WO2019054471A1 - ポリベンゾイミダゾール、その前駆体ポリアミド及びそれらの製造方法 - Google Patents

ポリベンゾイミダゾール、その前駆体ポリアミド及びそれらの製造方法 Download PDF

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好行 大石
剛 野口
將 神原
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ダイキン工業株式会社
国立大学法人岩手大学
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Definitions

  • the present invention relates to a polybenzimidazole which is soluble in various organic solvents, exhibits a high glass transition temperature, is colorless and transparent, has a low dielectric constant, its precursor polyamide, and a process for producing them.
  • Polybenzimidazole is excellent in heat resistance, mechanical properties and adhesion, and is used in various fields as heat resistant fibers, molded articles, adhesives and the like. Recently, applications to polymer electrolyte membranes for fuel cells have been studied (see, for example, Patent Document 1).
  • Polybenzimidazole is synthesized and produced by melt-solid phase polycondensation of aromatic tetraamine and diphenyl aromatic dicarboxylic acid (see, for example, Non-Patent Document 1). According to this method, the formation of insolubles can not be avoided due to partial overheating, which is a problem. Furthermore, there is also a problem that the metal material used in the manufacturing apparatus is worn away and a large amount of metal impurities is contained in polybenzimidazole (see, for example, Patent Document 2).
  • Solution polycondensation has been developed as a convenient alternative synthesis of polybenzimidazole. That is, it is a direct polymerization method in which a polycondensed acid or a phosphorus pentoxide-methanesulfonic acid mixture is used as a polymerization solvent and a condensation agent as a solution polycondensation from an aromatic tetraamine and an aromatic dicarboxylic acid.
  • a polycondensed acid or a phosphorus pentoxide-methanesulfonic acid mixture is used as a polymerization solvent and a condensation agent as a solution polycondensation from an aromatic tetraamine and an aromatic dicarboxylic acid.
  • a condensation agent as a solution polycondensation from an aromatic tetraamine and an aromatic dicarboxylic acid.
  • an active diester method is known as a halogen- and phosphorus-free synthesis method of polybenzoxazole, and poly (o-hydroxyamide), which is a polybenzoxazole precursor, using benzotriazole-based active diester and triazine-based active diester Are synthesized (see, for example, Patent Documents 3 and 4).
  • the poly (o-hydroxyamide) precursor synthesized by this method and the polybenzoxazole obtained from this precursor have an extremely low content of impurities and are useful for applications to electric and electronic parts and optical parts Has been reported.
  • An object of the present invention is to provide fluorine-containing polybenzimidazole which is excellent in heat resistance and excellent in solvent solubility, electrical insulation and colorless transparency.
  • the present invention is a polybenzimidazole characterized by containing a repeating unit represented by the following general formula (1).
  • R f is —SO 2 —, —O—, —CO—, an alkylene group which may have a substituent, or
  • two Xs independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group, and R 1 represents a divalent organic group.
  • the R f is preferably a fluorine-substituted alkylene group. Furthermore, it is also preferable that it is -C (CF 3 ) 2- .
  • the polybenzimidazole preferably has a number average molecular weight by gel permeation chromatography analysis (GPC) of 2,000 or more in terms of standard polystyrene.
  • GPC gel permeation chromatography analysis
  • the present invention is also a polybenzimidazole precursor polyamide (hereinafter, also simply referred to as a polyamide) characterized by containing a repeating unit represented by the following general formula (2).
  • R f is —SO 2 —, —O—, —CO—, an alkylene group which may have a substituent, or
  • two Xs independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group, and R 1 represents a divalent organic group.
  • the R f is preferably a fluorine-substituted alkylene group. Furthermore, it is also preferable that it is -C (CF 3 ) 2- .
  • the polybenzimidazole precursor polyamide preferably has a number average molecular weight of 2,000 or more in terms of standard polystyrene as determined by gel permeation chromatography analysis (GPC).
  • the present invention is a method for producing a polyamide for producing the above polybenzimidazole precursor polyamide, which is a tetraamine compound (3) represented by the general formula (3) and a dicarboxylic acid derivative represented by the general formula (4)
  • the production method is also characterized by including the step (1-1) of obtaining a polybenzimidazole precursor polyamide containing a repeating unit represented by the general formula (2) by polymerizing the compound (4).
