DE3587783T2

DE3587783T2 - Polyamidsäuren, Polyimide, Poly(esterimide).

Info

Publication number: DE3587783T2
Application number: DE3587783T
Authority: DE
Inventors: Abe Berger; Rohitkumar H Vora
Original assignee: National Starch and Chemical Investment Holding Corp
Current assignee: National Starch and Chemical Investment Holding Corp
Priority date: 1984-06-01
Filing date: 1985-05-29
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2005-05-30
Also published as: DE3587783D1; AU586168B2; CA1257448A; EP0163518B1; ATE103306T1; KR860000325A; JPS60258228A; US4681928A; AU4321585A; BR8502578A; IL75132A0; EP0163518A3; IL75132A; KR940000962B1; MX163930B; EP0163518A2; PH23533A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft thermoplastische Polyimid-, Poly(esterimid)- und Polyamidsäurezusammensetzungen und deren Herstellung.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es wurden viele Versuche unternommen, die Eigenschaften von Polyimiden oder polyimidhältigen Zusammensetzungen durch Einbau verschiedener aromatischer Gruppen in ihre Molekülstruktur zu modifizieren, um verbesserte Verarbeitungseigenschaften und Wärmestabilität zu erzielen. Diese Polymeren waren jedoch im allgemeinen insofern nicht völlig zufriedenstellend, als sie sich nicht gut für die Herstellung oder Verarbeitung durch Heißschmelzverfahren eignen, eine unzureichende Wärmestabilität aufweisen oder andere nützliche Eigenschaften, z. B. gute Haftung oder Lösungsmittelbeständigkeit, nicht besitzen.
Die Herstellung von bei hohen Temperaturen beständigen Polyimiden ist bekannt. Wärmestabile Polyimide wurden durch Umsetzen verschiedener aromatischer Tetrakarbonsäuren oder ihrer Derivate, z. B. Dianhydriden, mit aromatischen Diprimäraminen hergestellt, um Polyamidsäuren zu bilden, die in dipolaren aprotischen organischen Lösungsmitteln löslich sind. Die Polyamidsäuren werden dann entweder durch Wärmebehandlung oder durch chemische Verfahren zur Bildung der Polyimide zyklisiert. Solche Polyimide sind jedoch im allgemeinen schwer zu bearbeiten und unschmelzbar sowie in den meisten Lösungsmitteln unlöslich, weshalb ihre Verarbeitung zu Formteilen schwierig, wenn nicht unmöglich wird. Wenn eine Polyamidsäurepräpolymer-Lösung hergestellt und dann in situ zum Polyimid wärmegehärtet wird, kann weiters die erforderliche Temperatur für das beschichtete Substrat zu hoch sein, und es können beträchtliche Wassermengen zusätzlich zur Verdampfung des Lösungsmittels auf nicht steuerbare Weise freigesetzt werden. Dies stellt eine weitere Einschränkung der Verwendungszwecke solcher Materialien dar.
In den letzten Jahren wurden verschiedene aromatische und heterozyklische Materialien untersucht, im Bemühen, wärmestabile Polyimide zu erhalten, die leichter hergestellt und verarbeitet werden können. In den US-PSen Nr. 3.699.075 und 3.812.159 Lubowitz, der US- PS 3.847.867 Heath et al und der US-PS 3.879.428 Heath ist beispielsweise geoffenbart, daß aromatische Diätherpolykarbonsäuren und Anhydride davon mit aromatischen Diaminen umgesetzt werden könnten, um wärmestabile Polyimide mit hohem Molekulargewicht herzustellen, die in organischen Lösungsmitteln löslich und schmelzbar sind. Es wird vorgeschlagen, daß sich solche Polyimide zur Verwendung bei der Herstellung von Beschichtungen, Klebstoffen, Filmen bzw. dünnen Folien u. a. oder für die Fertigung zu nützlichen Teilen mittels herkömmlicher Formungsvorrichtung eignen. Jedoch scheinen bekannte, auf diese Weise hergestellte Polyimide gewisse Unzulänglichkeiten, wie z. B. einen niedrigen Glasübergangspunkt Tg, unzureichende Haftung an vielen Substraten und im allgemeinen eine schlechte Lösungsmittelbeständigkeit aufzuweisen.
In den US PSen Nr. 4.017.459, 4.064.289, 4.239.880 und 4.405.770 beispielsweise ist auch vorgeschlagen worden, daß aromatische Diätherdiamine mit Tetrakarbonsäure und ihrem Derivat umgesetzt werden können, um lösliche Poly(amid-imide) oder Polyimide herzustellen, die auch schmelzverarbeitbar sind. Weiters wird in der US PS Nr. 3.563.951 vorgeschlagen, daß wärmestabile Polyimide, die schmelzbar und löslich sind, durch Umsetzen von Diamin-verkappten, aromatischen Polyätheroligomeren mit hohem Molekulargewicht mit nicht-diätherhältiger, aromatischer Tetrakarbonsäure oder einem Anhydridderivat davon hergestellt werden können. Die Unsicherheit, lösliches und schmelzverarbeitbares Polyimid und Poly(amid-imid)polymere aus solchen aromatischen Diaminen herstellen zu können, wird durch andere Forscher aufgezeigt. In einem im "Journal of Polymer Science", Band 12, S. 575-587 (1974) veröffentlichten Artikel von George L. Brode et al. beispielsweise wird berichtet, daß Polymere, die mit aromatischen, eine Sulfonylverknüpfung enthaltenden Diätherdiaminen hergestellt werden, besser schmelzverarbeitbar sind als Polymere mit einer Propanverknüpfung. In "Makromolecular Science", Band 1, S. 667-670 (1980) wird berichtet, daß die Umsetzung von 2,2-bis [4-(p-aminophenoxy)-phenyl]propan mit Pyromellitdianhydrid und 4,4'-carbonyldi(phthalsäureanhydrid) zur Herstellung von unlöslichen Polyimiden führte.
US-A-4444979 beschreibt Polyphenylenäther mit Imidverknüpfungseinheiten und den Einbau von Sauerstoff-,' und/oder Schwefel- und/oder Sulfonverknüpfungseinheiten zwischen aromatischen Ringen im Molekülrückgrat. Thermoplastische und/oder Heißschmelzflußeigenschaften werden geltend gemacht. -CH&sub2;- wird auch als mögliche Abstandshaltergruppe für aromatische Ringe erwähnt.
Ein erfindungsgemäßer Aspekt sieht eine thermoplastische Polyimid-, Poly(esterimid)- oder Polyamidsäurezusammensetzung vor, die zumindest 10 Mol-% des Reaktionsprodukts von
(a) aromatischem oder aliphatischem Tetrakarbonsäure-Dianhydrid
und
(b) aromatischem Diamin der Formel
enthält, worin
R¹, R² und R³ (unabhängig voneinander) Wasserstoff, Halogen oder Hydrocarbyl und n, n' und n'' (unabhängig voneinander) ganze Zahlen von 1 bis 4 sind, und
X&sub1; und X&sub2; (unabhängig voneinander) verzweigtes oder zyklisches Alkylen oder lineares, verzweigtes oder zyklisches Alkenylen mit bis zu 30 Kohlenstoffatomen sind.
Vorzugsweise sind X&sub1; und X&sub2; jeweils eine zweiwertige Gruppe der Formel
worin
R&sup4; und R&sup5; Wasserstoff, substituiertes oder unsubstituiertes Alkyl mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, substituiertes oder unsubstituiertes Alkenyl mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, substituiertes oder unsubstituiertes Cycloalkyl mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, substituierter oder unsubstituierter carbozyklischer Aromat oder heterozyklischer Aromat mit 5 bis 24 Kohlenstoffatomen oder Mischungen davon sind, mit der Maßgabe, daß R&sup4; und R&sup5; nicht beide gleichzeitig Wasserstoff sein dürfen;
n, n und n' jeweils unabhängig voneinander eine ganze Zahl von 1 bis 4 sind;
R&sup4; und R&sup5; jeweils unabhängig voneinander unsubstituiert oder substituiert sein können. Wenn substituiert können solche Substituenten Br, Cl, J, F, Alkoxy mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Alkyl mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind R&sup4; und R&sup5; jeweils unabhängig voneinander substituiertes oder unsubstituiertes Alkyl mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, substituiertes Alkenyl mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, substituiertes oder unsubstituiertes Cycloalkyl mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen oder Mischungen davon.
