invention, which will be described later.
続いて本発明のテトラカルボン酸二無水物(上記一般式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物)の製造方法について詳述する。まずはじめに、上記一般式(1)において、連結基X1がエステル基の場合、即ち、下記式(5): Next, the method for producing the tetracarboxylic dianhydride (tetracarboxylic dianhydride represented by the above general formula (1)) of the present invention will be described in detail. First of all, in the above general formula (1), when the linking group X 1 is an ester group, that is, the following formula (5):
上記式(5)で表されるテトラカルボン酸二無水物は、上記式(4)で表されるビスフェノールとトリメリット酸無水物誘導体とを用いてエステル化反応を行うことにより製造される。その際適用できる方法として、例えば、上記式(4)で表されるビスフェノールとトリメリット酸無水物のカルボキシル基を高温で直接脱水反応させる方法、ジシクロヘキシルカルボジイミド等の脱水試薬を用いて脱水縮合させる方法、上記式(4)で表されるビスフェノールのジアセテート化体とトリメリット酸無水物とを高温で反応させ脱酢酸してエステル化する方法(エステル交換法)、トリメリット酸無水物のカルボキシル基を酸ハライドに変換し、これと上記式(4)で表されるビスフェノールとを脱酸剤(塩基)の存在下で反応させる方法(酸ハライド法)、トシルクロリド/N,N-ジメチルホルムアミド/ピリジン混合物を用いてトリメリット酸無水物中のカルボキシル基を活性化してエステル化する方法等が挙げられる。上述の方法の中でもエステル交換法及び酸ハライド法が経済性、反応性および簡便性の点で好ましく適用できる。以下に酸ハライド法による製造方法(エステル化反応)について具体的に記載する。 The tetracarboxylic dianhydride represented by the above formula (5) is produced by performing an esterification reaction using the bisphenol represented by the above formula (4) and a trimellitic acid anhydride derivative. Methods that can be applied in this case include, for example, a method in which the carboxyl group of bisphenol represented by the above formula (4) and trimellitic anhydride is directly subjected to a dehydration reaction at high temperature, and a method in which dehydration condensation is performed using a dehydrating reagent such as dicyclohexylcarbodiimide. , a method of reacting the diacetate of bisphenol represented by the above formula (4) with trimellitic anhydride at high temperature to deacetate it and esterify it (ester exchange method), carboxyl group of trimellitic anhydride is converted into an acid halide and reacted with the bisphenol represented by the above formula (4) in the presence of a deoxidizing agent (base) (acid halide method), tosyl chloride/N,N-dimethylformamide/ Examples include a method of esterifying the carboxyl group in trimellitic anhydride by activating it using a pyridine mixture. Among the above-mentioned methods, the transesterification method and the acid halide method are preferably applied in terms of economy, reactivity, and simplicity. The production method (esterification reaction) using the acid halide method will be specifically described below.
まず反応容器に、上記式(4)で表されるビスフェノールを脱水した溶媒に溶かし、該溶液に、更に脱酸剤として塩基を添加し混合した溶液(以下、該溶液をA液と称する)を調製する。また、別の反応容器に、トリメリット酸無水物の酸ハライドを、脱水した溶媒に溶解した溶液(以下、該溶液をB液と称する)を調製する。続いて、撹拌しながら後述する温度にてB液にA液を添加する。添加終了後、後述する温度にて更に撹拌を実施することにより反応を完結させる。なお、撹拌中、析出物により攪拌が困難となった場合、適宜溶媒を添加してもよい。 First, in a reaction container, a solution (hereinafter referred to as solution A) is prepared by dissolving the bisphenol represented by the above formula (4) in a dehydrated solvent, and adding and mixing a base as a deoxidizing agent to the solution. Prepare. Further, in another reaction vessel, a solution (hereinafter, this solution is referred to as Solution B) in which the acid halide of trimellitic acid anhydride is dissolved in a dehydrated solvent is prepared. Subsequently, while stirring, liquid A is added to liquid B at a temperature described later. After the addition is complete, the reaction is completed by further stirring at the temperature described later. Note that during stirring, if stirring becomes difficult due to precipitates, a solvent may be added as appropriate.
上記エステル化反応の際に使用可能な溶媒は、反応原料と反応せず、原料を十分に溶解すればよく、具体的に例えばテトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、1,2-ジメトキシエタン-ビス(2-メトキシエチル)エーテル等のエーテル系溶媒、ピコリン、ピリジン等の芳香族アミン系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン等のケトン系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2-ジクロロエタン等の含ハロゲン溶媒、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジエチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン等のアミド系溶媒、ヘキサメチルホスホルアミド等の含リン溶媒、ジメチルスルホオキシド等の含イオウ溶媒、γ-ブチロラクトン、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒等が使用可能である。これらの溶媒は1種、あるいは必要に応じ2種類以上併用してもよい。これら溶媒の中でも、溶媒留去のしやすさの観点から、ケトン系溶媒及びエーテル系溶媒が好ましく、特にアセトン、テトラヒドロフランが好適に用いられる。 The solvent that can be used in the above esterification reaction may be one that does not react with the reaction raw materials and can sufficiently dissolve the raw materials, such as tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane-bis( Ether solvents such as 2-methoxyethyl) ether, aromatic amine solvents such as picoline and pyridine, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone and cyclopentanone, aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene, Halogen-containing solvents such as dichloromethane, chloroform, 1,2-dichloroethane, N-methyl-2-pyrrolidone, N,N-dimethylacetamide, N,N-diethylacetamide, N,N-dimethylformamide, 1,3-dimethyl- Amide solvents such as 2-imidazolidinone, phosphorus-containing solvents such as hexamethylphosphoramide, sulfur-containing solvents such as dimethyl sulfoxide, ester solvents such as γ-butyrolactone, ethyl acetate, butyl acetate, etc. can be used. be. These solvents may be used alone or in combination of two or more if necessary. Among these solvents, ketone solvents and ether solvents are preferred from the viewpoint of ease of solvent distillation, with acetone and tetrahydrofuran being particularly preferred.
溶媒の使用量としては、上記エステル化反応における溶質濃度が通常、5~50重量%の範囲となる量であり、副反応の抑制、反応収率、濾過工程、溶媒留去等の観点から、10~40重量%の範囲とすることが好ましい。 The amount of solvent used is such that the solute concentration in the esterification reaction is usually in the range of 5 to 50% by weight, and from the viewpoint of suppressing side reactions, reaction yield, filtration process, solvent distillation, etc. It is preferably in the range of 10 to 40% by weight.
上記エステル化反応に使用可能なトリメリット酸無水物の酸ハライドとしては、トリメリット酸無水物クロリド、トリメリット酸無水物ブロミド等が例示される。トリメリット酸無水物ハライドの使用量としては、上記式(4)で表されるビスフェノール1モルに対し通常2~10モル、反応率の向上、及び反応終了後の過剰なトリメリット酸無水物の酸ハライドの除去の容易さの観点から2.1~4モルが好ましい。 Examples of the acid halide of trimellitic anhydride that can be used in the esterification reaction include trimellitic anhydride chloride, trimellitic anhydride bromide, and the like. The amount of trimellitic anhydride halide to be used is usually 2 to 10 mol per 1 mol of bisphenol represented by the above formula (4), to improve the reaction rate and to remove excess trimellitic anhydride after the reaction is completed. From the viewpoint of ease of removal of acid halide, 2.1 to 4 mol is preferable.
上記エステル化反応において脱酸剤として使用する塩基は、使用する溶媒に可溶であり、反応原料と反応せず、副生する酸を中和可能であればよく、具体的に例えば、ピリジン、トリエチルアミン、N,N-ジメチルアニリン等の有機3級アミン類が使用可能であり、特に経済性が高く、かつ毒性が低いことからピリジンが好適に用いられる。これら塩基は1種、あるいは必要に応じ2種以上併用してもよい。塩基の使用量として例えば、上記式(4)で表されるビスフェノール1モルに対し2.1~20モルであり、反応率の向上、及び反応終了後の過剰な塩基の除去の容易さの観点から3 ~10モルがより好ましい。 The base used as a deoxidizing agent in the above esterification reaction only needs to be soluble in the solvent used, do not react with the reaction raw materials, and can neutralize by-produced acids. Specifically, for example, pyridine, Organic tertiary amines such as triethylamine and N,N-dimethylaniline can be used, and pyridine is particularly preferably used because it is highly economical and has low toxicity. These bases may be used alone or in combination of two or more as necessary. The amount of the base to be used is, for example, 2.1 to 20 moles per mole of bisphenol represented by the above formula (4), from the viewpoint of improving the reaction rate and making it easy to remove excess base after the reaction is completed. More preferably 3 to 10 moles.
上記エステル化反応は、B液にA液を添加する際は通常-78℃~5℃、好ましくは-30~5℃で実施する。添加後、同温度で0.5~48時間、好ましくは1~24時間撹拌を行う。なお、前記撹拌後、エステル化を完結させるため、更に0~100℃、好ましくは10~50℃で0.5~48時間、好ましくは1~24時間撹拌してもよい。 The above esterification reaction is usually carried out at -78°C to 5°C, preferably at -30 to 5°C when adding Part A to Part B. After the addition, stirring is performed at the same temperature for 0.5 to 48 hours, preferably 1 to 24 hours. After the stirring, the mixture may be further stirred at 0 to 100°C, preferably 10 to 50°C, for 0.5 to 48 hours, preferably 1 to 24 hours, in order to complete the esterification.
上述したエステル化反応終了後、反応により析出した析出物をそのまま濾別しても良く、また、生成物の回収率を高めるため、反応で使用した溶媒の一部又は全部を留去した後、析出物を濾別してもよい。 After the completion of the above-mentioned esterification reaction, the precipitate precipitated by the reaction may be directly separated by filtration, or in order to increase the recovery rate of the product, after distilling off part or all of the solvent used in the reaction, the precipitate may be separated by filtration. may be separated by filtration.