  • R f is —SO 2 —, —O—, —CO—, an alkylene group which may have a substituent, or
  • two X's independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group.
  • R 1 is a divalent organic group
  • R 2 and R 3 are independently OH, a linear or branched alkoxy group, and an optionally substituted aromatic group Group oxy group or a halogen atom
  • the R f is preferably a fluorine-substituted alkylene group. Furthermore, it is also preferable that it is -C (CF 3 ) 2- .
  • the present invention is a process for producing polybenzimidazole for producing the above polybenzimidazole,
  • a polymer comprising a repeating unit represented by the general formula (2) by polymerizing the tetraamine compound (3) represented by the general formula (3) and the dicarboxylic acid derivative compound (4) represented by the general formula (4)
  • the production method is also characterized by including a step (1-2) of obtaining a polybenzimidazole containing a repeating unit represented by the general formula (1) by subjecting the polybenzimidazole precursor polyamide to cyclodehydration.
  • General formula (2) (2) (In the general formula (2), R f is —SO 2 —, —O—, —CO—, an alkylene group which may have a substituent, or And two Xs independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group, and R 1 represents a divalent organic group. )
  • the R f is preferably a fluorine-substituted alkylene group. Furthermore, it is also preferable that it is -C (CF 3 ) 2- .
  • the present invention is also a film comprising the above polybenzimidazole.
  • the present invention is also a flexible wiring board comprising the above film.
  • the present invention is also a printed circuit board provided with the above-mentioned film.
  • the present invention is also a polymer electrolyte membrane for a fuel cell comprising the above-mentioned film.
  • the polybenzimidazole of the present invention is excellent in heat resistance, and also excellent in solvent solubility, electrical insulation, colorless transparency and flexibility, it can be suitably used as a film, a polymer electrolyte membrane, a resist material, etc. is there.
  • the polyamide of the present invention can be suitably used as a raw material of the polybenzimidazole of the present invention. According to the method for producing a polyamide of the present invention, the polyamide of the present invention can be suitably produced. According to the method for producing polybenzimidazole of the present invention, the polybenzimidazole of the present invention can be suitably produced.
  • the film of the present invention is composed of the polybenzimidazole of the present invention, it is excellent in heat resistance, high in solvent solubility and transparency, and low in dielectric constant, and therefore for flexible wiring boards, printed boards, optical components and fuel cells It can be suitably used for polymer electrolyte membranes, resist materials and the like.
  • aromatic group means a monovalent group having an aromatic ring, and includes aromatic hydrocarbon ring groups and aromatic heterocyclic groups.
  • the aromatic hydrocarbon ring group is preferably composed of a six-membered aromatic hydrocarbon ring.
  • the aromatic hydrocarbon ring group may be monocyclic, bicyclic or tricyclic.
  • the aromatic heterocyclic group is preferably composed of a 5- to 6-membered aromatic heterocyclic ring.
  • the aromatic heterocycle contains one or more hetero atoms. Examples of the hetero atom include nitrogen atom, oxygen atom and sulfur atom, and nitrogen atom is preferable among them.
  • the aromatic heterocyclic group may be monocyclic, bicyclic or tricyclic.
  • the "substituent” means a group capable of substitution.
  • the “substituent” are aliphatic group, alicyclic group, aromatic group, heterocyclic group, acyl group, acyloxy group, acylamino group, aliphatic oxy group, aromatic oxy group, heterocyclic oxy group, Aliphatic oxycarbonyl group, aromatic oxycarbonyl group, heterocyclic oxycarbonyl group, carbamoyl group, aliphatic sulfonyl group, aromatic sulfonyl group, heterocyclic sulfonyl group, aliphatic sulfonyloxy group, aromatic sulfonyloxy group, heterocyclic ring Sulfonyloxy group, sulfamoyl group, aliphatic sulfonamide group, aromatic sulfonamide group, heterocyclic sulfonamide group, amino group, aliphatic amino group
  • the present invention is a novel polybenzimidazole characterized by containing a repeating unit represented by the general formula (1).