Beispiele geeigneter Diaminoverbindungen der Formel (b) sind
α,α'-(4,4'-Diamino-diphenyl)-p-diisopropylbenzol;
3-(m-Aminophenylthio)-(p-aminophenyl)cumol;
4-(p-Aminophenoxy)-p-aminophenyl)cumol;
α,α'-(4,4'-di-N-Methylamino-diphenyl)-p-diisopropylbenzol;
α,α'-(4,4'-Diamino-diphenyl)-p-disecbutylbenzol;
α,α'-(4,4'-Diamino-diphenyl)-m-diisopropylbenzol;
α,α'-bis(2-Amino-5-methylphenyl)-p-diisopropylbenzol;
α,α'-(4,4'-Diaminodiphenyl)-p-diisopropylbenzol.
Die Dianhydride, die sich zur Umsetzung mit den vorstehend beschriebenen aromatischen Diaminen der Formel (b) eignen, können durch die Formel
dargestellt werden, worin A ein vierwertiger Rest ist, der aus substituierten oder unsubstituierten aromatischen oder aliphatischen Dianhydriden abgeleitet ist. Demnach kann A eine substituierte oder unsubstituierte vierwertige Gruppe der Formel
sein, worin m 0 oder 1 und E -0-, -S-, -S-S-,
ist, worin R ein substituiertes oder unsubstituiertes lineares oder verzweigtes Alkylen oder Arylen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen,
substituiertes oder unsubstituiertes lineares, verzweigtes oder zyklisches Alkylen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen oder Alkenylen mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen ist.
Alternativ dazu kann A z. B. ein substituierter oder unsubstituierter Benzol- oder Naphthalinkern, ein aliphatischer Rest wie Cyclopentan, Cyclohexan oder Butan sein.
Substituenten auf A können eine oder mehrere Gruppen sein, die die Verwendung von solchen Dianhydriden bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Polymeren nicht stören.
Beispiele von in A einbezogenen Resten sind -O-, -S-,
und
Spezielle Dianhydride sind beispielsweise:
3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid,
2,2',3,3'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid,
3,3',4,4'-Diphenyltetracarbonsäuredianhydrid,
2,2',3,3'-Diphenyltetracarbonsäuredianhydrid,
2,2-bis-(3,4-Dicarboxyphenyl)propandianhydrid,
2,2-bis-(2,3-Dicarboxyphenyl)propandianhydrid,
2,2'-bis(Trimellitoxyphenyl)propandianhydrid,
bis(3,4-Dicarboxyphenyl)ätherdianhydrid,
bis(3,4-Dicarboxyphenyl)sulfondianhydrid,
bis-(3,4-Dicarboxyphenyl)sulfiddianhydrid,
1,1-bis-(2,3-Dicarboxyphenyl)äthandianhydrid,
1,1-bis-(3,4-Dicarboxyphenyl)äthandianhydrid,
bis-(2,3-Dicarboxyphenyl)methandianhydrid,
bis-(3,4-Dicarboxyphenyl)methandianhydrid,
2,3,6,7-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid,
1,2,4,5-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid,
1,2,5,6-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid,
Benzol-1,2,4,5-tetracarbonsäuredianhydrid,
Benzol-1,2,3,4-tetracarbonsäuredianhydrid,
Perylen-3,4,9,10-tetracarbonsäuredianhydrid,
Pyrazin-2,3,5,6-tetracarbonsäuredianhydrid,
Thiophen-2,3,4,5-tetracarbonsäuredianhydrid,
Naphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäuredianhydrid,
Decahydronaphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäuredianhydrid,
4,8-Dimethyl-1,2,3,5,6,7-hexahydronaphthalin-1,2,5,6-tetracarbonsäur-edianhydrid,
2,6-Dichlornaphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäuredianhydrid,
2,7-Dichlornaphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäuredianhydrid,
2,3,6,7-Tetrachlornaphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäuredianhydrid,
Phenanthren-1,8,9,10-tetracarbonsäuredianhydrid,
Cyclopentan-1,2,3,4-tetracarbonsäuredianhydrid,
Pyrrolidin-2,3,4,5-tetracarbonsäuredianhydrid,
Pyrazin-2,3,5,6-tetracarbonsäuredianhydrid,
1,2,3,4-Butantetracarbonsäuredianhydrid,
3,4,3',4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid,
Azobenzoltetracarbonsäuredianhydrid,
2,3,4,5-Tetrahydrofurandianhydrid,
p-Phenylen-bis-(trimellitat)anhydrid,
1,2-Äthylen-bis-(trimellitat)anhydrid,
2,2-Propan-bis-(p-phenylentrimellitat)anhydrid,
4,4'-[p-Phenylen-bis-(phenylimino)carbonyldiphthalsäureanhydrid,
4,4'-Diphenylmethan-bis-(trimellitamid)anhydrid und Mischungen davon.
A kann auch der vierwertige Rest der Formel
sein, worin G Phenylen oder eine substituierte oder unsubstituierte Gruppe der Formel
ist, worin X&sub3; und X&sub4; jeweils unabhängig voneinander
substituiertes lineares oder verzweigtes Alkylen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, wie z. B.
oder Alkenylen mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen sind.
Beispiele von Resten, die X&sub3; und X&sub4; unabhängig voneinander sein können, sind
Ähnlich dazu und analog kann die Ätherverknüpfung durch -COO- ersetzt werden, um geeignete Dianhydride zu schaffen.
Aufgrund der relativen Verfügbarkeit sind einige der bevorzugten Spezien aromatischer Dianhydride:
Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid,
Diphenyltetracarbonsäuredianhydrid,
bis(3,4-Dicarboxyphenyl)sulfondianhydrid,
2,2'-bis(Trimellitoxyphenyl)propandianhydrid,
2,2-bis(3,4-Dicarboxyphenyl)propandianhydrid,
2,2-bis[4,4'-di(3,4-Dicarboxyphenoxy)phenyl]propandianhydrid,
p-bis(3,4-Dicarboxyphenoxy)phenyldianhydrid,
4,4'-bis(3,4-Dicarboxyphenoxy)biphenyldianhydrid,
bis-[4,4'-di(3,4-Dicarboxyphenoxy)phenyl]sulfondianhydrid,
bis[4,4'-di(3,4-Dicarboxyphenoxy)phenyl]sulfiddianhydrid.
Man entdeckte, daß Polymere wie z. B. Polyimide oder Poly(esterimide), die das Reaktionsprodukt von hierin beschriebenen aromatischen oder aliphatischen Dianhydriden und aromatischen Diaminen oder Mischungen davon mit anderen Diaminen enthalten, völlig überraschende und unerwartete Eigenschaften aufweisen. Die erfindungsgemäßen Polyimide sind thermoplastisch oder heißschmelzverarbeitbar und im allgemeinen in vielen chlorierten Kohlenwasserstoff-, dipolaren, aprotischen, alkylverkappten Polyäthylenglykol- (alkylverkappten Glymen) Lösungsmitteln und Mischungen davon und Mischungen solcher Lösungsmittel mit verschiedenen Kohlenwasserstoffen löslich. Die vorliegenden Polymeren weisen auch eine zähe Haftung an einer Vielzahl von organischen und anorganischen Substraten auf und zeigen eine ausgezeichnete Wärmestabilität und können daher als Klebstoffe, Beschichtungen, Filme bzw. dünne Folien, Fasern usw. verwendet werden. Die Polyamidsäuren eignen sich zur Umwandlung zu thermoplastischen und löslichen Polyimiden durch Wärmebehandlung oder chemische Zyklisierungsverfahren.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt ist ein Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzungen vorgesehen, welches das Umsetzen eines Dianhydrids des oben beschriebenen Typs mit einem aromatischen Diamin mit oben beschriebener Formel über einen zur Herstellung des gewünschten Polymers ausreichenden Zeitraum umfaßt. Die Polymeren können im allgemeinen durch Schmelzpolymerisation sowie durch Lösungspolymerisationsverfahren hergestellt werden.
Es stellte sich heraus, daß Polymere, die zumindest 10 Mol-% des Rests mit den Formeln
oder Mischungen davon enthalten, verbesserte Eigenschaften aufweisen, wenn die genannten Polymere auch zumindest 10 Mol-% eines Rests mit den Formeln
oder Mischungen davon enthalten, die oben definiert sind.
Erfindungsgemäße Polymere sind im allgemeinen aus wiederkehrenden Einheiten mit den Formeln
oder Mischungen davon zusammengesetzt, worin A, R¹, R², R³, n, n', n'', X&sub1; und X&sub2; wie oben definiert sind;
k, k' positive ganze Zahlen von eins oder mehr sind und die Zahl der verschiedenen Polymerblöcke in genanntem Polymer darstellen; und
r, r' dieselben oder unterschiedliche ganze Zahlen sind, die größer als 1 sind; vorzugsweise Werte von 10 bis 10.000 oder mehr haben; r, r die Anzahl der Wiederholungen der Einheiten in der Polymerkette darstellen.