濾別した析出物は上記式(5)で表されるテトラカルボン酸二無水物と副生成物(塩酸塩)、および過剰量のトリメリット酸無水物の酸ハライドとの混合物であるため、まず析出物を無極性溶媒で洗浄して過剰のトリメリット酸無水物の酸ハライドを除去し、次いで水で洗浄し塩酸塩および過剰の塩基を除去することにより、上記式(5)で表されるテトラカルボン酸二無水物を得ることができる。なお、水洗後、該水洗工程により上記式(5)で表されるテトラカルボン酸二無水物の一部が加水分解を受ける場合があるため、得られた上記式(5)で表されるテトラカルボン酸二無水物を加熱真空乾燥することにより、閉環脱水処理を行ってもよい。また、前述の方法により得られた上記式(5)で表されるテトラカルボン酸二無水物は必要に応じ、再結晶、吸着、カラムクロマトグラフィー等の常法により精製してもよい。 The precipitate separated by filtration is a mixture of the tetracarboxylic dianhydride represented by the above formula (5), a by-product (hydrochloride), and an excess amount of the acid halide of trimellitic anhydride. By washing the precipitate with a non-polar solvent to remove excess acid halide of trimellitic anhydride, and then washing with water to remove hydrochloride and excess base, a product represented by the above formula (5) is obtained. Tetracarboxylic dianhydride can be obtained. In addition, after washing with water, a part of the tetracarboxylic dianhydride represented by the above formula (5) may undergo hydrolysis due to the water washing step, so the obtained tetracarboxylic dianhydride represented by the above formula (5) Ring-closing dehydration treatment may be performed by heating and vacuum drying the carboxylic dianhydride. Further, the tetracarboxylic dianhydride represented by the above formula (5) obtained by the above method may be purified by conventional methods such as recrystallization, adsorption, and column chromatography, if necessary.
続いて本発明のテトラカルボン酸二無水物(上記一般式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物)の内、上記一般式(1)において、連結基X1がエーテル基の場合、即ち、下記式(6): Subsequently, among the tetracarboxylic dianhydrides of the present invention (tetracarboxylic dianhydrides represented by the above general formula (1)), in the above general formula (1), when the linking group X 1 is an ether group, That is, the following formula (6):
上記式(6)で表されるテトラカルボン酸二無水物は、上記式(4)で表されるビスフェノールと、以下一般式(7) The tetracarboxylic dianhydride represented by the above formula (6) is a bisphenol represented by the above formula (4) and the following general formula (7).
で表されるN―置換ニトロフタルイミドとを縮合反応させて芳香族ビスイミド化合物を得、該芳香族ビスイミド化合物をアルカリ加水分解してテトラカルボン酸の塩とし、得られたテトラカルボン酸の塩を酸性化することでテトラカルボン酸とし、さらに脱水することにより得ることができる。
An aromatic bisimide compound is obtained by condensation reaction with N-substituted nitrophthalimide represented by the formula, and the aromatic bisimide compound is alkali hydrolyzed to obtain a tetracarboxylic acid salt, and the obtained tetracarboxylic acid salt is acidified. It can be obtained by converting into a tetracarboxylic acid and further dehydrating it.
上記式(4)で表されるビスフェノールと、上記一般式(7)で表されるN―置換ニトロフタルイミドとの縮合反応は、上記式(4)で表されるビスフェノールをジフェノキシドのアルカリ金属塩とし、これに対してN―置換ニトロフタルイミドを、温度20~250℃ 、好ましくは20~150℃ にて反応させることにより実施される。 The condensation reaction between the bisphenol represented by the above formula (4) and the N-substituted nitrophthalimide represented by the above general formula (7) is performed by converting the bisphenol represented by the above formula (4) into an alkali metal salt of diphenoxide. The reaction is carried out by reacting this with N-substituted nitrophthalimide at a temperature of 20 to 250°C, preferably 20 to 150°C.
上記一般式(7)で表されるN―置換ニトロフタルイミドとして例えば、N-フェニル-4-ニトロフタルイミド、N-メチル-4-ニトロフタルイミド等が挙げられる。上記一般式(7)で表されるN―置換ニトロフタルイミドの使用量として例えば、上記式(4)で表されるビスフェノール1モルに対し2モル以上、好ましくは2~3モルである。 Examples of the N-substituted nitrophthalimide represented by the above general formula (7) include N-phenyl-4-nitrophthalimide and N-methyl-4-nitrophthalimide. The amount of N-substituted nitrophthalimide represented by the above general formula (7) to be used is, for example, 2 mol or more, preferably 2 to 3 mol, per 1 mol of the bisphenol represented by the above formula (4).
縮合反応の際使用可能な有機溶媒として例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;1,2-ジクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;1,2-ジメトキシエタン、ジ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エチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン等のエーテル類, N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-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、スルホラン等の非プロトン性極性溶媒等を挙げることができる。これら有機溶媒は1種、あるいは必要に応じ2種以上併用してもよい。また、これら有機溶媒の使用量として例えば、縮合反応における溶質濃度が通常1~80重量%の範囲となる量であり、30~60重量%の範囲とすることが好ましい。 Examples of organic solvents that can be used in the condensation reaction include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; halogenated hydrocarbons such as 1,2-dichloroethane and chlorobenzene; Ethers such as 2-dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol ethyl methyl ether, diethylene glycol diethyl ether, tetrahydrofuran, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, dimethyl Examples include aprotic polar solvents such as sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, and sulfolane. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more if necessary. Further, the amount of these organic solvents to be used is such that the solute concentration in the condensation reaction is usually in the range of 1 to 80% by weight, preferably in the range of 30 to 60% by weight.
上記縮合反応により得られた芳香族ビスイミド化合物の、テトラカルボン酸塩への加水分解は例えば、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等の塩基と、芳香族ビスイミド化合物とを加熱撹拌することにより実施される。加水分解後、得られたテトラカルボン酸塩は例えば塩酸、硫酸等の鉱酸の水溶液によって酸性化することによりテトラカルボン酸とすることができ、得られたテトラカルボン酸を、例えば無水酢酸等の脱水剤を用いて加熱撹拌することによって脱水し、上記式(6)で表される酸二無水物とすることができる。前述の方法により得られた上記式(6)で表されるテトラカルボン酸二無水物は必要に応じ、再結晶、蒸留、吸着、カラムクロマトグラフィー等の定法により精製してもよい。 Hydrolysis of the aromatic bisimide compound obtained by the above condensation reaction to a tetracarboxylic acid salt is carried out, for example, by heating and stirring the aromatic bisimide compound and a base such as an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution. be done. After hydrolysis, the obtained tetracarboxylic acid salt can be made into a tetracarboxylic acid by acidifying with an aqueous solution of a mineral acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid, and the obtained tetracarboxylic acid can be converted into a tetracarboxylic acid by acidifying it with an aqueous solution of a mineral acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid. The acid dianhydride represented by the above formula (6) can be obtained by dehydration by heating and stirring using a dehydrating agent. The tetracarboxylic dianhydride represented by the formula (6) obtained by the above method may be purified by conventional methods such as recrystallization, distillation, adsorption, and column chromatography, if necessary.
<本発明のポリアミド酸及びポリイミド>
本発明のポリアミド酸は上記一般式(2)で表され、本発明のポリイミドは上記一般式(3)で表される。上記一般式(2)及び(3)中、X1はエステル基又はエーテル基を表し、上記一般式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物の製造容易性の観点からエステル基が好ましい。
<Polyamic acid and polyimide of the present invention>
The polyamic acid of the present invention is represented by the above general formula (2), and the polyimide of the present invention is represented by the above general formula (3). In the above general formulas (2) and (3), X 1 represents an ester group or an ether group, and an ester group is preferable from the viewpoint of ease of manufacturing the tetracarboxylic dianhydride represented by the above general formula (1). .
上記一般式(2)及び(3)中、Aは2価の芳香族基または脂肪族基を表す。本発明における2価の芳香族基または脂肪族基とは、上記一般式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物と後述する方法によって反応(重合)させる2価のアミン類(ジアミン)に由来する。 In the above general formulas (2) and (3), A represents a divalent aromatic group or an aliphatic group. The divalent aromatic group or aliphatic group in the present invention refers to divalent amines (diamines) that are reacted (polymerized) with the tetracarboxylic dianhydride represented by the above general formula (1) by the method described below. It originates from
2価の芳香族基を構成させる芳香族ジアミンとして例えば、p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、2,4-ジアミノトルエン、2,5-ジアミノトルエン、2,4-ジアミノキシレン、2,4-ジアミノデュレン、4,4’-メチレンジアニリン、4,4’-メチレンビス(3-メチルアニリン)、4,4’-メチレンビス(3-エチルアニリン)、4,4’-メチレンビス(2-メチルアニリン)、4,4’-メチレンビス(2-エチルアニリン)、4,4’-メチレンビス(3,5-ジメチルアニリン)、4,4’-メチレンビス(3,5-ジエチルアニリン)、4,4’-メチレンビス(2,6-ジメチルアニリン)、4,4’-メチレンビス(2,6-ジエチルアニリン)、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、3,3’-ジアミノジフェニルエーテル、2,4’-ジアミノジフェニルエーテル、2,2’-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ホン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ジアミノベンズアニリド、ベンジジン、3,3’-ジヒドロキシベンジジン、3,3’-ジメトキシベンジジン、o-トリジン、m-トリジン、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(3-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、4,4’-ビス(4-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)スルホン、ビス(4-(4-アミノフェノキシ)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-(4-アミノフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、p-ターフェニレンジアミン等が挙げられる。これらジアミンは、1種、あるいは必要に応じ2種以上併用してもよい。 Examples of the aromatic diamine constituting the divalent aromatic group include p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, 2,4-diaminotoluene, 2,5-diaminotoluene, 2,4-diaminoxylene, 2,4- Diaminodurene, 4,4'-methylene dianiline, 4,4'-methylenebis(3-methylaniline), 4,4'-methylenebis(3-ethylaniline), 4,4'-methylenebis(2-methylaniline) , 4,4'-methylenebis(2-ethylaniline), 4,4'-methylenebis(3,5-dimethylaniline), 4,4'-methylenebis(3,5-diethylaniline), 4,4'-methylenebis (2,6-dimethylaniline), 4,4'-methylenebis(2,6-diethylaniline), 4,4'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 3,3'-diaminodiphenyl ether, 2, 4'-diaminodiphenyl ether, 2,2'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminodiphenylsulfone, 4,4'-diaminobenzophenone, 3,3'-diaminobenzophenone, 4, 4'-diaminobenzanilide, benzidine, 3,3'-dihydroxybenzidine, 3,3'-dimethoxybenzidine, o-tolidine, m-tolidine, 2,2'-bis(trifluoromethyl)benzidine, 1,4- Bis(4-aminophenoxy)benzene, 1,4-bis(3-aminophenoxy)benzene, 1,3-bis(4-aminophenoxy)benzene, 1,3-bis(3-aminophenoxy)benzene, 4, 4'-bis(4-aminophenoxy)biphenyl, bis(4-(3-aminophenoxy)phenyl)sulfone, bis(4-(4-aminophenoxy)phenyl)sulfone, 2,2-bis(4-(4 -aminophenoxy)phenyl)propane, 2,2-bis(4-(4-aminophenoxy)phenyl)hexafluoropropane, 2,2-bis(4-aminophenyl)hexafluoropropane, p-terphenylenediamine, etc. Can be mentioned. These diamines may be used alone or in combination of two or more if necessary.