  • R f is —SO 2 —, —O—, —CO—, an alkylene group which may have a substituent, or
  • two X's independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group.
  • the substituent is preferably a halogen atom, and more preferably a fluorine atom.
  • the alkylene group may be linear or branched, and preferably has 1 to 6 carbon atoms constituting the alkylene group.
  • one or more hydrogen atoms may be substituted with fluorine, but it is more preferable that all hydrogen atoms be fluorine-substituted.
  • the fluorine-substituted alkylene group preferably has 1 to 6 carbon atoms, and more preferably 1 to 3 carbon atoms.
  • fluorine-substituted alkylene group -CHF-, -CF 2- , -CF 2 CH 2- , -CF 2 CF 2- , -CH 2 CF 2- , -CH 2 CH 2 CF 2- , -CH 2 CF 2 CH 2 - , - CH 2 CF 2 CF 2 -, - CF 2 CH 2 CH 2 -, - CF 2 CF 2 CH 2 -, - CF 2 CH 2 CF 2 -, - CF 2 CF 2 CF 2- , -C (CF 3 ) H-, -C (CF 3 ) F-, -C (CH 3 ) F-, -C (CF 3 ) 2- , -C (CF 3 ) (CH 3 ) ) -, - C (CF 3 ) FCF 2 -, - C (CF 3) FCH 2 -, - C (CF 3) HCH 2 -, - C (CH 3) FCH 2 -,
  • R f is preferably a fluorine-substituted alkylene group. Among them, -C (CF 3 ) 2 -and -CF 2 CF 2 -are preferable, and -C (CF 3 ) 2 -is more preferable.
  • the monovalent organic group is a monovalent group containing a carbon atom or a group formed by removing one hydrogen atom from an organic compound.
  • the aliphatic hydrocarbon group which may have a substituent, the aromatic group which may have a substituent, etc. are mentioned.
  • the monovalent organic group include lower alkyl groups having 1 to 10, especially 1 to 6 carbon atoms, such as -CH 3 , -C 2 H 5 , -C 3 H 7 and the like; -CF 3 , -C 2 F 5 , —CH 2 F, —CH 2 CF 3 , —CH 2 C 2 F 5 etc.
  • X a monovalent organic group is preferable, and an aromatic group which may have a substituent is more preferable.
  • R 1 is a divalent organic group.
  • the divalent organic group is a divalent group containing a carbon atom or a group formed by removing two hydrogen atoms from an organic compound.
  • the above-mentioned divalent organic group may have a substituent, an alkylene group which may have an ether bond; may have a substituent, and may have an ether bond An arylene group etc. are mentioned.
  • the alkyl group which may be substituted by the halogen atom and the halogen atom is preferable, and a fluorine atom and a fluorinated alkyl group are more preferable.
  • R 1 In the polybenzimidazole of the present invention, only one type of R 1 may be present, or a plurality of types may be present.
  • the repeating unit represented by (in the general formula (1-2), X and R 1 are as described above) is preferable.
  • the repeating unit represented by the general formula (1) may be present alone or in combination.
  • the polybenzimidazole of the present invention preferably has a number average molecular weight of 2,000 or more.
  • the number average molecular weight is more preferably 10,000 or more, and preferably 500,000 or less, and more preferably 200,000 or less.
  • the number average molecular weight can be determined by gel permeation chromatography analysis (GPC).
  • the polybenzimidazole of the present invention preferably has a weight average molecular weight by gel permeation chromatography analysis (GPC) of 5,000 or more in terms of standard polystyrene.
  • the weight average molecular weight is more preferably 10,000 or more, and preferably 1,000,000 or less.
  • the present invention is also a novel polybenzimidazole precursor polyamide characterized by containing a repeating unit represented by the general formula (2).
  • two X's are independently a hydrogen atom or a monovalent organic group, and R 1 is a divalent organic group.
  • X, R f and R 1 are as described above.
  • the repeating unit represented by the general formula (2) may be present alone or in combination.
  • the polyamide of the present invention preferably has a number average molecular weight of 2,000 or more.
  • the number average molecular weight is more preferably 10,000 or more, and preferably 500,000 or less, and more preferably 200,000 or less.