Erfindungsgemäße Polymere enthalten auch Polymere, die aus wiederkehrenden Struktureinheiten der Formel (i) oder (ii) zusammengesetzt sind, und bis zu 90 Mol-% interkondensierter wiederkehrender Struktureinheiten der Formeln
enthalten, worin
A wie oben definiert ist;
s, s' dieselben oder andere ganze Zahlen größer als 1 sind und die Anzahl der Wiederholungen der Einheiten in der Polymerkette darstellen; vorzugsweise Werte von 10 bis 10.000 oder mehr haben;
B ein zweiwertiger Rest, der aus einem Diamin (nachstehend als "anderes Diamin" bezeichnet) mit der allgemeinen Formel H&sub2;N-B-NH&sub2; abgeleitet ist, worin B aliphatisch oder zykloaliphatisch sein kann, einschließlich Alkylen oder Alkenylen mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylen mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, Heterocycloalkylen mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen, mit Heteroatomen wie z. B. -N-, -S-, und -O-; Polyoxyalkylen mit 4 bis 500 Kohlenstoffatomen oder vorzugsweise ein carbozyklischer Aromat mit 6 bis 40 Kohlenstoffatomen ist.
Demnach können ein Teil oder alle Diaminreaktanden, die zur Herstellung der Polymeren verwendet werden können, ein oder mehrere der oben beschriebenen Diamine (b) umfassen, oder das Diamin/die Diamine (b) kann/können in einer Menge von nur 10 Mol-% bis zu 90 Mol-% der gesamten Diamin-Erfordernisse vorhanden sein, die durch eines oder mehrere der anderen, oben beschriebenen Diamine mit der allgemeinen Formel H&sub2;N-B-NH&sub2; erfüllt werden können.
Geeigneterweise weist/weisen das/die andere(n) Diamin(e) eine aromatische Beschaffenheit auf, so daß B z. B. ein substituiertes oder unsubstituiertes Phenylen, Biphenylen, Naphthylen oder Anthracenylen oder eine Gruppe der Formel
sein kann, worin m 0 oder 1 ist und E' ein substituiertes oder unsubstituiertes, verzweigtes oder lineares Alkylen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, -S-,
-S-S-,
-O-, oder
Jeder der Arylkerne kann durch Niederalkyl, Niederalkoxy oder andere nichtstörende Substituentengruppen substituiert sein, und Alkylengruppen können durch Halogen substituiert sein.
Beispiele für andere geeignete Diamine sind:
m-Phenylendiamin,
p-Phenylendiamin,
2,2-(4,4'-Diaminodiphenyl)propan,
4,4'-Diaminodiphenylmethan (nachstehend als "Methylendianilin" bezeichnet)
Benzidin,
4,4'-Diaminodiphenylsulfid,
4,4'-Diaminodiphenylsulfon,
4,4'-Diaminodiphenyläther,
1,5-Diaminonaphthalin,
3,3'-Dimethylbenzidin,
3,3'-Dimethoxybenzidin,
bis(p-β-Methyl-α-aminopentyl)benzol,
1,3-Diamino-4-isopropylbenzol,
1,2-bis(3-Aminopropoxy)äthan,
m-Xylylendiamin,
p-Xylylendiamin,
bis(4-Aminocyclohexyl)methan,
Decamethylendiamin,
3-Methylheptamethylendiamin,
4,4'-Dimethylheptamethylendiamin,
2,11-Dodecandiamin,
2,2-Dimethylpropylendiamin,
Octamethylendiamin,
3-Methoxyhexamethylendiamin,
2,5-Dimethylhexamethylendiamin,
2,5-Dimethylheptamethylendiamin,
3-Methylheptamethylendiamin,
5-Methylnonamethylendiamin,
1,4-Cyclohexandiamin,
1,12-Octadecandiamin,
bis(3-Aminopropyl)sulfid,
N-Methyl-bis-(3-aminopropyl)amin,
Hexamethylendiamin,
Heptamethylendiamin,
Nonamethylendiamin und Mischungen davon.
B kann auch der zweiwertige Rest der Formel
sein, worin G' ein substituiertes oder unsubstituiertes Phenylen oder eine Gruppe der Formel
ist.
Geeigneterweise ist ein solches anderes Diamin ein aromatisches
Diätherdiamin wie z. B.:
4,4-bis-(p-Aminophenoxy)diphenylsulfid,
4,4'-bis(3''-Aminophenoxy)diphenylsulfid,
4,4'(3''-Aminophenoxy,4'-aminophenoxy)-diphenylsulfid,
4,4'-bis-(p-Aminophenoxy)diphenylsulfon,
4,4'-bis-(3''-Aminophenoxy)diphenylsulfon,
2,2-bis-[4'-p-Aminophenoxy)phenyl]propan,
2,2-bis-[3'p-Aminophenoxy)phenyl]propan,
1,1-bis-[4'(p-Aminophenoxy)phenyl]äthylbenzol.
Das Residuum B kann auch ein heterozyklischer Aromat mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen sein, während die Heteroatome eines oder mehr von -N-, -O- und -S- sind, wie z. B. Pyridin, Pyrimidin, Pyrazin, Oxadiazin, Oxathiazin, Triazin, Benzofuran, Thionaphthen, Indol, Chinolin, Benzoxazol, Benzothiophen und Carbazol.
B kann auch der Rest von bis(Amino)polysiloxan (geoffenbart und beschrieben in US-A-4.395.527) der Formel
sein, worin
Q eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe ist;
Z -O-, -S-,
ist;
D ein unsubstituiertes oder substituiertes Hydrocarbylen ist;
R&sup6;, R&sup7;, R&sup8;, R&sup9;, R¹&sup0; und R¹¹ jeweils unabhängig voneinander substituiertes oder unsubstituiertes Hydrocarbyl sind;
h, i und j jeweils unabhängig voneinander einen Wert von 0 bis 100 haben.
B kann auch der Rest eines di(Aminoalkyl)polysiloxans der allgemeinen Formel
sein, worin
R&sup6; wie oben definiert ist;
R¹² ein zweiwertiger Kohlenwasserstoff ist; und
t 1 oder größer ist.
Es ist offensichtlich, daß es gemäß der erfindungsgemäßen Praxis eine Anzahl von Variablen gibt, die dem Chemiker bei der Formulierung geeigneter Polyimide, Polyamidsäuren und Poly(esterimide) zur Verfügung stehen. Die vorliegenden Polymeren weisen ausgezeichnete Wärmestabilität sowie Haftungseigenschaften auf, die ebenso gut oder besser sind als jene, die man bei anderen bekannten Polyimiden feststellen kann. Daher können sie mittels herkömmlicher Schmelzverarbeitungs-Herstellungsverfahren recht leicht zu geformten Produkten verarbeitet werden, die eine hohe Wärmestabilität aufweisen oder sich für Beschichtungs- und Haftungsanwendungen eignen, wo zähe Haftung und Wärmestabilität wichtig sind.
Die schmelzverarbeitbaren erfindungsgemäßen Polymeren können mittels herkömmlicher Verfahren wie Formen, Extrudieren, Kalandrieren usw. leicht gebildet und geformt werden. Aus diesen Polymeren hergestellte Produkte weisen eine gute Wärmebeständigkeit sowie Beständigkeit gegenüber durch verschiedene Umwelteinflüsse hervorgerufenen Abbau auf. Lösungen dieser Polymeren in Lösungsmitteln wie die oben beschriebenen können zum Beschichten einer Vielzahl von Substraten, einschließlich elektrischen und elektronischen Bestandteilen, verwendet werden; solche Lösungen können auch zum Gießen von Filmen bzw. dünnen Folien oder Spinnen von Fasern verwendet werden. Diese Polymerzusammensetzungen weisen eine ausgezeichnete Haftung an einer Vielzahl von Substraten auf, darunter an jene, die aus Polyimid, Poly(amid-imid) und Poly(esterimid)harzen hergestellt sind und können demnach als primäre oder sekundäre Klebstoffe oder Beschichtungen für oder zwischen einer Anzahl von verschiedenen metallischen und nichtmetallischen Materialien verwendet werden.
Überraschenderweise stellte sich heraus, daß die vorliegenden Polymeren löslich, thermoplastisch oder schmelzverarbeitbar sind, sogar dann, wenn ein beträchtlicher Teil des definierten aromatischen Diamins (a) durch eines oder mehrere andere Diamine ersetzt ist. Polyimide, Poly(amidsäuren) und Poly(esterimide) der vorliegenden Erfindung, die schmelzverarbeitbar und z. B. in chlorierten Kohlenwasserstoff- oder dipolaren aprotischen Lösungsmitteln löslich sind, können hergestellt werden, wobei bis zu 90 Mol-% des Diamingehalts ein anderes Diamin als das mit der Formel (a) ist.
Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Polymeren können demnach je nach spezieller Kombination der ausgewählten Reaktanden in einem sehr großen Bereich variieren. Zusätzlich zum Einstellen der Reaktanden kann man die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Polymeren auch durch Mischen verschiedener Polymere modifizieren. Verschiedene Polyimide, Poly(amid-imide) und/oder Poly(esterimide) können vermischt werden, um die gewünschten Eigenschaften zu ergeben.