2価の脂肪族基を構成させる脂肪族ジアミンとして例えば、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、4,4’-メチレンビス(3-メチルシクロヘキシルアミン)、4,4’-メチレンビス(3-エチルシクロヘキシルアミン)、4,4’-メチレンビス(3,5-ジメチルシクロヘキシルアミン)、4,4’-メチレンビス(3,5-ジエチルシクロヘキシルアミン)、イソホロンジアミン、トランス-1,4-シクロヘキサンジアミン、シス-1,4-シクロヘキサンジアミン、1,4-シクロヘキサンビス(メチルアミン)、2,5-ビス(アミノメチル)ビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン、2,6-ビス(アミノメチル)ビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン、3,8-ビス(アミノメチル)トリシクロ〔5.2.1.0〕デカン、1,3-ジアミノアダマンタン、2,2-ビス(4-アミノシクロヘキシル)プロパン、2,2-ビス(4-アミノシクロヘキシル)ヘキサフルオロプロパン、1,3-プロパンジアミン、1,4-テトラメチレンジアミン、1,5-ペンタメチレンジアミン、1,6-ヘキサメチレンジアミン、1,7-ヘプタメチレンジアミン、1,8-オクタメチレンジアミン、1,9-ノナメチレンジアミン等が挙げられる。これらジアミンは、1種、あるいは必要に応じ2種以上併用してもよい。 Examples of the aliphatic diamine constituting the divalent aliphatic group include 4,4'-methylenebis(cyclohexylamine), 4,4'-methylenebis(3-methylcyclohexylamine), and 4,4'-methylenebis(3-ethyl cyclohexylamine), 4,4'-methylenebis(3,5-dimethylcyclohexylamine), 4,4'-methylenebis(3,5-diethylcyclohexylamine), isophoronediamine, trans-1,4-cyclohexanediamine, cis- 1,4-Cyclohexanediamine, 1,4-cyclohexanebis(methylamine), 2,5-bis(aminomethyl)bicyclo[2.2.1]heptane, 2,6-bis(aminomethyl)bicyclo[2. 2.1] Heptane, 3,8-bis(aminomethyl)tricyclo[5.2.1.0]decane, 1,3-diaminoadamantane, 2,2-bis(4-aminocyclohexyl)propane, 2,2 -Bis(4-aminocyclohexyl)hexafluoropropane, 1,3-propanediamine, 1,4-tetramethylenediamine, 1,5-pentamethylenediamine, 1,6-hexamethylenediamine, 1,7-heptamethylenediamine , 1,8-octamethylenediamine, 1,9-nonamethylenediamine, and the like. These diamines may be used alone or in combination of two or more if necessary.
上述した芳香族または脂肪族ジアミンの中でも、剛直かつ直線的な構造のジアミンが好ましく、例えば2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(以下TFMBと称することがある)、が好適に用いられる。 Among the aromatic or aliphatic diamines mentioned above, diamines with a rigid and linear structure are preferred, and for example, 2,2'-bis(trifluoromethyl)benzidine (hereinafter sometimes referred to as TFMB) is preferably used. .
本発明のポリアミド酸及びポリイミドには、本発明にかかるポリイミドを重合する際の重合反応性およびポリイミドの特性を著しく損なわない範囲で、上記一般式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物以外の芳香族または脂肪族テトラカルボン酸二無水物由来の構成単位を有していてもよい。併用可能な芳香族テトラカルボン酸二無水物として例えば、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,2’,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ハイドロキノン-ビス(トリメリテートアンハイドライド)、メチルハイドロキノン-ビス(トリメリテートアンハイドライド)、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,4,3’,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,2’,3’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,4,3’,4’-ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,4,2’,3’-ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,3,2’,3’-ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,4,3’,4’-ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,4,2’,3’-ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,3,2’,3’-ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2’-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン酸二無水物、2,2’-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン酸二無水物等が挙げられる。 The polyamic acid and polyimide of the present invention include tetracarboxylic dianhydride represented by the above general formula (1) within a range that does not significantly impair the polymerization reactivity and properties of the polyimide when polymerizing the polyimide of the present invention. It may have a structural unit derived from an aromatic or aliphatic tetracarboxylic dianhydride other than the above. Examples of aromatic tetracarboxylic dianhydrides that can be used in combination include pyromellitic dianhydride, 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, and 2,3,3',4'-biphenyl. Tetracarboxylic dianhydride, 2,3,2',3'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, hydroquinone-bis(trimellitate anhydride), methylhydroquinone-bis(trimellitate anhydride), 1, 4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 3,4,3',4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 2, 3,3',4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 2,3,2',3'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 3,4,3',4'-biphenyl ether tetracarboxylic dianhydride Anhydride, 3,4,2',3'-biphenyl ether tetracarboxylic dianhydride, 2,3,2',3'-biphenyl ether tetracarboxylic dianhydride, 3,4,3',4' -biphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride, 3,4,2',3'-biphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride, 2,3,2',3'-biphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride, 2, Examples include 2'-bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropanoic dianhydride, 2,2'-bis(3,4-dicarboxyphenyl)propanoic dianhydride, and the like.
併用可能な脂肪族テトラカルボン酸二無水物として例えば、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、5-(ジオキソテトラヒドロフリル-3-メチル-3-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物、4-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)テトラリン-1,2-ジカルボン酸無水物、テトラヒドロフラン-2,3,4,5-テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。これらテトラカルボン酸二無水物は、1種、あるいは必要に応じ2種以上併用してもよい。 Examples of aliphatic tetracarboxylic dianhydrides that can be used in combination include bicyclo[2.2.2]oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, 5-(dioxotetrahydrofuryl) -3-methyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic anhydride, 4-(2,5-dioxotetrahydrofuran-3-yl)tetralin-1,2-dicarboxylic anhydride, tetrahydrofuran-2,3, 4,5-tetracarboxylic dianhydride, bicyclo-3,3',4,4'-tetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2, Examples include 3,4-cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, etc. These tetracarboxylic dianhydrides may be used alone or in combination of two or more as necessary.
本発明のポリイミドは、耐熱性(物理的耐熱性)の観点から、該ポリイミドのガラス転移温度が230℃以上であることが好ましく、250℃以上であることがより好ましい。ガラス転移温度の測定法については実施例の項で後述する。 From the viewpoint of heat resistance (physical heat resistance), the polyimide of the present invention preferably has a glass transition temperature of 230°C or higher, more preferably 250°C or higher. The method for measuring the glass transition temperature will be described later in the Examples section.
<本発明のポリイミド溶液>
本発明のポリイミド溶液は、上述したポリイミドと有機溶媒とを含有する。ポリイミド溶液中のポリイミド濃度は、ポリイミドフィルムの製造容易性の観点から、固形分濃度で5重量%以上であることが好ましく、ポリイミド溶液を用いて塗工されたフィルムの平滑性を確保する観点から5~40重量%、特に5~20重量%であることが好ましい。
<Polyimide solution of the present invention>
The polyimide solution of the present invention contains the above-mentioned polyimide and an organic solvent. The polyimide concentration in the polyimide solution is preferably 5% by weight or more in solid content from the viewpoint of ease of manufacturing the polyimide film, and from the viewpoint of ensuring the smoothness of the film coated using the polyimide solution. It is preferably 5 to 40% by weight, particularly 5 to 20% by weight.
本発明のポリイミド溶液に含まれる有機溶媒として例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドおよびN-メチル-2-ピロリドン等のアミド系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノンおよびシクロヘキサノン等のケトン系溶媒;テトラヒドロフラン、1,3-ジオキソランおよび1,4-ジオキサン等のエーテル系溶媒;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、γ-ブチロラクトン、α-アセトラクトン、β-プロピオラクトンおよびδ-バレロラクトン等のエステル系溶媒;メチルモノグライム(1,2-ジメトキシエタン)、メチルジグライム(ビス(2-メトキシエチル)エーテル)、メチルトリグライム(1,2-ビス(2-メトキシエトキシ)エタン)、メチルテトラグライム(ビス[2-(2-メトキシエトキシエチル)]エーテル)、エチルモノグライム(1,2-ジエトキシエタン)、エチルジグライム(ビス(2-エトキシエチル)エーテル)およびブチルジグライム(ビス(2-ブトキシエチル)エーテル)等の対称グリコールジエーテル系溶媒;ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールn-プロピルエーテル、ジプロピレングリコールn-プロピルエーテル、プロピレングリコールn-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールn-ブチルエーテル、トリプロピレングリコールn-プロピルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルおよびエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル系溶媒等を挙げることができる。これら有機溶媒は1種、あるいは必要に応じ2種以上併用してもよい。 Examples of organic solvents contained in the polyimide solution of the present invention include amide solvents such as N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, and N-methyl-2-pyrrolidone; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclopentane. ketone solvents such as non- and cyclohexanone; ether solvents such as tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane and 1,4-dioxane; methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, γ-butyrolactone, α-acetolactone, β-propio Ester solvents such as lactone and δ-valerolactone; methyl monoglyme (1,2-dimethoxyethane), methyl diglyme (bis(2-methoxyethyl) ether), methyl triglyme (1,2-bis(2- methoxyethoxy)ethane), methyltetraglyme (bis[2-(2-methoxyethoxyethyl)]ether), ethyl monoglyme (1,2-diethoxyethane), ethyldiglyme (bis(2-ethoxyethyl)ether) ) and symmetric glycol diether solvents such as butyl diglyme (bis(2-butoxyethyl) ether); dipropylene glycol methyl ether, tripropylene glycol methyl ether, propylene glycol n-propyl ether, dipropylene glycol n-propyl ether , propylene glycol n-butyl ether, dipropylene glycol n-butyl ether, tripropylene glycol n-propyl ether, propylene glycol phenyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether and ethylene glycol monoethyl Examples include ether solvents such as ether. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more if necessary.