  • the film formability is poor, and the characteristics as a polybenzimidazole precursor polyamide are not sufficiently expressed.
  • the number average molecular weight exceeds 500,000, If the molecular weight is too high, the solvent solubility may be deteriorated, and the molding processability may be deteriorated.
  • the number average molecular weight can be determined by gel permeation chromatography analysis (GPC).
  • the polyamide of the present invention preferably has a weight average molecular weight by gel permeation chromatography analysis (GPC) of 5,000 or more in terms of standard polystyrene.
  • the weight average molecular weight is more preferably 10,000 or more, and preferably 1,000,000 or less.
  • the polyamide of the present invention is represented by the general formula (2) by polymerizing the tetraamine compound (3) represented by the general formula (3) and the dicarboxylic acid derivative compound (4) represented by the general formula (4). It can manufacture suitably by the manufacturing method including the process (1-1) which obtains the polybenzimidazole precursor polyamide containing the repeating unit. The above manufacturing method is also one of the present invention.
  • two X's are independently a hydrogen atom or a monovalent organic group.
  • X and R f are as described above.
  • R 1 is a divalent organic group, and R 2 and R 3 may independently have OH, a linear or branched alkoxy group, or a substituent. It is an aromatic oxy group or a halogen atom. R 1 is as described above.
  • the alkoxy group as R 2 and R 3 preferably has 1 to 12 carbon atoms, and more preferably 1 to 6 carbon atoms.
  • Examples of the substituent which the above-mentioned aromatic oxy group as R 2 and R 3 may have include an alkoxy group, an alkyl group, a fluoroalkyl group, a halo group (halogen atom), a nitro group, a cyano group and an ester group
  • an alkoxy group is more preferred.
  • Examples of the aromatic oxy group as R 2 and R 3 include a phenoxy group (not having a substituent); a triazinyloxy group which may have a substituent and the like.
  • R 2 and R 3 among others, OH, a phenoxy group (not having a substituent), a methoxy group, an ethoxy group, a chlorine atom, and Is preferred.
  • the polymerization in the step (1-1) it is preferable to use 0.5 to 1.5 moles of the dicarboxylic acid derivative compound (4) with respect to 1 mole of the tetraamine compound (3).
  • the polymerization in step (1-1) can be carried out in a solvent.
  • the above solvent does not substantially react with the dicarboxylic acid derivative compound (4), and has the property of dissolving the above tetraamine compound (3) well, and it is good for the polybenzimidazole precursor polyamide which is a reaction product.
  • it is a solvent.
  • solvent is not particularly limited, but dimethylsulfoxide (DMSO), N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), 1,3-dimethylimidazolidone (DMI), sulfolane, tetrahydrofuran (THF), acetone and the like.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • DMI 1,3-dimethylimidazolidone
  • the amount of these solvents to be used is generally 10 to 1000 mL, preferably 50 to 400 mL, per 0.1 mol of the tetraamine compound (3) to be used.
  • the polymerization in step (1-1) can also be carried out in the presence of additives.
  • additives for example, in order to obtain a polybenzimidazole precursor polyamide having a large molecular weight, inorganic salts such as lithium chloride and calcium chloride may be added. Among these, lithium chloride is preferred. 10 mass% or less is preferable normally with respect to the amount of a solvent used, and, as for the said additive, it is more preferable to use 5 mass% or less.
  • the tetraamine compound (3) is dissolved in an inert solvent, the above-mentioned dicarboxylic acid derivative compound (4) is added, and then under an inert atmosphere such as nitrogen.
  • an inert atmosphere such as nitrogen.
  • polybenzimidazole precursor polyamide can be obtained.
  • the polymerization temperature is preferably ⁇ 50 to 100 ° C., and more preferably ⁇ 30 to 50 ° C.
  • the polymerization time in the step (1-1) is preferably 0.1 to 50 hours, more preferably 1 to 24 hours.
  • step (1-1) After completion of step (1-1), the reaction mixture is poured into a poor solvent such as methanol or water to separate the polymer, and then purification is performed by reprecipitation to easily remove by-products, inorganic salts, etc. Thus, a highly pure polybenzimidazole precursor polyamide can be obtained.