Die Reaktion zwischen der Dianhydrid-Komponente und der aromatischen Diamin-Komponente zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyamidsäure und Polyimid-Zusammensetzungen kann in einem geeigneten Lösungsmittel und wahlweise in Gegenwart eines Kondensationskatalysators erfolgen. Das Lösungsmittel sollte die Reaktanden sowie das Produkt auflösen.
Zu geeigneten Lösungsmitteln zählen z. B. eine dipolare aprotische Flüssigkeit wie N,N-Dimethylformamid(DMF), Dimethylacetamid, N-Methyl-2-pyrrolidon, Hexamethylphosphortriamid, Dimethylsulfoxid, (DMSO) und Tetramethylharnstoff; chlorierte Lösungsmittel wie z. B. Chlorbenzol, Dichlorbenzol und Trichlorbenzol; Glyme-Lösungsmittel wie z. B. Äthylenglykoldimethyläther und Diäthylenglykoldimethyläther und Mischungen davon.
Bei Verwendung von Reaktandenkombinationen, z. B. Kombinationen von Anhydriden und/oder Aminen, sollte das Reaktionsvermögen der Komponenten berücksichtigt werden. Beim Synthetisieren der erfindungsgemäßen Polymeren werden die gesamte Anhydrid-Komponente und das gesamte Amin im allgemeinen in äquimolaren Mengen verwendet. Ein kleiner Überschuß einer dieser Komponenten schadet zwar der Kondensationsreaktion nicht, doch ein beträchtlicher Überschuß kann zur Herstellung von Produkten mit niedrigerem Molekulargewicht und unerwünschten Nebenprodukten führen.
Da der gesamte oder ein Teil der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyimid, Poly(esterimid) und Polyamidsäuren verwendeten Diamin-Komponente die aromatischen Diaminverbindungen der Formel (a) sein können, enthält das Polymer von 10 Mol-% des Rests der genannten aromatischen Diamin-Komponente zusätzlich zu einem oder mehreren anderen Diaminen bis zu 100 Mol-% der genannten aromatischen Diamin-Komponente mit keinen anderen Diamin-Komponenten. So können dort 10 bis 100 Mol-% der aromatischen Diamin-Komponente oder Mischungen davon verwendet werden; bei der Mehrzahl von Anwendungen jedoch sollten Polymere verwendet werden, die von 15 Mol-% bis 85 Mol-% der angegebenen aromatischen Amin-Komponente und von 15 bis 85 Mol-% anderer Diamin-Komponenten aufweisen.
Dort, wo das Polyimid 100 Mol-% des aromatischen Diamins der Formel (a) enthält, stellte sich nachstehende Abfolge von Reaktionsschritten als wirkungsvoll heraus:
(a) eine Reaktionsmischung des ausgewählten Dianhydrids und des aromatischen Diamins wird hergestellt und in einem geeigneten Lösungsmittel gerührt;
(b) die Reaktion zwischen den zwei Reaktanden erzeugt Wasser in einer Rückflußreaktion;
(c) das durch die Reaktion am Rückfluß gebildete Wasser wird durch Destillation entfernt;
(d) nach vollständiger Entfernung des Wassers wird die resultierende Reaktionsproduktlösung abgekühlt und das Polymer durch ein geeignetes Verfahren gewonnen, z. B. durch Filtern und Mischen der Produktlösung mit einem Methanol-Überschuß, um das Reaktionsprodukt auszufällen;
(e) das ausgefällte Polymer wird durch Filtrieren abgetrennt, mehrmals in frischem Methanol gewaschen und getrocknet, vorzugsweise bei höherer Temperatur von 60ºC bis 80ºC, vorzugsweise unter Vakuum, um eine Verdampfung des Methanols und jeglichen anhaftenden Lösungsmittels herbeizuführen.
Dort, wo das Polyimid eine Diamin-Komponente oder Komponenten zusätzlich zum aromatischen Diamin der Formel (a) enthält, kann das Polyimid je nach erwünschten Eigenschaften und dem Reaktionsvermögen der relativen Kombination von Reaktanden mit einer molekularen Zufallskonfiguration, einer molekularen Block-Block-Konfiguration, einer molekularen Zufalls-Block-Zufallsstruktur oder einer molekularen Block-Zufallsstruktur hergestellt werden. Demnach kann die Dianhydrid- Komponente zuerst mit der aromatischen Diamin-Komponente in einem geeigneten Lösungsmittel umgesetzt werden. Die Komponenten können entweder ein einzelnes aromatisches Diamin oder Dianhydrid oder Mischungen davon sein. Nach Abschluß der Reaktion und dem Entfernen von Wasser, das möglicherweise erzeugt wird, wird die dritte Komponente und/oder die vierte Komponente, entweder ein weiteres Diamin oder ein anderes Dianhydrid oder Mischungen davon, der Reaktionsproduktmischung hinzugefügt, und die Mischung wird ausreichend lange auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, um eine Polymerlösung des Polyimids herzustellen, welches Polymer wie oben beschrieben oder durch ein anderes geeignetes und auf dem Gebiet bekanntes Verfahren gewonnen wird.
Wenn das gewünschte Produkt eine Polyamidsäure ist, werden die Diamin-Komponente oder Kombinationen solcher Komponenten auf 0ºC abgekühlt. Die Dianhydrid-Komponente oder Komponenten wird/werden danach allmählich über einen längeren Zeitraum hinweg hinzugefügt, wobei die Temperatur zwischen 0ºC und 100ºC, vorzugsweise zwischen 20ºC und 40ºC, gehalten wird. Die Polyamidsäure bildet sich leicht und ohne Anwendung von Wärme oder Verwendung von Katalysatoren. Die solcherart gebildete Polyamidsäure kann leicht zu Polyimid umgewandelt werden, indem das Polymer der Zyklisierung unterworfen wird. Die Zyklisierung kann mittels der auf dem Gebiet bekannten Verfahren zum Umwandeln von isolierten Polyamidsäuren oder Lösungen davon zu Polyimiden erfolgen. Die Zyklisierung der Polyamidsäure kann z. B. durch Erwärmen der Polyamidsäure auf eine Temperatur von 150ºC bis 250ºC erfolgen.
Alternativ dazu können die erfindungsgemäßen Polyimide auch durch Heißschmelzpolymerisation in Abwesenheit von Lösungsmitteln hergestellt werden. Die Materialien werden einfach in im allgemeinen äquimolaren Mengen kombiniert, gemischt und erwärmt. Ein solches Verfahren umfaßt das Kombinieren der Materialien in einem auf etwa 300ºC erwärmten Extruder und das Extrudieren des Polyimidprodukts auf einer kontinuierlichen Basis.
Es kann auch wünschenswert sein, der Reaktionsmischung einen Kettenstopper zur Steuerung des Molekulargewichts des hergestellten Polymers hinzuzufügen. Es können beispielsweise Phthalsäureanhydrid oder Anilin, vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 5 Gew.-% verwendet werden.
Polyimide und Poly(esterimide) der vorliegenden Erfindung weisen eine Vielzahl von Verwendungszwecken auf. Sie sind schmelzverarbeitbar und können bei der Herstellung einer Vielzahl von Gegenständen durch Formen eingesetzt werden, die Strukturfestigkeit und Verformungs- oder Abbaubeständigkeit bei hohen Temperaturen aufweisen. Aufgrund ihrer Löslichkeit, ausgezeichneten Hochtemperatureigenschaften und elektrischen Eigenschaften eignen sie sich besonders für mehrere elektrische und elektronische Anwendungen.
Die erfindungsgemäßen Polymeren eigenen sich für elektronische Anwendungen wie Drahtlacke, konformale Schutz-, Verbindungs- und Passivierungsbeschichtungen für elektrische Geräte, gedruckte Schaltungen (Printplatten) und Halbleitergeräte. Die Polymeren können leicht an der Verwendungsstelle aufgetragen und gehärtet werden. Sie bauen sich während der Verwendung nicht ab und verbessern im allgemeinen die elektrischen Eigenschaften des Geräts, auf das sie aufgetragen werden. Sie haften sehr fest an der Oberfläche an, auf die sie aufgetragen wurden, und verhindern das Wandern von Ionen auf der Oberfläche des Geräts. Bei ihrer Verwendung in Halbleitergeräten setzten sie während der Trocknungszyklen keine Materialien frei, die auf die Betriebseigenschaften des Geräts einen negativen Einfluß ausüben.