上述した有機溶媒の中でもアミド系溶媒、ケトン系溶媒またはエーテル系溶媒、あるいはこれらの混合溶媒が好ましく、更には、ケトン系溶媒またはエーテル系溶媒単体か、あるいはこれらの混合溶媒での使用がより好ましい。これら有機溶媒の中でも、アミド系溶媒としては、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドおよびN-メチル-2-ピロリドン、ケトン系溶媒としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノンおよびシクロヘキサノン、エーテル系溶媒としてはメチルモノグライム(1,2-ジメトキシエタン)、メチルジグライム(ビス(2-メトキシエチル)エーテル)およびメチルトリグライム(1,2-ビス(2-メトキシエトキシ)エタン)等が特に好ましい。 Among the organic solvents mentioned above, amide solvents, ketone solvents, ether solvents, or mixed solvents thereof are preferable, and it is more preferable to use a single ketone solvent or ether solvent, or a mixed solvent thereof. . Among these organic solvents, amide solvents include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, and N-methyl-2-pyrrolidone, and ketone solvents include methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclopentanone, and Cyclohexanone, ether solvents include methyl monoglyme (1,2-dimethoxyethane), methyl diglyme (bis(2-methoxyethyl)ether) and methyl triglyme (1,2-bis(2-methoxyethoxy)ethane) etc. are particularly preferred.
本発明のポリイミド溶液には、得られるポリイミドフィルムの要求特性を損なわない範囲で、無機フィラー、接着促進剤、剥離剤、難燃剤、紫外線安定剤、界面活性剤、レベリング剤、消泡剤、蛍光増白剤、架橋剤、重合開始剤、感光剤等各種添加剤が含まれていてもよい。 The polyimide solution of the present invention contains inorganic fillers, adhesion promoters, release agents, flame retardants, ultraviolet stabilizers, surfactants, leveling agents, antifoaming agents, fluorescent Various additives such as a brightener, a crosslinking agent, a polymerization initiator, and a photosensitizer may be included.
本発明のポリイミド溶液から、公知の方法を適用することで容易にポリイミドフィルムを製造することができる。具体的に例えば、ガラス基板などの支持体上にポリイミド溶液を公知の方法、例えば、ドクターブレードなどを用いて塗布後、乾燥し、ポリイミドフィルムを作製することができる。また、銅箔等の金属箔上に公知の方法、例えば、ドクターブレードなどを用いて塗布後、乾燥し、ポリイミド/金属箔の積層フィルムを得ることができ、更に前記ポリイミド溶液を半導体やフレキシブル配線基板用の絶縁材料に適用する場合であれば、直接デバイス上にコーティングし、溶媒を乾燥させることで絶縁層が容易に形成できる。 A polyimide film can be easily produced from the polyimide solution of the present invention by applying a known method. Specifically, for example, a polyimide solution can be applied onto a support such as a glass substrate using a known method such as a doctor blade, and then dried to produce a polyimide film. Furthermore, it is possible to obtain a laminated film of polyimide/metal foil by coating it on a metal foil such as copper foil using a known method, for example, using a doctor blade, and drying it. When applied to an insulating material for a substrate, an insulating layer can be easily formed by directly coating the device and drying the solvent.
<本発明のポリアミド酸の製造方法>
本発明のポリアミド酸を製造する方法は特に限定されず、公知の方法を適用することができる。より具体的には、上述した本発明のポリアミド酸及びポリイミドを構成するジアミンを後述する重合溶媒に溶解し、これに上記一般式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物、及び必要に応じ併用するテトラカルボン酸二無水物を徐々に添加し、0~100℃、好ましくは20~60℃で、0.5~100時間、好ましくは1~72時間攪拌する。
<Method for producing polyamic acid of the present invention>
The method for producing the polyamic acid of the present invention is not particularly limited, and known methods can be applied. More specifically, the diamine constituting the polyamic acid and polyimide of the present invention described above is dissolved in the polymerization solvent described below, and the tetracarboxylic dianhydride represented by the above general formula (1) and, if necessary, Tetracarboxylic dianhydride used in combination is gradually added, and the mixture is stirred at 0 to 100°C, preferably 20 to 60°C, for 0.5 to 100 hours, preferably 1 to 72 hours.
ポリアミド酸を製造する際の溶媒(重合溶媒)は、モノマーおよび生成するポリアミド酸を溶解し、これらと反応しなければよく、具体的に例えば、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-ピロリドン等のアミド系溶媒、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトン、γ-カプロラクトン、ε-カプロラクトン、α-メチル-γ-ブチロラクトン、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソブチル等のエステル系溶媒、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールジメチルエーテル等のグリコール系溶媒、フェノール、m-クレゾール、p-クレゾール、o-クレゾール、3-クロロフェノール、4-クロロフェノール等のフェノール系溶媒、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジブチルエーテル等のエーテル系溶媒、その他汎用溶媒として、アセトフェノン、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、プロピレングリコールメチルアセテート、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、2-メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、ブタノール、エタノール、キシレン、トルエン、クロルベンゼン、ターペン、ミネラルスピリット、石油ナフサ系溶媒などが挙げられる。これら溶媒は1種、あるいは必要に応じ2種以上併用してもよい。 The solvent (polymerization solvent) used in producing polyamic acid should dissolve the monomer and the polyamic acid to be produced and do not react with them. Specifically, for example, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, etc. , amide solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, γ-caprolactone, ε-caprolactone, α-methyl-γ-butyrolactone, butyl acetate, ethyl acetate, Ester solvents such as isobutyl acetate, carbonate solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate, glycol solvents such as diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol, triethylene glycol dimethyl ether, phenol, m-cresol, p-cresol, o-cresol, Phenolic solvents such as 3-chlorophenol and 4-chlorophenol, cyclopentanone, cyclohexanone, acetone, ketone solvents such as methyl ethyl ketone, diisobutyl ketone, and methyl isobutyl ketone, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, dimethoxyethane, diethoxy Ether solvents such as ethane and dibutyl ether, and other general-purpose solvents include acetophenone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, sulfolane, dimethyl sulfoxide, propylene glycol methyl acetate, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, 2-methyl cellosolve acetate, Examples include ethyl cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate, butanol, ethanol, xylene, toluene, chlorobenzene, turpentine, mineral spirit, and petroleum naphtha-based solvents. These solvents may be used alone or in combination of two or more if necessary.
溶媒の使用量は、モノマー濃度が5~50重量%、好ましくは10~40重量%となる範囲とする。前記モノマー濃度範囲で重合を行うことにより均一で高重合度のポリアミド酸溶液を得ることができる。ポリアミド酸の重合度が増加しすぎて、重合溶液が攪拌しにくくなった場合、適宜前述した溶媒で希釈してもよい。 The amount of solvent used is such that the monomer concentration is 5 to 50% by weight, preferably 10 to 40% by weight. By carrying out polymerization within the above monomer concentration range, a uniform polyamic acid solution with a high degree of polymerization can be obtained. If the degree of polymerization of the polyamic acid increases too much and the polymerization solution becomes difficult to stir, it may be diluted with the above-mentioned solvent as appropriate.
テトラカルボン酸二無水物(上記一般式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物及び、必要に応じ併用するテトラカルボン酸二無水物の総量)とジアミンの使用比率(モル比)は、通常、テトラカルボン酸二無水物:ジアミン=0.9:1~1:0.9の範囲であるが、ポリアミド酸の重合度をできるだけ高くするとの観点から0.95:1~1:0.95の範囲であることがより好ましく、1:1であることが更に好ましい。 The usage ratio (mole ratio) of the tetracarboxylic dianhydride (the total amount of the tetracarboxylic dianhydride represented by the above general formula (1) and the tetracarboxylic dianhydride used together if necessary) and the diamine is as follows: Usually, the ratio of tetracarboxylic dianhydride:diamine is in the range of 0.9:1 to 1:0.9, but from the viewpoint of increasing the degree of polymerization of the polyamic acid as much as possible, it is 0.95:1 to 1:0. The ratio is more preferably in the range of 95, and even more preferably 1:1.
ポリアミド酸の重合溶液はそのまま後述するポリイミドの製造に供してもよく、また、大量の水やメタノール等の貧溶媒中に滴下・濾過・乾燥し、粉末として単離してもよい。 The polymerization solution of polyamic acid may be used as it is in the production of polyimide, which will be described later, or may be isolated as a powder by dropping it into a large amount of water or a poor solvent such as methanol, filtering, and drying.
上述した方法にて得られる本発明のポリアミド酸の固有粘度は、本発明のポリイミドフィルムの靭性、およびポリアミド酸溶液のハンドリング性の観点から、通常0.3~10.0dL/gの範囲であり、0.5~5.0dL/gの範囲であることが好ましい。なお、固有粘度の測定法は、実施例の項で後述する。 The intrinsic viscosity of the polyamic acid of the present invention obtained by the method described above is usually in the range of 0.3 to 10.0 dL/g from the viewpoint of the toughness of the polyimide film of the present invention and the handleability of the polyamic acid solution. , preferably in the range of 0.5 to 5.0 dL/g. Note that the method for measuring the intrinsic viscosity will be described later in the Examples section.
<本発明のポリイミドの製造方法>
本発明のポリイミドは、上記の方法で得られたポリアミド酸を脱水閉環反応(イミド化反応)することで製造することができる。イミド化反応の方法としては、熱イミド化反応と化学イミド化反応が例示される。
<Method for producing polyimide of the present invention>
The polyimide of the present invention can be produced by subjecting the polyamic acid obtained by the above method to a dehydration ring closure reaction (imidization reaction). Examples of the imidization reaction method include thermal imidization reaction and chemical imidization reaction.
熱イミド化反応は、ポリアミド酸溶液を無機ガラス、銅、アルミニウム、ステンレス、シリコン等からなる基板上に流延し、40~150℃、好ましくは50~120℃で乾燥することで、ポリアミド酸フィルムを形成する。これを基板上で真空中または窒素等の不活性ガス雰囲気中、200~400℃、好ましくは250~350℃で加熱することにより実施される。熱イミド化反応は真空中あるいは不活性ガス中で行うことが望ましいが、空気中で行うことも可能である。なお、ポリアミド酸溶液を調製するための溶媒としては、上述したポリアミド酸を製造する際に用いる溶媒と同様の溶媒が使用可能である。また、イミド化反応の副生成物である水を共沸留去するために、トルエンやキシレン等の水と共沸する溶媒を添加してもよく、またイミド化触媒としてγ―ピコリン等の塩基を添加してもよい。 The thermal imidization reaction is performed by casting a polyamic acid solution onto a substrate made of inorganic glass, copper, aluminum, stainless steel, silicon, etc., and drying it at 40 to 150°C, preferably 50 to 120°C, to form a polyamic acid film. form. This is carried out by heating the substrate at 200 to 400°C, preferably 250 to 350°C, in vacuum or in an inert gas atmosphere such as nitrogen. The thermal imidization reaction is preferably carried out in vacuum or in an inert gas, but it can also be carried out in air. In addition, as a solvent for preparing a polyamic acid solution, the same solvent as the solvent used when manufacturing the polyamic acid mentioned above can be used. In addition, in order to azeotropically distill off water, which is a byproduct of the imidization reaction, a solvent such as toluene or xylene that is azeotropic with water may be added, and a base such as γ-picoline may be used as an imidization catalyst. may be added.