  • a poor solvent such as methanol or water
  • the polybenzimidazole of the present invention is prepared by polymerizing the tetraamine compound (3) represented by the general formula (3) with the dicarboxylic acid derivative compound (4) represented by the general formula (4).
  • It can manufacture suitably by the manufacturing method characterized by including the process (1-2) which obtains polybenzimidazole containing.
  • the above manufacturing method is also one of the present invention.
  • the step (1-1) is as described above.
  • the polyamide obtained in the step (1-1) may be subjected to the step (1-2) as a crude product as it is, and after completion of the step (1-1), isolation and purification are carried out before the step (( You may use for 1-2).
  • Dehydration cyclization in the step (1-2) can be carried out by heating the above-mentioned polyamide to obtain polybenzimidazole of high purity.
  • the temperature of the heating is preferably 250 to 550 ° C., and more preferably 350 to 470 ° C.
  • the heating time is preferably 0.1 to 2 hours, and more preferably 0.2 to 1 hour.
  • the dehydration cyclization in step (1-2) can be carried out in the air, in an atmosphere of nitrogen or argon or under reduced pressure.
  • the polybenzimidazole of the present invention is represented by the general formula (1) by polymerizing the tetraamine compound (3) represented by the general formula (3) and the compound (5) represented by the general formula (5) It can also be suitably produced by a production method comprising the step (2-1) of obtaining a polybenzimidazole containing a repeating unit.
  • R 1 is a divalent organic group, and two Y's are independently —CN or —COOR 4 (R 4 is H, a linear or branched alkyl group, or And an aromatic group which may have a substituent.
  • R 1 is as described above.
  • the above alkyl group as R 4 preferably has 1 to 6 carbon atoms, and more preferably 1 to 3 carbon atoms.
  • Examples of the above-mentioned aromatic group as R 4 include a phenyl group which may have a substituent; and triazinyl which may have a substituent.
  • -CN is preferable as Y.
  • the polymerization in the step (2-1) is preferably carried out without solvent, but may be carried out in a solvent.
  • a solvent when carried out in a solvent an organic solvent is preferable, and dimethylsulfoxide (DMSO), N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidone ( NMP), 1,3-dimethylimidazolidone (DMI), sulfolane and the like.
  • DMSO dimethylsulfoxide
  • NMF N-dimethylformamide
  • DMAc N-dimethylacetamide
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • DMI 1,3-dimethylimidazolidone
  • sulfolane 1,3-dimethylimidazolidone
  • the polymerization in step (2-1) can also be carried out in the presence of additives.
  • the additive include lithium chloride and calcium chloride. Among these, lithium chloride is preferred. 10 mass% or less is preferable normally with respect to the amount of a solvent used, and, as for the said additive, it is more preferable to use 5 mass% or less.
  • the temperature for polymerization in the step (2-1) is preferably 10 to 400 ° C., and more preferably 70 to 300 ° C.
  • the polymerization pressure in the step (2-1) is preferably 0.01 to 1.0 MPa, more preferably 0.05 to 0.2 MPa.
  • the polymerization time in the step (2-1) is preferably 0.1 to 60 hours, more preferably 3 to 40 hours.
  • step (2-1) After completion of step (2-1), the reaction mixture is poured into a poor solvent such as methanol or water to separate the polymer, and then purification is performed by reprecipitation to easily remove by-products, inorganic salts, etc. Thus, highly pure polybenzimidazole can be obtained.
  • a poor solvent such as methanol or water
  • the polybenzimidazole of the present invention is excellent in heat resistance, and also excellent in solvent solubility, electrical insulation, colorless transparency and flexibility, and therefore, can be suitably used for films, polymer electrolyte membranes, resist materials and the like. Among them, the film is suitable. Since the polybenzimidazole of the present invention is excellent in solvent solubility, thinning is easy. The polybenzimidazole of the present invention also has the flexibility required for films.
  • the film can be produced by molding the polybenzimidazole of the present invention by a known film molding method such as an extrusion molding method, a calendar molding method, a solution casting method and the like.
  • a solution containing the above-described polyamide of the present invention it is possible to simultaneously produce polybenzimidazole by dehydration cyclization of the polyamide and film formation.