Die Polymeren können auch in Mehrfachschichten aufgetragen werden, um im Bedarfsfall eine dicke Beschichtung zu bilden und zeigen eine gute Bindung an sich selbst sowie an viele metallische und nichtmetallische Substrate.
Die Polyimide und Poly(esterimide) sind lichtdurchlässig. Da solche Materialien die anderen gewünschten Eigenschaften beibehalten, sind sie auch zur Herstellung photovoltaischer Geräte brauchbar. Sie eignen sich zum Verbinden einer lichtemittierenden Diode mit der Oberfläche eines anderen Halbleitergeräts zum Ein- und Ausschalten des Geräts als Reaktion auf den Betrieb der lichtemittierenden Diode. Erfindungsgemäße Copolymer-Materialien können auch zum Verbinden von Schutzabdeckungen mit exponierten Oberflächen in photovoltaischen Geräten wie Solarzellen verwendet werden.
Die (elektr.) Durchschlagsfestigkeit des Polymers kann weiters durch Zumischen geeigneter Füllmaterialien verbessert werden. Vorzugsweise wird ein elektrisch isolierendes Material mit einer Dielektrizitätskonstante zugemischt, die etwa die gleiche wie das Polymer ist. Das Füllmaterial wird über die gesamte auf ein Substrat aufgetragene Beschichtung gleichmäßig verteilt. Andere als Füllmaterialien geeignete Materialien sind jene, von denen bekannt ist, daß sie eine relativ gute Fähigkeit aufweisen, elektrischer Leitung Widerstand zu leisten, obwohl ihre Dielektrizitätskonstante höher als jene des Polymers ist. Es stellte sich heraus, daß zu geeigneten elektrisch isolierenden Füllmaterialien Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Glasfasern, Bornitrid, Quarz, Glimmer, Magnesiumoxid und aktiviertes Polytetrafluoräthylen in feinteiliger oder pulverisierter Form zählen. Ob ein gefülltes oder ungefülltes Polyimid oder Poly(esterimid) verwendet wird, die elektrischen Eigenschaften des jeweiligen Geräts werden allgemein verbessert.
Das Polyimid oder Poly(esterimid) weist eine inhärente Elastizität auf und hält dem wiederholten Zyklus des Eintauchens in Flüssiggase mit einer Temperatur von etwa -100ºC, mit Temperatursprungbereichen von etwa 200ºC oder mehr stand. Weiters stellte sich heraus, daß die Polyimide kurzzeitigen Temperatursprüngen bis zu 350ºC-550ºC ohne Verschlechterung ihrer elektrischen Eigenschaften standhalten können.
Das Polyimid oder Poly(esterimid) kann auf elektrisch isolierende Schichten aus z. B. Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Aluminiumnitrid aufgetragen werden; es kann auch anstelle dieser Materialien als Isolierschicht aufgetragen werden.
Ein thermoplastisches Polyimid, das im wesentlichen inert, temperaturbeständig und fähig ist, bei Erhitzen zu fließen sowie ausgezeichnete Dielektrizitätseigenschaften aufweist, kann z. B. als Passivierungsschicht verwendet werden. Nach dem Auftragen des Polyimids auf das Gerät können Löcher in das Polyimid gemacht, Drähte am Gerät angebracht und das Gerät erhitzt werden; das Polyimid fließt, um die Freiräume um die Drähte herum zu füllen, wodurch eine selbstnivellierende Passivierungsschicht entsteht.
Aufgrund ihrer Haftungs- und dielektrischen Eigenschaften können die Polyimide oder Poly(esterimide) zum Kombinieren von zwei oder mehreren Chipsschichten zum Schaffen von Mehrschicht-Halbleitergeräten verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen thermoplastischen Polyimide und Poly(esterimide) sind durch Extrudieren, Druck- und Spritzgießen, Filmgießen bzw. Gießen dünner Folien und Lösungsfaserspinnverfahren verarbeitbar. Aufgrund ihrer hohen Längung und Zähigkeit eignen sie sich besonders für Dünnfolienprodukte wie Folien, Lacke, Klebstoffe, Beschichtungen und Fasern. Polyimide können außerdem zu Bauteilen geformt werden, die bei 200ºC und bis zu 250ºC über kurze Zeiträume ihre hohe Festigkeit bewahren, wie z. B. beim Verarbeiten von Graphit und Glasfaserlaminaten. Die Polymeren können z. B. zu Rohren oder auf Substrate wie leitfähigen Draht extrudiert oder mit anderen Polymeren co-extrudiert werden, um Mehrschichtenrohre oder isolierten Draht herzustellen, die zwischen den Schichten eine gute Haftung aufweisen, um verbesserte Hochtemperatur- und Elektrizitätseigenschaften zu ergeben. Laminate, Filme bzw. dünne Folien und Beschichtungen weisen nur ein Minimum an Hohlräumen oder Fehlern auf, da bei den Verarbeitungstemperaturen keine Reaktionsprodukte gebildet werden.
Die thermoplastischen Polyimide und Poly(esterimide) weisen die folgenden allgemeinen Eigenschaften auf: sie werden einfach durch überschreiten der Glasübergangstemperatur über einen ausreichenden Zeitraum und Druckanwendung zur Erreichung eines guten Flusses geformt; ihre Reckung verleiht eine gute maschinelle Bearbeitbarkeit bei geringer Sprödigkeit; sie erfordern zur Entwicklung von Hochtemperatureigenschaften kein Nachhärten; sie können (aus Altmaterial) rückgewonnen und je nach Bedarf verwendet werden; sie können aus einer Lösung unter Verwendung herkömmlicher Gießmaschinen zu Filmen bzw. dünnen Folien gegossen werden, wobei sich die Filme bzw. dünnen Folien für Anwendungen sowohl mit als auch ohne Trägerbzw. Stützmaterial eignen; die Filme bzw. dünnen Folien haften durch Heißsiegeln gut an sich selbst sowie an anderen Polyimiden oder Poly(esterimiden); sie können zur Herstellung von flammbeständigen, hochtemperaturbeständigen Stoffen zu Fasern lösungsgesponnen werden; sie können mit verschiedenen Füllern zu Teilen mit hoher Festigkeit bei hohen Gebrauchs- bzw. Betriebstemperaturen und Flammbeständigkeit geformt werden; ungefüllte geformte Teile weisen niedrige Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, während mit Glas, Graphit oder Asbest gefüllte Teile noch niedrigere Wärmeausdehnungskoeffizienten ergeben; sie ergeben Teile, die bei geringer Reibung eine gute Dauerhaftigkeit aufweisen sowie mit Graphitpulver, Molybdän oder Wolframdisulfid gefüllte Preßmassen oder PTFE-hergestellte Teile mit selbstschmierenden Verschleißflächen wie Kolbenringe, Ventilsitze, Lagerabdichtungen und Druck- bzw. Sicherungsscheiben.
Laminate werden in Hochdruck-Mehretagenpressen, Niederdruck-Vakuumsäcken oder Vakuum-Autoklavsäcken mit mäßigem Druck hergestellt. Lösungen können als Laminierungslack zum Imprägnieren von z. B. Glas-, Graphit- oder Quarzgewebe oder Glas-, Bor-, Graphit- oder ARAMID-Fasern verwendet werden, um Laminate mit Flammbeständigkeits-, Hochtemperaturfestigkeits- und guten elektrischen Eigenschaften herzustellen, die sich für Radarkuppeln, gedruckte Schaltungen, Behälter für radioaktiven Abfall, sowie für Turbinenschaufeln und Konstruktionsteile eignen, die in der Nähe der heißen Motorumgebung verwendet werden.
Der/die Polyimidfilm bzw. -folie hat in einem Bereich von der Temperatur flüssigen Heliums bis zu 450ºC gute mechanische Eigenschaften. Er/sie weist eine hohe Zug- und Schlag- bzw. Stoßfestigkeit und eine hohe Beständigkeit gegenüber beginnendem Reißen auf. Die Eigenschaften bei Raumtemperatur sind mit jenen von Polyesterfilmen bzw. -folien vergleichbar, während der Film bzw. die Folie bei 200ºC um einen 1/4-Zoll-Dorn (6,35 mm) gebogen werden kann, ohne zu brechen, und bei 25000 eine Zugfestigkeit in der Größenordnung von 3500-4000 psi (24100-27600 kN) aufweist.
Die obige Beschreibung hat eine Vielzahl an molekularen Konfigurationen und Anwendungen eines Polyimids, eines Poly(esterimids) und einer Polyamidsäure beschrieben. Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele ausführlicher dargestellt. Alle Teile und Prozentsätze sind, soferne nicht anders angegeben, Gewichtsangaben.