また、本発明のポリイミドは、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを溶媒中高温で反応させることにより、ポリアミド酸を単離することなく、一段階で重合(ワンポット重合)することもできる。この際の重合温度は、溶媒の沸点にもよるが、通常150~250℃の範囲である。またポリイミドが用いた溶媒に不溶な場合、ポリイミドは沈殿として得られ、可溶な場合はポリイミドのワニスとして得られる。 Moreover, the polyimide of the present invention can also be polymerized in one step (one-pot polymerization) without isolating the polyamic acid by reacting a tetracarboxylic dianhydride and a diamine at high temperature in a solvent. The polymerization temperature at this time depends on the boiling point of the solvent, but is usually in the range of 150 to 250°C. Further, if the polyimide is insoluble in the solvent used, the polyimide is obtained as a precipitate, and if it is soluble, it is obtained as a polyimide varnish.
ワンポット重合の際に使用可能な溶媒として例えば、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、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン等の非プロトン性溶媒及びフェノール、クレゾール等のフェノール系溶媒が挙げられる。また、ワンポット重合の際に、イミド化反応の副生成物である水を共沸留去するために、トルエンやキシレン等を添加してもよく、イミド化触媒としてγ―ピコリン等の塩基を添加してもよい。 Examples of solvents that can be used in one-pot polymerization include aprotic solvents such as N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylsulfoxide, and γ-butyrolactone, as well as phenol and cresol. Examples include phenolic solvents such as. Additionally, during one-pot polymerization, toluene, xylene, etc. may be added to azeotropically distill off water, which is a byproduct of the imidization reaction, and a base such as γ-picoline may be added as an imidization catalyst. You may.
続いて化学イミド化反応について詳述する。化学イミド化反応は、前記方法で得られたポリアミド酸溶液に上述したポリアミド酸を製造する際に使用可能な溶媒、特に前記ポリアミド酸製造時に用いた溶媒と同一の溶媒を加えて撹拌し易い適度な溶液粘度とし、撹拌しながら、有機酸の無水物と、塩基性触媒として3級アミンからなる脱水閉環剤(化学イミド化剤)を滴下し、0~100℃、好ましくは10~50℃で1~72時間撹拌することで化学的にイミド化を完結させることができる。 Next, the chemical imidization reaction will be explained in detail. The chemical imidization reaction is carried out by adding a solvent that can be used when producing the above-mentioned polyamic acid, especially the same solvent as the solvent used during the production of the above-mentioned polyamic acid, to the polyamic acid solution obtained by the above method, and adding a suitable amount of the solvent that is easy to stir. While stirring, a dehydration ring-closing agent (chemical imidization agent) consisting of an organic acid anhydride and a tertiary amine as a basic catalyst is added dropwise to the solution at a temperature of 0 to 100°C, preferably 10 to 50°C. Imidization can be chemically completed by stirring for 1 to 72 hours.
化学イミド化反応の際に使用可能な有機酸無水物として例えば、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、無水イソ酪酸等が挙げられる。試薬の取り扱いや分離のし易さから無水酢酸が好適に使用される。また塩基性触媒としては、ピリジン、ピコリン、N,N-ジメチルアニリン、N,N-ジエチルアニリン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン等が使用でき、試薬の取り扱いや分離のし易さからピリジンが好適に用いられる。有機酸無水物量の使用量は通常、ポリアミド酸の理論脱水量の1~20倍モルの範囲であり、より好ましくは1~10倍モルである。また、塩基性触媒の使用量は、有機酸無水物1モルに対して0.1~2倍モルの範囲であり、より好ましくは0.1~1倍モルの範囲である。 Examples of organic acid anhydrides that can be used in the chemical imidization reaction include acetic anhydride, propionic anhydride, butyric anhydride, isobutyric anhydride, and the like. Acetic anhydride is preferably used because of the ease of handling and separation of the reagent. In addition, as the basic catalyst, pyridine, picoline, N,N-dimethylaniline, N,N-diethylaniline, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, etc. can be used, and pyridine is used because of ease of handling and separation of reagents. Suitably used. The amount of organic acid anhydride used is usually in the range of 1 to 20 times the mole, more preferably 1 to 10 times the mole of the theoretical dehydration amount of polyamic acid. Further, the amount of the basic catalyst used is in the range of 0.1 to 2 times the mole of the organic acid anhydride, and more preferably in the range of 0.1 to 1 times the mole.
化学イミド化反応の完結は、化学イミド化後の反応溶液からポリイミドを粉末として単離したものを重水素化溶媒に溶解して1H-NMRスペクトルを測定し、ポリアミド酸由来のアミド基(NHCO)のプロトンピークやカルボキシル基(COOH)のプロトンピークの完全な消失より確認することができる。また、ポリイミドフィルムを作製するか、ポリイミド粉末を用いてKBr法により赤外線吸収スペクトルを測定し、例えばポリアミド酸由来のアミドC=O伸縮振動吸収帯の完全な消失とイミドC=O伸縮振動吸収帯の出現から化学イミド化の完結を確認することができる。 To complete the chemical imidization reaction, the polyimide isolated as a powder from the reaction solution after chemical imidization is dissolved in a deuterated solvent and the 1 H-NMR spectrum is measured. This can be confirmed by the complete disappearance of the proton peak of ) and the proton peak of carboxyl group (COOH). In addition, by preparing a polyimide film or measuring the infrared absorption spectrum by the KBr method using polyimide powder, for example, the complete disappearance of the amide C=O stretching vibration absorption band derived from polyamic acid and the complete disappearance of the imide C=O stretching vibration absorption band Completion of chemical imidization can be confirmed from the appearance of .
前記化学イミド化法で得られた反応溶液はそのまま、前述したポリイミド溶液としても良く、また、反応溶液に含まれる塩基や未反応の化学イミド化剤、有機酸などの副生成物(以下、不純物という)を除去するため、精製操作に供してもよい。精製は公知の方法が利用できる。例えば、最も簡便な方法としては、イミド化した反応溶液を撹拌しながら大量の貧溶媒中に滴下してポリイミドを析出させた後、ポリイミド粉末を回収して不純物が除去されるまで繰返し洗浄し、減圧乾燥して、ポリイミド粉末を得る方法が適用できる。 The reaction solution obtained by the chemical imidization method may be used as it is as the polyimide solution described above, or by-products (hereinafter referred to as impurities) such as bases, unreacted chemical imidization agents, and organic acids contained in the reaction solution may be used. ) may be subjected to a purification operation. For purification, known methods can be used. For example, the simplest method is to precipitate polyimide by dropping the imidized reaction solution into a large amount of poor solvent while stirring, and then collect the polyimide powder and wash it repeatedly until impurities are removed. A method of obtaining polyimide powder by drying under reduced pressure can be applied.
上記した精製操作を実施するにあたり使用可能な貧溶媒としては、ポリイミドを析出させ、不純物を効率よく除去でき、乾燥し易い溶媒であればよく、例えば、水やメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類が挙げられ、これらを混合して用いてもよい。貧溶媒の量はポリイミド溶液中の溶媒やポリイミドの種類に応じ適宜調整する。 The poor solvent that can be used to carry out the above purification operation may be any solvent that can precipitate polyimide, efficiently remove impurities, and is easy to dry.For example, water, alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, etc. These may be used in combination. The amount of the poor solvent is adjusted as appropriate depending on the solvent in the polyimide solution and the type of polyimide.
また、貧溶媒中に滴下する反応溶液に含まれるポリイミドの固形分濃度は、高すぎると析出するポリイミドが粒塊となり、その粗大な粒子中に不純物が残留する場合や、得られたポリイミド粉末を溶媒に再溶解する際に長時間要する場合がある。一方、濃度を薄くし過ぎると、多量の貧溶媒が必要となり、廃溶剤処理による環境負荷増大や製造コスト高になる場合がある。したがって、貧溶媒中に滴下する反応溶液に含まれるポリイミドの固形分濃度は、20重量%以下、より好ましくは10重量%以下である。反応溶液中のポリイミドの固形分濃度が前記範囲にない場合、適宜濃縮、あるいは溶媒を追加することにより調整可能である。 In addition, if the solid concentration of polyimide contained in the reaction solution dropped into the poor solvent is too high, the polyimide that precipitates will form agglomerates, and impurities may remain in the coarse particles, or the resulting polyimide powder may It may take a long time to redissolve in a solvent. On the other hand, if the concentration is too low, a large amount of poor solvent will be required, which may increase the environmental burden due to waste solvent treatment and increase manufacturing costs. Therefore, the solid content concentration of polyimide contained in the reaction solution dropped into the poor solvent is 20% by weight or less, more preferably 10% by weight or less. If the solid content concentration of polyimide in the reaction solution is not within the above range, it can be adjusted by appropriately concentrating or adding a solvent.
前述の方法により貧溶媒中に析出させたポリイミド粉末は回収し、残留溶媒を真空乾燥や熱風乾燥などで除去する。乾燥温度と時間は、ポリイミドが変質しない温度であれば制限はなく、30~150℃で3~24時間乾燥させることが好ましい。 The polyimide powder precipitated in the poor solvent by the method described above is recovered, and the residual solvent is removed by vacuum drying, hot air drying, or the like. The drying temperature and time are not limited as long as the polyimide does not change in quality, and it is preferable to dry at 30 to 150° C. for 3 to 24 hours.
前述した方法によって得られたポリイミド粉末は、200~450℃、好ましくは250~400℃で加熱圧縮することでポリイミドの成型体としてもよく、また、有機溶媒に再溶解させ、前述したポリイミド溶液としてもよい。 The polyimide powder obtained by the above-mentioned method may be heated and compressed at 200 to 450°C, preferably 250 to 400°C to form a polyimide molded body, or it may be redissolved in an organic solvent to form the above-mentioned polyimide solution. Good too.