  • the present invention is also a film comprising the polybenzimidazole of the present invention described above.
  • the film of the present invention is high in solvent solubility and transparency, and low in dielectric constant.
  • the polybenzimidazole precursor polyamide is dissolved in N, N-dimethylacetamide (DMAc), tetrahydrofuran (THF), etc. It is preferable to Alternatively, the above polybenzimidazole can be dissolved in dimethylsulfoxide (DMSO), N, N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a cast film as described above. .
  • DMSO dimethylsulfoxide
  • DMF N-dimethylformamide
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • Film of the present invention preferably has a refractive index at the d-line (n d) is 1.70 or less, more preferably 1.65 or less.
  • the refractive index is a value measured by a model 2010 / M prism coupler manufactured by Metricon.
  • the film of the present invention has a low dielectric constant and is excellent in insulation.
  • the dielectric constant ( ⁇ ) of the film is preferably 3.2 or less, more preferably 3.0 or less.
  • a foamed film having a still lower dielectric constant By adding a foaming agent to a solution of the polybenzimidazole of the present invention or the above polyamide and forming a film, a foamed film having a still lower dielectric constant can also be obtained.
  • the blowing agent include 2-hydroxy-4,6-dimethoxy-1,3,5-triazine which decomposes at a low temperature (170 ° C. or higher).
  • the film of the present invention preferably has a thickness of 5 to 100 ⁇ m, more preferably 10 to 40 ⁇ m.
  • the film of the present invention can be suitably used as, for example, a base film or an optical film of a flexible wiring board or a printed board.
  • a flexible wiring board or a printed board comprising the film of the present invention is also one of the present invention.
  • a polymer electrolyte membrane for a fuel cell comprising the film of the present invention is also one of the present invention.
  • TMA Thermal Mechanical Analysis
  • DMA Viscoelasticity measuring apparatus
  • TG / DTA Thermogravimetric analysis
  • TG / DTA 7300 manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.
  • UV-visible spectrophotometer UV-1800 manufactured by Shimadzu Corporation (9) Refractive index measurement: Metricon Model 2010 / M PRISM COUPLER
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration, and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours to obtain pale yellow flaky PA (OBBT-PhTA) (yield: 1.31 g, 71%). It was confirmed by 1 H-NMR that a polyamide was formed.
  • the polyamide was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a glass plate and vacuum dried in a desiccator at room temperature for 6 hours.
  • the film is then dried in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and 250 ° C. for 1 hour to form a colorless, transparent and flexible polyamide film ( 21 ⁇ m) was produced.
  • the film was used to evaluate thermal and optical properties.
  • Thermal property glass transition temperature 278 ° C (TMA measurement)
  • Weight loss due to dehydration ring closure weight loss from 300 ° C to 4.0% (theoretical value 4.9%)
  • Thermal expansion coefficient 66 ppm / ° C (150 ° C to 200 ° C)
  • Optical property cutoff wavelength 348 nm
  • Light transmittance at 500 nm 84% refractive index at the d-line (n d): 1.643 (in-plane), 1.643 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.643 Permittivity ( ⁇ ): 2.96
  • a 100 mL three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen introduction tube was dried with a heat gun under a nitrogen stream, and 2,2-bis-3-amino-4- (bistrifluoromethylanilinophenyl) hexafluoropropane ( 1.183 g (1.50 mmol) of Vs 8) and 3 mL of NMP were added and completely dissolved at room temperature. Thereafter, 0.805 g (1.50 mmol) of a triazine type active diester (OBBT) was added and reacted at 20 ° C. for 6 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into 500 mL of distilled water to precipitate a polymer.
  • OBBT triazine type active diester
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours. The crude yield was 92%. The dried polymer was dissolved in NMP, and reprecipitation purification was performed with methanol. The precipitated polymer was collected by suction filtration, and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours to obtain pale yellow powdery PA (OBBT-Vs8) (yield: 1.61 g, 42%). It was confirmed by 1 H-NMR that a polyamide was formed.
  • the polyamide was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast onto a quartz plate and dried in a desiccator under reduced pressure at room temperature for 6 hours. After that, it was dried in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and further at 250 ° C. for 1 hour to produce a colorless transparent polyamide film .