Beispiel 1

In einen 250 ml Dreihalskolben, der mit einem Rührer, einem Kühler, einer Dean Stark-Falle, einem Thermometer, einer Temperaturüberwachung, einem Heizmantel und einem Stickstoffmantel ausgestattet ist, wurden 3,44 Gramm (0,01 Mol) 1,4-bis(p-Aminocumyl)benzol unter einer Stickstoffatmosphäre sowie 50 Gramm N-Methylpyrrolidon (NMP) eingefüllt. Die Mischung wurde gerührt, bis man eine klare Lösung erhielt. Dann wurden 5,10 Gramm (0,01 Mol) 4,4'-bis (3,4-Dicarboxyphenoxy)diphenylsulfiddianhydrid gemeinsam mit 77,10 Gramm N-Methylpyrrolidon unter einer Stickstoffatmosphäre in den Kolben gefüllt. 0,01 Gramm p-Toluolsulfonsäure (Katalysator) wurde auch in den Kolben gefüllt. Die Reaktionsmischung wurde gerührt, bis man eine klare Lösung erhielt, und Wärme zugeführt, bis die Rückflußtemperatur erreicht wurde. Die Reaktionsmischung wurde anschließend eine Stunde lang bei der Rückflußtemperatur gehalten. Während dieses Zeitraums wurden etwa 50 Gramm NMP sowie das während der Kondensationsreaktion gebildete Wasser abdestilliert. Die Temperatur der Reaktionsmasse wurde dann auf zwischen 195ºC und 198ºC verringert und etwa 4 Stunden lang gehalten. Nach Abschluß der Reaktion wurde die Wärmezufuhr abgeschaltet, und man ließ die Reaktionsmasse auf 50ºC abkühlen.
Man erhielt eine klare Polymerlösung, die in Methanol gegossen wurde, um das Polymer auszufällen. Das Polymer wurde mit frischem Methanol gewaschen und danach 48 Stunden lang bei Umgebungstemperatur getrocknet.
Das Polyimid-Polymer wurde in N-Methylpyrrolidon aufgelöst, um eine klare 10% Feststoffe enthaltende Lösung zu erhalten. Ein Film bzw. eine dünne Folie wurde auf eine mit einem TEFLON-Trennmittel behandelte Glasplatte gegossen und in einem Temperaturbereich von 0ºC bis 300&sup0;G in einem Ofen getrocknet. Man erhielt eine flexible, klare, dunkel braune dünne Folie. Die Glasübergangstemperatur des Polyimidharzes wurde durch Differentialscanning-Kolorimetrie ermittelt und betrug 215ºC.

Beispiel 2

Unter Verwendung der Vorrichtung und der Vorgangsweise von Beispiel 1 wurden 3,44 Gramm (0,01 Mol) 1,4-bis(p-Aminocumyl)benzol mit 3,2525 Gramm (0,01 Mol) 3,3', 4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid umgesetzt. Ein klares Polymerprodukt wurde aus der Reaktionsmischung gewonnen.
Eine 10 gew.-%ige Lösung des Polyimids in NMP wurde hergestellt und auf eine vorbehandelte Glasplatte gegossen und anschließend in einem Temperaturbereich von 0ºC bis 300ºC in einem Ofen getrocknet. Man erhielt eine flexible, klare, dunkel braune dünne Folie, die eine durch Differentialscanning-Kolorimetrie ermittelte Glasübergangstemperatur von 257ºC aufwies.