また、ポリアミド酸溶液中にN,N-ジシクロヘキシルカルボジイミドやトリフルオロ無水酢酸等の脱水試薬を添加・撹拌して0~100℃、好ましくは0~60℃で反応させることにより、ポリイミドの異性体であるポリイソイミドへ変換することができる。ポリイソイミドはポリイミドよりも溶媒溶解性に優れるため、固形分濃度を高くするのに適している。ポリイソイミド溶液は、無機ガラス、銅、アルミニウム、ステンレス、シリコン等からなる基板上に流延した後、250~450℃、好ましくは270~400℃で熱処理することにより、熱力学的により安定なポリイミドへ容易に変換することができる。 In addition, by adding a dehydrating reagent such as N,N-dicyclohexylcarbodiimide or trifluoroacetic anhydride to a polyamic acid solution and stirring it and reacting at 0 to 100°C, preferably 0 to 60°C, polyimide isomers can be obtained. It can be converted to certain polyisoimides. Since polyisoimide has better solvent solubility than polyimide, it is suitable for increasing the solid content concentration. The polyisoimide solution is cast onto a substrate made of inorganic glass, copper, aluminum, stainless steel, silicon, etc., and then heat-treated at 250 to 450°C, preferably 270 to 400°C, to form a thermodynamically more stable polyimide. Can be easily converted.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、これら実施例に限定されるものではない。なお、以下の例における物性値は、次の方法により測定した。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to examples, but it is not limited to these examples. In addition, the physical property values in the following examples were measured by the following method.
1.上記式(4)で表されるビスフェノールの製造例における分析条件 1. Analysis conditions for the production example of bisphenol represented by the above formula (4)
〔1〕HPLC分析
・装置:(株)島津製作所製 LC-2010C
・カラム:一般財団法人 化学物質評価研究機構製 L-column ODS(5μm、4.6mmφ×250mm)
・移動相:A液=50%メタノール水、B液=メタノール。なお、B液濃度に付、下記の通り濃度を変化させ分析を行った。
・B液濃度:0%(0分)→100%(30分)→100%(40分)。
・流量:1.0ml/分
・カラム温度:40℃
・検出波長:UV 254nm
なお、以下実施例にて記載した各成分の含量及び純度は上記条件で測定したHPLCの面積百分率である。
[1] HPLC analysis/device: LC-2010C manufactured by Shimadzu Corporation
・Column: L-column ODS (5 μm, 4.6 mmφ x 250 mm) manufactured by the Chemical Evaluation and Research Organization
-Mobile phase: A liquid = 50% methanol water, B liquid = methanol. In addition, the analysis was conducted by changing the concentration of B solution as described below.
- B solution concentration: 0% (0 minutes) → 100% (30 minutes) → 100% (40 minutes).
・Flow rate: 1.0ml/min ・Column temperature: 40℃
・Detection wavelength: UV 254nm
Note that the content and purity of each component described in the Examples below are the area percentages of HPLC measured under the above conditions.
〔2〕NMR測定
1H-NMR及び13C-NMRは、内部標準としてテトラメチルシランを用い、溶媒としてDMSO-d6を用いて、JEOL-ESC400分光計によって記録した。
[2] NMR measurement
1 H-NMR and 13 C-NMR were recorded on a JEOL-ESC400 spectrometer using tetramethylsilane as internal standard and DMSO- d6 as solvent.
〔3〕LC-MS測定
・装置:Waters社製 Xevo G2 Q-Tof
・カラム:化学物質評価研究機構製 L-Column2 ODS(2μm、2.1mmφ×100mm)
・カラム温度:40℃
・検出波長:UV 220-500nm
・移動相:A液=10mM酢酸アンモニウム水、B液=メタノール。なお、B液濃度に付、下記の通り濃度を変化させ分析を行った。
B液濃度:60%(0min)→65%(25min)→100%(35min)
・移動相流量:0.3ml/min
・検出法:Q-Tof
・イオン化法:ESI(+、-)法
・Ion Source:電圧(+)2.0kV、(-)1.5kV、温度120℃
・Sampling Cone :電圧 30V、ガスフロー50L/h
・Desolvation Gas:温度500℃、ガスフロー1000L/h
[3] LC-MS measurement/device: Waters Xevo G2 Q-Tof
・Column: L-Column2 ODS (2μm, 2.1mmφ x 100mm) manufactured by the Chemical Evaluation and Research Institute
・Column temperature: 40℃
・Detection wavelength: UV 220-500nm
- Mobile phase: A solution = 10mM ammonium acetate water, B solution = methanol. In addition, the analysis was conducted by changing the concentration of B solution as described below.
B liquid concentration: 60% (0 min) → 65% (25 min) → 100% (35 min)
・Mobile phase flow rate: 0.3ml/min
・Detection method: Q-Tof
・Ionization method: ESI (+, -) method ・Ion Source: Voltage (+) 2.0kV, (-) 1.5kV, temperature 120°C
・Sampling Cone: Voltage 30V, gas flow 50L/h
・Desolvation Gas:
2.上記一般式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物の製造例における分析条件 2. Analytical conditions for the production example of tetracarboxylic dianhydride represented by the above general formula (1)
〔1〕赤外線吸収スペクトル
フーリエ変換赤外分光光度計(日本分光社製FT-IR4100)を用い、KBrプレート法にて本発明のテトラカルボン酸二無水物の赤外線吸収スペクトルを測定した。
[1] Infrared absorption spectrum The infrared absorption spectrum of the tetracarboxylic dianhydride of the present invention was measured by the KBr plate method using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR4100, manufactured by JASCO Corporation).
〔2〕NMR測定
1H-NMR及び13C-NMRは、内部標準としてテトラメチルシランを用い、溶媒としてDMSO-d6を用いて、JEOL-ECP400分光計によって記録した。
[2] NMR measurement
1 H-NMR and 13 C-NMR were recorded on a JEOL-ECP400 spectrometer using tetramethylsilane as internal standard and DMSO- d6 as solvent.
〔3〕テトラカルボン酸二無水物の融点
ネッチジャパン社製示差走査熱量分析装置(DSC3100)を用いて、窒素雰囲気中、昇温速度5℃/分で測定した。
[3] Melting point of tetracarboxylic dianhydride Melting point was measured in a nitrogen atmosphere at a temperature increase rate of 5° C./min using a differential scanning calorimeter (DSC3100) manufactured by Netsch Japan.
〔4〕元素分析
本発明のジアミンが十分高い純度を有していることを確認するため、ジェイ・サイエンス・ラボ(株)社製 有機微量元素分析装置(JM10)を用いて、元素分析を行った。
[4] Elemental analysis In order to confirm that the diamine of the present invention has sufficiently high purity, elemental analysis was performed using an organic trace element analyzer (JM10) manufactured by J Science Lab Co., Ltd. Ta.
3.上記一般式(2)で表されるポリアミド酸及び上記一般式(3)で表されるポリイミドの製造例における分析条件 3. Analysis conditions for production examples of polyamic acid represented by the above general formula (2) and polyimide represented by the above general formula (3)
〔1〕赤外線吸収スペクトル
フーリエ変換赤外分光光度計(日本分光社製FT-IR4100)を用い、透過法にて本発明のポリイミド薄膜の赤外線吸収スペクトルを測定した。
[1] Infrared absorption spectrum The infrared absorption spectrum of the polyimide thin film of the present invention was measured using a transmission method using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR4100, manufactured by JASCO Corporation).
〔2〕固有粘度
ポリイミドの粉末をN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)に溶解し、またはポリアミド酸ワニスを希釈して0.5重量%のDMAc溶液とし、オストワルド粘度計を用いて30℃で還元粘度を測定した。この値は実質的に固有粘度と見なすことができ、この値が高い程分子量が高いことを表す。
[2] Intrinsic viscosity Polyimide powder was dissolved in N,N-dimethylacetamide (DMAc), or polyamic acid varnish was diluted to make a 0.5% by weight DMAc solution, and reduced at 30°C using an Ostwald viscometer. The viscosity was measured. This value can be substantially regarded as the intrinsic viscosity, and the higher the value, the higher the molecular weight.
〔3〕ガラス転移温度(Tg)
ネッチジャパン社製熱機械分析装置(TMA4000)を用いて動的粘弾性測定により、周波数0.1Hz、昇温速度5℃/分における損失エネルギー曲線のピーク温度からポリイミドフィルム(膜厚約20μm)のガラス転移温度(Tg)を求めた。Tgが高いほど、物理的耐熱性が高いことを表す。
[3] Glass transition temperature (T g )
By dynamic viscoelasticity measurement using a thermomechanical analyzer (TMA4000) manufactured by Necchi Japan, the peak temperature of the loss energy curve at a frequency of 0.1 Hz and a heating rate of 5°C/min was used to determine the The glass transition temperature ( Tg ) was determined. The higher the Tg , the higher the physical heat resistance.
〔4〕線熱膨張係数(CTE)
ネッチジャパン社製熱機械分析装置(TMA4000)を用いて、熱機械分析により、荷重0.5g/膜厚1μm、昇温速度5℃/分における試験片の伸びより、100~200℃の範囲での平均値としてポリイミドフィルム(膜厚約20μm)のCTEを求めた。この値が低い程、熱寸法安定性に優れていることを表す。
[4] Coefficient of linear thermal expansion (CTE)
According to thermomechanical analysis using a thermomechanical analyzer (TMA4000) manufactured by Necchi Japan, the elongation of the test piece at a load of 0.5 g/film thickness of 1 μm and a temperature increase rate of 5°C/min was found to be within the range of 100 to 200°C. The CTE of the polyimide film (thickness: about 20 μm) was determined as the average value of . The lower this value is, the better the thermal dimensional stability is.
〔5〕5%重量減少温度(Td
5)
ネッチジャパン社製熱重量分析装置(TG-DTA2000)を用いて、窒素中(Td
5
N2)または空気中(Td
5
air)、昇温速度10℃/分での昇温過程において、ポリイミドフィルム(膜厚約20μm)の初期重量が5%減少した時の温度を測定した。Td
5の値が高いほど、熱安定性が高いことを表す。
[5] 5% weight loss temperature (T d 5 )
Using a thermogravimetric analyzer ( TG - DTA2000 ) manufactured by Netch Japan, polyimide The temperature at which the initial weight of the film (film thickness: about 20 μm) decreased by 5% was measured. The higher the value of T d 5 , the higher the thermal stability.