  • the optical properties were evaluated using this film.
  • Thermal property glass transition temperature 218 ° C (DSC measurement)
  • Weight loss due to dehydration weight loss from 290 ° C to 3.0% (theoretical value 3.6%)
  • Optical property cutoff wavelength 350 nm
  • Light transmittance at 500 nm 83%
  • the reaction solution was poured into 500 mL of methanol to precipitate a polymer.
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours.
  • the crude yield was 90%.
  • the dried polymer was dissolved in NMP, and reprecipitation purification was carried out in methanol to remove the leaving component 2-hydroxy-4,6-dimethoxy-1,3,5-triazine.
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours to obtain pale yellow powdery PA (IPBT-PhTA) (yield: 0.84 g, 51%).
  • IPBT-PhTA pale yellow powdery PA
  • the polyamide was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a glass plate and vacuum dried in a desiccator at room temperature for 6 hours.
  • the film is then dried in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and 250 ° C. for 1 hour to form a colorless, transparent and flexible polyamide film ( 23 ⁇ m) was produced.
  • the film was used to evaluate thermal and optical properties.
  • Thermal property glass transition temperature 259 ° C (TMA measurement)
  • Weight loss due to dehydration weight loss from 300 ° C to 4.5% (theoretical value 5.5%)
  • Optical property cutoff wavelength 346 nm
  • Light transmittance at 500 nm 80% refractive index at the d-line (n d): 1.634 (in-plane), 1.634 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.634 Permittivity ( ⁇ ): 2.94
  • the reaction solution was poured into 500 mL of methanol to precipitate a polymer.
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours.
  • the crude yield was 93%.
  • the polymer was dissolved in NMP, and reprecipitation purification was performed in methanol to remove the leaving component 2-hydroxy-4,6-dimethoxy-1,3,5-triazine.
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration, and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours to obtain pale yellow powdery PA (TPBT-PhTA) (yield: 1.29 g, yield: 80%). It was confirmed by 1 H-NMR that a polyamide was formed.
  • the polyamide was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a glass plate and vacuum dried in a desiccator at room temperature for 6 hours. Then, it is dried in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and 250 ° C. for 1 hour to obtain a transparent flexible polyamide film (22 ⁇ m) Made.
  • the film was used to evaluate thermal and optical properties.
  • Thermal property glass transition temperature 280 ° C (TMA measurement)
  • Weight loss due to dehydration ring closure weight loss from 280 ° C to 4.9% (theoretical value 5.6%)
  • Optical property cutoff wavelength 312 nm
  • Light transmittance at 500 nm 83% refractive index at the d-line (n d): 1.642 (in-plane), 1.640 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.641 Permittivity ( ⁇ ): 2.96
  • the reaction solution was poured into 500 mL of methanol to precipitate a polymer.
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours.
  • the crude yield was 90%.
  • the polymer was dissolved in NMP, and reprecipitation purification was performed in methanol to remove the leaving component 2-hydroxy-4,6-dimethoxy-1,3,5-triazine.
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration, and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours to obtain light yellow powdery PA (DCPT-PhTA) (yield: 1.46 g, 81%). It was confirmed by 1 H-NMR that a polyamide was formed.
  • the polyamide was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a glass plate and dried in a desiccator at room temperature for 6 hours. Then, it is dried in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and further at 250 ° C. for 1 hour to form a pale yellow flexible polyamide film. (28 ⁇ m) was produced. This film was used to evaluate the thermal and optical properties.
  • Thermal property glass transition temperature 267 ° C (TMA measurement)
  • Weight loss due to dehydration ring closure weight loss from 280 ° C to 4.9% (theoretical value 5.0%)
  • Thermal expansion coefficient 68 ppm / ° C (150 ° C to 200 ° C)
  • Optical property cutoff wavelength 365 nm
  • Light transmittance at 500 nm 81% refractive index at the d-line (n d): 1.660 (in-plane), 1.653 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.655 Permittivity ( ⁇ ): 3.01
  • Example 6 Synthesis of polyamide [PA (HPBT-PhTA)]
  • HPBT triazine type active diester
  • the reaction solution was poured into 500 mL of methanol to precipitate a polymer.