Beispiel 3

Ein mit einem Rührer, Kühler, Dean-Stark-Falle, Thermometer, Heizmantel und einem Stickstoffmantel ausgestatteter 1000 ml Dreihalskolben wurde unter einer Stickstoffatmosphäre mit 17,2 Gramm (0,05 Mol) 1,4-bis(p-Aminocumyl)benzol sowie 300 Gramm N-Methylpyrrolidon gefüllt. Die Mischung wurde gerührt, bis man eine klare Lösung erhielt. Anschließend wurde 32,525 Gramm (0,1 Mol) 3,3', 4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid in 300 Gramm NMP und 22,5 Gramm (0,05 Mol) 4,4'-Sulfonylbis(p-phenylenoxy)dianilin in 150,925 Gramm NMP und 0,1 Gramm p-Toluolsulfonsäure unter einer Stickstoffatmosphäre in das Reaktionsgefäß gefüllt. Die Reaktionsmischung wurde gerührt, während Wärme mit konstanter Rate zugeführt wurde, bis die Rückflußtemperatur erreicht wurde. Die Reaktionsmischung wurde 1 Stunde lang bei der Rückflußtemperatur gehalten, wobei während dieses Zeitraums 110 Gramm NMP gemeinsam mit dem während der Kondensationsreaktion gebildeten Wasser abdestilliert wurden. Die Reaktionsmischung wurde dann 4 Stunden lang bei einer Temperatur von 195ºC bis 198ºC gehalten; danach wurde die Wärmeerzeugungsseinheit abgeschaltet und man ließ die Temperatur auf 100ºC abkühlen.
Die klare Polymerreaktionsmischung wurde gefiltert und anschließend in Methanol gegossen, wo das Polyimidpolymer ausgefällt wurde. Das Polymer wurde dann mit Methanol gewaschen und 48 Stunden lang getrocknet.
Das Polyimid wurde in NMP aufgelöst, um eine klare, 10 Gew.-% Feststoff enthaltende Lösung zu ergeben, und eine dünne Folie wurde auf eine mit einem TEFLON-Trennmittel behandelte Glasplatte gegossen. Das harzbeschichtete Glas wurde 45 Minuten lang bei 90ºC, 20 Minuten lang bei 150ºC, 20 Minuten lang bei 200ºC und dann 15 Minuten lang bei 300ºC in einem Ofen getrocknet. Man erhielt eine flexible, klare, dunkel braune dünne Folie. Die durch Differentialscanning-Kolorimetrie ermittelte Glasübergangstemperatur des Polyimids betrug 270ºC.

Beispiel 4

Unter Verwendung der Vorrichtung und der Vorgangsweise von Beispiel 1 wurden 1,72 Gramm (0,005 Mol) 1,4-bis(p-Aminocumyl)benzol mit 5,1 Gramm (0,01 Mol) bis[4,4'-di(3,4-Dicarboxyphenoxy)phenyl]sulfiddianhydrid und 2,25 Gramm (0,005 Mol) 4,4'-bis-(p-Aminophenoxy)diphenylsulfon umgesetzt. Eine klare Polymerlösung wurde erhalten, die in Methanol gegossen wurde, um das Polymer auszufällen; das Polymer wurde mit frischem Methanol gewaschen und anschließend 48 Stunden lang bei Umgebungstemperatur getrocknet. Eine 10 gew.-%ige Lösung des resultierenden Polyimidpolymers in NMP wurde hergestellt, auf eine vorbehandelte Glasplatte gegossen und in einem Temperaturbereich von 0ºC bis 300ºC getrocknet, um eine flexible, thermoplastische, klare, dunkelbraune dünne Folie zu ergeben, die eine durch Differentialscanning-Kolorimetrie (D.S.C) ermittelte Glasübergangstemperatur von 213ºC aufwies.

Beispiele 5-10

Unter Verwendung der Vorrichtung und der Vorgangsweise von Beispiel 1 wurden Beispiele 5-10 mit Dianhydriden und Diaminen wie in nachstehender Tabelle ersichtlich durchgeführt. Die Glasübergangstemperatur jedes einzelnen solchen thermoplastischen Polymers wurde ermittelt und ist ebenfalls in der Tabelle angegeben. Tabelle Beispiel Dianhydrid Diamin Durch D.S.C. ermittelte Glasübergangstemperatur bis-[4,4'-di(3,4-Dicarboxyphenoxy)-phenyl]sulfondianhydrid 5,47 g (0,01 mol) 1,4-bis(p-Aminocumyl)benzol 1,72 g (0,005 mol) 4,4'-Sulfonyl-bis-(p-phenyleneoxy)-dianilin 2,25 g (0,005 mol) 4,4'-bis(3,4-Dicarboxyphenoxy)-biphenyl dianhydrid 4,78 g (0,01 mol) 2,2'-bis[4,4'(3,4-Dicarboxyphenoxy)-phenal]propandianhydrid 5,2 g (0,01 mol)

Beispiel 11

Unter Verwendung der Vorrichtung und der Vorgangsweise von Beispiel 1 wurden 10,32 Gramm (0,03 Mol) 1,4-bis(p-Aminocumyl)benzol mit 19,2 Gramm (0,03 Mol) 2,2-bis(Trimellitoxyphenyl)propandianhydrid umgesetzt. Ein klares Polymerprodukt wurde aus der Reaktionsmischung gewonnen.
Eine 10 gew.-%ige Lösung des resultierenden Poly(esterimid)polymers in NMP wurde hergestellt und anschließend auf eine behandelte Glasplatte gegossen, die dann in einem Temperaturbereich von 0ºC bis 300ºC in einem Ofen getrocknet wurde. Man erhielt eine flexible, klare, dunkelbraune dünne Folie, die eine durch D.S.C. ermittelte Glasübergangstemperatur von 200ºC aufwies.

Beispiel 12

Beispiel 11 wurde wiederholt, außer daß die Menge von 1,4-bis(p-Aminocumyl)benzol um die Hälfte reduziert und durch 6,75 Gramm (0,015 Mol) 4,4'-Sulfonylbis(p-phenylenoxy)dianilin ersetzt wurde. Wiederum wurde aus der Reaktionsmischung ein klares Polymerprodukt erhalten.
Eine 10 gew.-%ige Lösung des resultierenden Copolymer(esterimid)polymers in NMP wurde hergestellt, anschließend auf eine behandelte Glasplatte gegossen und danach in einem Temperaturbereich von 0ºC bis 300ºC in einem Ofen getrocknet. Man erhielt eine flexible, klare, dunkel braune dünne Folie, die eine Glasübergangstemperatur von 205ºC aufwies.

Beispiel 13

In einen mit einem Rührer mit hohem Drehmoment, einem Leitungswasser-Kühlbad, einem Thermometer und einem Stickstoffmantel ausgestatteten 500 ml-Dreihalskolben wurden 34,4 Gramm (0,1 Mol) 1,4-bis(p-Aminocumyl)-benzol gemeinsam mit 103,2 Gramm NMP unter Stickstoffatmosphäre eingefüllt. Um eine klare Lösung zu erhalten, wurde gerührt und anschließend gekühlt, um die Temperatur während des gesamten Vorgangs im Bereich von 20-35ºC zu halten. Der gekühlten Lösung wurden 32,59 Gramm 3,3', 4,4'-Benzdphenontetracarbonsäuredianhydrid in vorbestimmten Mengen gemeinsam mit 97,8 Gramm NMP in vorbestimmten Mengen hinzugefügt, um zu jedem beliebigen Zeitpunkt unter einer Stickstoffatmosphäre eine 25%-ige Feststoffkonzentration aufrechtzuerhalten, während das Rühren mit konstanter Geschwindigkeit fortgesetzt wurde. Das Hinzufügen war nach etwa 35 Minuten abgeschlossen; danach ließ man die -Reaktionsmasse 16 Stunden lang bei Raumtemperatur rühren, um den Abschluß der Reaktion zu erreichen. Danach wurde die resultierende Polyaminsäure unter einer Stickstoffatmosphäre druckgefiltert und bei 0-5ºC in einer Polypropylenflasche gelagert.
Eine Menge von 20 Gramm der Polyaminsäure wurde mit 10 Gramm DMAC vermischt, diese Lösung auf einer behandelten Glasplatte verteilt und danach einem Härtungsprogramm in einem Umluftofen wie folgt unterworfen:
45 Minuten lang bei 75ºC,
30 Minuten lang bei 100ºC,
1 Stunde lang bei 150ºC,
1 Stunde lang bei 200ºC und
30 Minuten lang bei 300ºC.
Man erhielt eine thermoplastische, flexible, gelbgefärbte Polyimidfolie, die eine Glasübergangstemperatur von 275ºC aufwies.