〔6〕溶媒溶解性
得られたポリイミド粉末10mgに対し、有機溶媒1mL(固形分濃度約1重量%)をサンプル管に入れ、試験管ミキサーを用いて5分間撹拌して溶解状態を目視で確認した。評価基準は以下の通り。
++:室温で溶解
+:加熱して溶解
―:不溶
[6] Solvent solubility For 10 mg of the obtained polyimide powder, put 1 mL of organic solvent (solid content concentration approximately 1% by weight) into a sample tube, stir for 5 minutes using a test tube mixer, and visually check the state of dissolution. did. The evaluation criteria are as follows.
++: Dissolved at room temperature +: Dissolved by heating -: Insoluble
4.上記式(4)で表されるビスフェノールの合成例 4. Synthesis example of bisphenol represented by the above formula (4)
<製造例1> <Manufacture example 1>
攪拌器、冷却器及び温度計を備えたガラス製反応容器に、9-フルオレノン45.00g(0.250mol)、ハイドロキノン123.74g(1.124mol)、レゾルシン41.25g(0.375mol)、p-トルエンスルホン酸4.75g(0.025mol)及びp-キシレン450.00gを仕込み、110℃まで昇温した。同温度で3時間攪拌した後、反応液をHPLCにより分析したところ、9-フルオレノンのピークは検出されなかった。 Into a glass reaction vessel equipped with a stirrer, a condenser and a thermometer, 45.00 g (0.250 mol) of 9-fluorenone, 123.74 g (1.124 mol) of hydroquinone, 41.25 g (0.375 mol) of resorcinol, p - 4.75 g (0.025 mol) of toluenesulfonic acid and 450.00 g of p-xylene were charged, and the temperature was raised to 110°C. After stirring at the same temperature for 3 hours, the reaction solution was analyzed by HPLC, and no peak of 9-fluorenone was detected.
続いて得られた反応液にイオン交換水を加えて70℃まで冷却し、同温度にて24重量%水酸化ナトリウム水溶液を加え中和した後、p-キシレン45.00gを添加した。その後、反応液を86℃まで昇温し、86℃で濾過することにより無機塩を除去した。濾過後、ろ液にp-キシレンと酢酸イソプロピルを添加、撹拌、静置後、水相を分液除去した。次いで、有機相を80℃でイオン交換水を用いて洗浄した後、有機相を濃縮乾固することにより、淡橙色結晶69.87gを得た。得られた結晶をHPLCにて分析した所、上記式(4)で表されるビスフェノールの含量は54.9%であった。 Subsequently, ion-exchanged water was added to the obtained reaction solution and the mixture was cooled to 70° C. At the same temperature, a 24% by weight aqueous sodium hydroxide solution was added to neutralize it, and then 45.00 g of p-xylene was added. Thereafter, the reaction solution was heated to 86°C and filtered at 86°C to remove inorganic salts. After filtration, p-xylene and isopropyl acetate were added to the filtrate, stirred and allowed to stand, and the aqueous phase was separated and removed. Next, the organic phase was washed with ion-exchanged water at 80° C., and then the organic phase was concentrated to dryness to obtain 69.87 g of pale orange crystals. When the obtained crystals were analyzed by HPLC, the content of bisphenol represented by the above formula (4) was 54.9%.
次いで、得られた結晶15.0gを、シリカゲルカラム(展開溶媒 クロロホルム:酢酸エチル=12/1)で精製することで、上記式(4)で表されるビスフェノールの含量が93.9%の結晶2.59g、及び上記式(4)で表されるビスフェノールの含量が88.7%の結晶4.93gを得た。 Next, 15.0 g of the obtained crystals were purified with a silica gel column (developing solvent: chloroform:ethyl acetate = 12/1) to obtain crystals with a bisphenol content of 93.9% represented by the above formula (4). 2.59 g and 4.93 g of crystals having a bisphenol content of 88.7% represented by the above formula (4) were obtained.
上記実施例にて得られた結晶の内、含量(純度)が93.9%の結晶に付、1H-NMR、13C-NMR及びLC-MS分析を実施した。それぞれの分析結果を下記する。 Among the crystals obtained in the above example, the crystals with a content (purity) of 93.9% were subjected to 1 H-NMR, 13 C-NMR and LC-MS analysis. The results of each analysis are shown below.
1H-NMR(DMSO-d6,400MHz,TMS)δ(ppm):9.20(bs、2H)、7.93(d、4H、J=7.6Hz)、7.36(dt、4H、J=7.2Hz、0.8Hz)、7.23(dt、4H、J=8.0Hz、1.2Hz)、7.05(d、2H、J=8.8Hz)、7.04(d、4H、J=8.0Hz)、6.58(dd、2H、J=8.8Hz、2.8Hz)、6.55(d、2H、J=2.0Hz)、6.21(dd、2H、J=8.4Hz、2.8Hz)、6.00(d、2H、J=8.8Hz)、5.64(d、2H、J=2.8Hz)。 1 H-NMR (DMSO-d 6 , 400 MHz, TMS) δ (ppm): 9.20 (bs, 2H), 7.93 (d, 4H, J = 7.6Hz), 7.36 (dt, 4H , J=7.2Hz, 0.8Hz), 7.23 (dt, 4H, J=8.0Hz, 1.2Hz), 7.05 (d, 2H, J=8.8Hz), 7.04( d, 4H, J = 8.0Hz), 6.58 (dd, 2H, J = 8.8Hz, 2.8Hz), 6.55 (d, 2H, J = 2.0Hz), 6.21 (dd , 2H, J=8.4Hz, 2.8Hz), 6.00 (d, 2H, J=8.8Hz), 5.64 (d, 2H, J=2.8Hz).
13C-NMR(DMSO-d6,400MHz,TMS)δ(ppm):157.6、154.7、152.7、151.8、143.8、139.1、128.4、128.1、127.8、127.6、125.3、125.1、120.3、117.4、115.6、113.8、112.3、111.3、102.5、53.6。 13 C-NMR (DMSO-d 6 , 400 MHz, TMS) δ (ppm): 157.6, 154.7, 152.7, 151.8, 143.8, 139.1, 128.4, 128.1 , 127.8, 127.6, 125.3, 125.1, 120.3, 117.4, 115.6, 113.8, 112.3, 111.3, 102.5, 53.6.
マススペクトル値(MH-):363.10 Mass spectrum value (MH - ): 363.10
5.テトラカルボン酸二無水物の合成例 5. Synthesis example of tetracarboxylic dianhydride
<実施例1>
製造例1に記載の方法と同様の製法により製造した、上記式(4)で表されるビスフェノール1.833g(5.0mmol)を脱水アセトン27mLに溶かし、更に脱酸剤としてピリジン2.43mL(30.0mmol)を添加し、セプタムキャップで密栓してA液とした。次に別の三口フラスコ中、トリメリット酸無水物クロリド3.161g(15.0mmol)を脱水アセトン9.4mLに溶解し、セプタムキャップで密栓してB液とした。B液を氷浴で冷却し、マグネチックスターラーで攪拌しながら、B液にA液をシリンジでゆっくりと滴下した。滴下終了後、冷却下で数時間攪拌し、更に室温で12時間撹拌した。反応終了後、アセトンをエバポレーターにて留去した。析出物をトルエンで洗浄したのち、塩化物イオンが検出されなくなるまで水で洗浄した。これを200℃で12時間真空乾燥することで、淡黄色の粗生成物2.41g(収率:72%)を得た。
<Example 1>
1.833 g (5.0 mmol) of bisphenol represented by the above formula (4), produced by the same method as described in Production Example 1, was dissolved in 27 mL of dehydrated acetone, and 2.43 mL of pyridine ( 30.0 mmol) was added thereto, and the solution was sealed with a septum cap to obtain Solution A. Next, in another three-necked flask, 3.161 g (15.0 mmol) of trimellitic anhydride chloride was dissolved in 9.4 mL of dehydrated acetone, and the solution was sealed with a septum cap to obtain a B solution. Solution B was cooled in an ice bath, and while stirring with a magnetic stirrer, Solution A was slowly added dropwise to Solution B using a syringe. After the dropwise addition was completed, the mixture was stirred under cooling for several hours, and further stirred at room temperature for 12 hours. After the reaction was completed, acetone was distilled off using an evaporator. The precipitate was washed with toluene and then with water until no chloride ions were detected. By vacuum drying this at 200° C. for 12 hours, 2.41 g (yield: 72%) of a pale yellow crude product was obtained.
得られた粗生成物の内、1.53gをトルエン及び無水酢酸の混合溶液(体積比25:2)を用いて再結晶し、200℃で12時間真空乾燥することで、黄色粉末1.05g(通算収率50%)を得た。この粉末の分析結果を以下に示す。 Of the obtained crude product, 1.53g was recrystallized using a mixed solution of toluene and acetic anhydride (volume ratio 25:2) and vacuum-dried at 200°C for 12 hours to obtain 1.05g of yellow powder. (Total yield: 50%) was obtained. The analysis results of this powder are shown below.
・融点:294℃(DSC)。
・FT-IRスペクトル(KBr、cm-1):3066(芳香族C-H伸縮振動)、1863/1780(酸無水物C=O伸縮振動)、1736(エステルC=O伸縮振動)、1488(置換フェニル基)、1223(エステル+キサンテン基C-O-C伸縮振動)。
1H-NMRスペクトル(400MHz,DMSO-d6,δ,ppm):8.63-8.59(m、2H、無水フタル酸3,6-プロトン)、8.48-8.45(m、2H、無水フタル酸3’,6’-プロトン)、8.28(d、1H、、J=7.9Hz、無水フタル酸5-プロトン)、8.16(d、1H、、J=7.8Hz、無水フタル酸5’-プロトン)、8.02(d、2H、J=7.6Hz、フルオレン基4,8-プロトン)、7.50-7.45(m、4H、フルオレン基3,7-プロトン+キサンテン基の4,7-プロトン)、7.37-7.31(m、3H、フルオレン基2,6-プロトン+キサンテン基8-プロトン)、6.92(dd、1H、J=8.6、2.3Hz、キサンテン基2-プロトン)、6.37-6.35(m、2H、キサンテン基1,5-プロトン)。
・元素分析(分子量712.63):推定値(%)C;72.47、H;2.83、分析値C;72.44、H;3.16。
-Melting point: 294°C (DSC).
・FT-IR spectrum (KBr, cm -1 ): 3066 (aromatic C-H stretching vibration), 1863/1780 (acid anhydride C=O stretching vibration), 1736 (ester C=O stretching vibration), 1488 ( substituted phenyl group), 1223 (ester + xanthene group C-O-C stretching vibration).
1 H-NMR spectrum (400 MHz, DMSO-d 6 , δ, ppm): 8.63-8.59 (m, 2H, phthalic anhydride 3,6-proton), 8.48-8.45 (m, 2H, phthalic anhydride 3',6'-proton), 8.28 (d, 1H,, J=7.9Hz, phthalic anhydride 5-proton), 8.16 (d, 1H,, J=7. 8Hz, phthalic anhydride 5'-proton), 8.02 (d, 2H, J = 7.6Hz, fluorene group 4,8-proton), 7.50-7.45 (m, 4H, fluorene group 3, 7-proton + 4,7-proton of xanthene group), 7.37-7.31 (m, 3H,
- Elemental analysis (molecular weight 712.63): Estimated value (%) C: 72.47, H: 2.83, analytical value C: 72.44, H: 3.16.
上記した分析結果より、上記の粉末は以下式(5)で表される、目的とする本発明のテトラカルボン酸二無水物であることが確認された。 From the above analysis results, it was confirmed that the above powder was the desired tetracarboxylic dianhydride of the present invention, represented by the following formula (5).
6.ポリアミド酸及びポリイミドの製造例及びポリイミドフィルムの特性評価 6. Production examples of polyamic acid and polyimide and property evaluation of polyimide films
<実施例2>
よく乾燥した密閉反応容器に、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)1mmolを入れ、モレキュラーシーブス4Aで十分に脱水したN,N-ジメチルアセトアミド(以下、DMAcと称することがある)を入れて溶解した。この溶液に、実施例1と同様の方法により製造した、上記式(5)で表されるテトラカルボン酸二無水物1mmolを加え、初期の全溶質濃度30重量%より重合反応を開始した。反応開始後、室温で72時間攪拌することで均一で粘稠なポリアミド酸溶液が得られた。なお、反応中、溶液粘度が高くなりすぎたため、DMAcを適宜追加し、最終溶質濃度は21%であった。
<Example 2>
Place 1 mmol of 2,2'-bis(trifluoromethyl)benzidine (TFMB) in a well-dried airtight reaction vessel, and add N,N-dimethylacetamide (hereinafter sometimes referred to as DMAc) that has been sufficiently dehydrated with molecular sieves 4A. ) was added and dissolved. To this solution, 1 mmol of tetracarboxylic dianhydride represented by the above formula (5), which was produced by the same method as in Example 1, was added, and the polymerization reaction was started at an initial total solute concentration of 30% by weight. After the reaction started, a homogeneous and viscous polyamic acid solution was obtained by stirring at room temperature for 72 hours. Note that during the reaction, the solution viscosity became too high, so DMAc was added as appropriate, and the final solute concentration was 21%.
反応終了後、ポリアミド酸の固有粘度を、DMAc中、30℃、0.5重量%の濃度でオストワルド粘度計にて測定した結果、固有粘度は1.48dL/gであり、十分高分子量体であることを確認した。 After the reaction was completed, the intrinsic viscosity of the polyamic acid was measured using an Ostwald viscometer in DMAc at 30°C at a concentration of 0.5% by weight. The intrinsic viscosity was 1.48 dL/g, indicating that the polyamic acid had a sufficiently high molecular weight. I confirmed that there is.
続いて、上記の通り得られたポリアミド酸溶液をDMAcにて希釈し、理論脱水量の5倍の無水酢酸を含む化学イミド化剤(無水酢酸/ピリジンの体積比:7/3)を滴下して、室温で24時間攪拌することで化学イミド化反応を行い、本発明のポリイミドを含むポリイミド溶液を得た。得られたポリイミド溶液をDMAcにて希釈し、大量のメタノール中に滴下することでポリイミド粉末を析出させ、該粉末を濾過・乾燥することによりポリイミド粉末を単離した。このポリイミド粉末を重水素化ジメチルスルホオキシドに溶解し1H-NMRスペクトルを測定したところ、化学イミド化反応が完結していることが確認された。また、得られたポリイミド粉末の固有粘度を測定した所、1.85dL/gであった。 Subsequently, the polyamic acid solution obtained as described above was diluted with DMAc, and a chemical imidization agent containing 5 times the theoretical dehydration amount of acetic anhydride (volume ratio of acetic anhydride/pyridine: 7/3) was added dropwise. A chemical imidization reaction was carried out by stirring at room temperature for 24 hours to obtain a polyimide solution containing the polyimide of the present invention. The obtained polyimide solution was diluted with DMAc and dropped into a large amount of methanol to precipitate polyimide powder, and the polyimide powder was isolated by filtering and drying the powder. When this polyimide powder was dissolved in deuterated dimethyl sulfoxide and the 1 H-NMR spectrum was measured, it was confirmed that the chemical imidization reaction was completed. Further, the intrinsic viscosity of the obtained polyimide powder was measured and found to be 1.85 dL/g.
このポリイミド粉末をシクロペンタノン(CPN)に再溶解することで、固形分濃度15重量%のポリイミド溶液を得た。得られたポリイミド溶液をガラス基板に塗布し、熱風乾燥器中、60℃で2時間乾燥後、基板ごと真空中200℃で1時間乾燥することによりポリイミドフィルムとした後、更に該フィルムを基板から剥がして、250℃で1時間熱処理を行った。 By redissolving this polyimide powder in cyclopentanone (CPN), a polyimide solution with a solid content concentration of 15% by weight was obtained. The obtained polyimide solution was applied to a glass substrate, dried for 2 hours at 60°C in a hot air dryer, and dried together with the substrate at 200°C in vacuum for 1 hour to form a polyimide film. It was peeled off and heat treated at 250°C for 1 hour.
得られたポリイミドフィルムについて、上述した条件にてガラス転移温度、CTE及び5%重量減少温度を測定した。結果を以下に示す。
・ガラス転移温度(Tg):268℃
・CTE:25.4ppm/K
・5%重量減少温度;窒素中:499℃、空気中:475℃。
The glass transition temperature, CTE, and 5% weight loss temperature of the obtained polyimide film were measured under the conditions described above. The results are shown below.
・Glass transition temperature (Tg): 268°C
・CTE: 25.4ppm/K
- 5% weight loss temperature; in nitrogen: 499°C, in air: 475°C.
なお、CTEが25.4ppm/Kと低い値を示した理由としては、本発明のポリイミドの主鎖構造が剛直で直線性が高いことに由来して、キャスト製膜工程の際にポリイミド主鎖がフィルム面に対して平行な方向に著しく配向したことによるものと考えられる。 The reason why the CTE showed a low value of 25.4 ppm/K is that the main chain structure of the polyimide of the present invention is rigid and has high linearity. This is thought to be due to the fact that the film was significantly oriented in a direction parallel to the film surface.
得られたポリイミドの溶媒溶解性を表1に示す。また、ポリイミドフィルムの赤外線吸収スペクトルを図1に示す。 Table 1 shows the solvent solubility of the obtained polyimide. Furthermore, the infrared absorption spectrum of the polyimide film is shown in FIG.
<実施例3>
ジアミンとしてTFMBの代わりに、4,4’-オキシジアニリン(ODA)を用いた以外は、実施例2に記載した方法に従ってポリアミド酸を重合し、化学イミド化、ワニス化、製膜、および膜物性評価を行った。得られたポリイミドの溶媒溶解性を表1に、各物性値を表2に記載する。
<Example 3>
Polyamic acid was polymerized according to the method described in Example 2, except that 4,4'-oxydianiline (ODA) was used instead of TFMB as the diamine, followed by chemical imidization, varnish formation, film formation, and film formation. Physical properties were evaluated. The solvent solubility of the obtained polyimide is shown in Table 1, and the physical property values are shown in Table 2.
<実施例4>
テトラカルボン酸二無水物として、上記式(5)で表されるテトラカルボン酸二無水物を単独で使用する代わりに、上記式(5)で表されるテトラカルボン酸二無水物と他のテトラカルボン酸二無水物として2,2’-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン酸二無水物(6FDA)をモル比で1:1の比率で併用し共重合した以外は、実施例2に記載した方法に従って、ポリアミド酸の重合、化学イミド化、ワニス化、製膜および特性評価を行った。得られたポリイミドの溶媒溶解性を表1に、各物性値を表2に記載する。
<Example 4>
Instead of using the tetracarboxylic dianhydride represented by the above formula (5) alone as the tetracarboxylic dianhydride, the tetracarboxylic dianhydride represented by the above formula (5) and other tetra Except that 2,2'-bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropanoic dianhydride (6FDA) was copolymerized at a molar ratio of 1:1 as the carboxylic dianhydride. According to the method described in Example 2, polyamic acid was polymerized, chemically imidized, varnished, film-formed, and characterized. The solvent solubility of the obtained polyimide is shown in Table 1, and the physical property values are shown in Table 2.
<比較例1>
テトラカルボン酸二無水物成分としてピロメリット酸無水物(PMDA)を用いる以外は実施例3に準じてを行った後、熱イミド化工程を経てポリイミドフィルムを作製し、膜物性評価を行った。得られたポリイミドは如何なる溶媒にも不溶であり、溶液加工性を有していなかった。
<Comparative example 1>
After carrying out the same procedure as in Example 3 except for using pyromellitic anhydride (PMDA) as the tetracarboxylic dianhydride component, a polyimide film was produced through a thermal imidization step, and the film properties were evaluated. The obtained polyimide was insoluble in any solvent and did not have solution processability.
<比較例2>
テトラカルボン酸二無水物成分として以下式(8):
<Comparative example 2>
As the tetracarboxylic dianhydride component, the following formula (8):
<比較例3>
テトラカルボン酸二無水物成分として上記式(8)で表されるテトラカルボン酸二無水物を用いる以外は実施例3に準じて重合、化学イミド化及び製膜し、膜物性評価を行った。得られたポリイミドの溶媒溶解性を表1に、各物性値を表2に記載する。
<Comparative example 3>
Polymerization, chemical imidization, and film formation were performed according to Example 3, except that the tetracarboxylic dianhydride represented by the above formula (8) was used as the tetracarboxylic dianhydride component, and the film physical properties were evaluated. The solvent solubility of the obtained polyimide is shown in Table 1, and the physical property values are shown in Table 2.
上記表1における溶媒の略称について
DMF:N,N-ジメチルホルムアミド
DMAc:N,N-ジメチルアセトアミド
NMP:N-メチルピロリドン
GBL:γ―ブチロラクトン
THF:テトラヒドロフラン
CPN:シクロペンタノン
Abbreviations of solvents in Table 1 above DMF: N,N-dimethylformamide DMAc: N,N-dimethylacetamide NMP: N-methylpyrrolidone GBL: γ-butyrolactone THF: Tetrahydrofuran CPN: Cyclopentanone
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