Beispiel 14

Beispiel 13 wurde wiederholt, außer daß die Hälfte des 1,4-bis(p-Aminocumyl)benzols mit 22,5 Gramm 4,4'-Sulfonylbis(p-phenylenoxy)dianilin ersetzt wurde. Nach der Aufarbeitung in derselben Weise wies die resultierende Copolyimidpolymer-Folie eine durch D.M.C. ermittelte Glasübergangstemperatur von 273ºC auf.

Claims

1. Thermoplastische Polyimid-, Poly(esterimid)- oder Polyamidsäurezusammensetzung, die zumindest 10 Mol-% des Reaktionsprodukts von

(a) aromatischem oder aliphatischem Tetrakarbonsäuredianhydrid

(b) aromatischem Diamin der Formel

enthält, worin A ein vierwertiger Rest ist, der von einem substituierten oder unsubstituierten aromatischen oder aliphatischen Dianhydrid abgeleitet ist,

R¹, R² und R³ (unabhängig voneinander) Wasserstoff, Halogen oder Hydrocarbyl sind und n, n' und n (unabhängig voneinander) ganze Zahlen von 1 bis 4 sind und

X&sub1; und X&sub2; (unabhängig voneinander) verzweigtes oder zyklisches Alkylen oder lineares, verzweigtes oder zyklisches Alkenylen mit bis zu 30 C-Atomen sind.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, umfassend wiederkehrende strukturelle Einheiten der Formeln

worin k und k' positive ganze Zahlen sind, die die Anzahl der Polymerblöcke im Polymer angeben, und r und r' gleiche oder verschiedene ganze Zahlen größer als 1 sind, die eine Wiederholungsanzahl in der Polymerkette angeben.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, die bis zu 90 Mol-% interkondensierter struktureller Einheiten der Formel

enthält, worin B ein zweiwertiger Rest ist, der von einem Diamin der allgemeinen Formel H&sub2;N-B-NH&sub2; abgeleitet ist, worin B eine aliphatische oder zykloaliphatische Gruppe mit 2 bis 20 C-Atomen, heterozyklische Gruppe mit 6 bis 20 C-Atomen, Polyoxyalkylengruppe mit von 4 bis 500 C-Atomen, aromatische Gruppe mit 6 bis 40 C-Atomen ist, oder von einem bis(aminofunktionellen) Polysiloxan abgeleitet ist, oder eine Kombination daraus; und

s eine ganze Zahl größer als 1 ist.

4. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin A ein vierwertiger Benzol- oder Naphthalinkern oder eine substituierte vierwertige Gruppe der Formel

ist, worin m 0 oder 1 ist;

E -O- -S-, -S-S-,

(worin R ein substituiertes oder unsubstituiertes lineares oder verzweigtes Alkylen oder Arylen mit 1 bis 30 C-Atomen ist),

oder ein substituiertes oder unsubstituiertes lineares, verzweigtes oder zyklisches Alkylen mit 1 bis 30 C-Atomen oder Alkenylen mit 2 bis 30 C-Atomen ist;

G Phenylen oder eine substituierte oder unsubstituierte Gruppe der Formel

ist; und

X&sub3; und X&sub4; jeweils unabhängig voneinander -O-,

-S-,

ein lineares oder verzweigtes Alkylen mit 1 bis 30 C-Atomen; oder Alkenylen mit 2 bis 30 C-Atomen sind.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 3, worin B ein sustituiertes oder unsubstituiertes Phenylen, Diphenylen, Naphthylen oder eine Gruppe der Formel

ist, worin m 0 oder 1 ist;

E' -O-, -S-,

-S-S-,

oder ein substituiertes oder unsubstituiertes verzweigtes oder lineares Alkylen mit 1 bis 30 C-Atomen ist; und

G' ein substituiertes oder unsubstituiertes Phenylen oder eine Gruppe der Formel

ist.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 3, worin B der Rest eines bis(Amino)polysiloxans der Formel

ist, worin Q eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe ist;

Z -O-, -S-,

ist;

D ein substituiertes oder unsubstituiertes Hydrocarbylen ist;

R&sup6;, R&sup7;, R&sup8;, R&sup9;, R¹&sup0; und R¹¹ jeweils unabhängig voneinander ein substituiertes oder unsubstituiertes Hydrocarbyl sind; und

h, i und j jeweils unabhängig voneinander einen Wert von 0 bis 100 haben.

7. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die genannte Zusammensetzung zwischen 15 und 85 Mol-% des genannten Reaktionsprodukts enthält.

8. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin X&sub1; und X&sub2; jeweils eine divalente Gruppe der Formel

sind, worin

R&sup4; und R&sup5; jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, ein substituiertes oder unsubstituiertes Alkyl mit bis zu 12 C-Atomen, ein substituiertes oder unsubstituiertes Alkenyl mit 2 bis 12 C-Atomen, ein substituiertes oder unsubstituiertes Zykloalkyl mit 4 bis 12 C-Atomen, ein substituierter oder unsubstituierter karbozyklischer Aromat oder heterozyklischer Aromat mit 5 bis 24 C-Atomen sind, mit der Maßgabe, daß R&sup4; und R&sup5; nicht beide Wasserstoff sein können.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 8, worin R&sup4; und R&sup5; (unabhängig voneinander) C&sub1;&submin;&sub8;-Alkyl, C&sub2;&submin;&sub8;-Alkenyl oder C&sub4;&submin;&sub8;-Zykloalkyl sind.

10. Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Polyimids, Poly(esterimid)s oder einer Polyamidsäure umfassend das Umsetzen von

(a) aromatischem oder aliphatischem Tetracarbonsäuredianhydrid

und

(b) aromatischem Diamin der Formel

worin A ein vierwertiger Rest ist, der von einem substituierten oder unsubstituierten aromatischen oder aliphatischen Dianhydrid abgeleitet ist,

R¹, R² und R³ (unabhängig voneinander) Wasserstoff, Halogen oder Hydrocarbyl sind und n, n' und n'' (unabhängig voneinander) ganze Zahlen von 1 bis 4 sind, und

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Dianhydrid mit dem aromatischen Diamin (b) und einem oder mehreren anderen Diaminen umgesetzt wird, wobei das aromatische Diamin (b) zumindest 10 Mol-% des verwendeten Diamins ausmacht.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, die folgende Abfolge von Schritten umfassend:

(i) eine Reaktionsmischung aus dem Dianhydrid (a) und aromatischen Diamin

(b) wird hergestellt und in einem Lösungsmittel gerührt;

(ii) eine Rückflußreaktion zwischen (a) und (b) erzeugt Wasser;

(iii) das Wasser wird durch Destillation entfernt, und

(iv) nach dem vollständigen Entfernen des Wassers wird die resultierende Produktlösung abgekühlt und das gewünschte Polymer wiedergewonnen.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem jedes verwendete Diamin aromatisch ist.