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours. The crude yield was 99%.
  • the polymer was dissolved in NMP, and reprecipitation purification was performed in methanol to remove the leaving component 2-hydroxy-4,6-dimethoxy-1,3,5-triazine.
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration and vacuum drying was performed at room temperature for 12 hours to obtain pale yellow powdery PA (HPBT-PhTA) (yield: 1.83 g, 85%). It was confirmed by 1 H-NMR that a polyamide was formed.
  • the polyamide was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a quartz plate and dried in a desiccator under reduced pressure for 6 hours at room temperature.
  • the film is then dried in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and 250 ° C. for 1 hour to form a colorless transparent polyamide film (7 ⁇ m) Was produced.
  • the film was used to evaluate thermal and optical properties.
  • Optical property cutoff wavelength 363 nm
  • Light transmittance at 500 nm 81% refractive index at the d-line (n d): 1.586 (in-plane), 1.586 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.586 Permittivity ( ⁇ ): 2.77
  • Example 7 Synthesis of polyamide [PA (OBBT-TA)] Add 0.162 g (5 wt% to NMP) of lithium chloride to a 100 mL three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, and nitrogen inlet tube, dry with a heat gun under a nitrogen stream, and then add 3 mL of NMP It was completely dissolved. Next, 0.910 g (2.50 mmol) of 2,2-bis (3,4-diaminophenyl) hexafluoropropane (TA) was added and dissolved.
  • PA OBBT-TA
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration, and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours to obtain pale yellow powdery PA (OBBT-TA) (yield: 0.58 g, 38%). It was confirmed by 1 H-NMR that a polyamide was formed.
  • the polyamide was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was poured onto a glass plate and dried in a desiccator under reduced pressure at room temperature for 6 hours. After that, it is dried in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and further at 250 ° C. for 1 hour. 20 ⁇ m) was produced.
  • the film was used to evaluate thermal and optical properties.
  • Thermal property glass transition temperature 256 ° C (TMA measurement)
  • Weight loss due to dehydration ring closure weight loss from 300 ° C to 5.5% (theoretical value 6.0%)
  • Optical property cutoff wavelength 349 nm
  • Example 8 Synthesis of polyamide [PA (IPBT-TA)] Put 0.542 g of lithium chloride (5 wt% to NMP) into a 100 mL three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer and nitrogen inlet tube, dry with a heat gun under a nitrogen stream, and then add 10 mL of NMP It was completely dissolved. Next, 0.911 g (2.50 mmol) of 2,2-bis (3,4-diaminophenyl) hexafluoropropane (TA) was added and dissolved. Furthermore, 1.111 g (2.50 mmol) of a triazine type active diester (IPBT) was added, and allowed to react at 50 ° C. for 24 hours.
  • IPBT triazine type active diester
  • the reaction solution was poured into 500 mL of distilled water to precipitate a polymer.
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours. The crude yield was 91%.
  • the polymer was dissolved in NMP, and reprecipitation purification was performed in distilled water to remove the leaving component 2-hydroxy-4,6-dimethoxy-1,3,5-triazine.
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration, and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours to obtain pale yellow powdery PA (IPBT-TA) (yield: 0.80 g, 69%). It was confirmed by 1 H-NMR that a polyamide was formed.
  • the polyamide was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a glass plate and dried in a desiccator under reduced pressure at room temperature for 6 hours. Then, it is dried in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and 250 ° C. for 1 hour to form a colorless, transparent and flexible polyamide film (20 ⁇ m) ) Was produced.
  • the film was used to evaluate thermal and optical properties.
  • Thermal property glass transition temperature 255 ° C (DSC measurement)
  • Weight loss due to dehydration ring closure Weight loss from 300 ° C to 5.6% (theoretical value 6.0%)
  • Optical property cutoff wavelength 349 nm
  • Light transmittance at 500 nm 79% refractive index at the d-line (n d): 1.638 (in-plane), 1.632 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.634 Permittivity ( ⁇ ): 2.94
  • Example 9 Synthesis of polyamide [PA (TPBT-TA)] Put 0.542 g of lithium chloride (5 wt% relative to NMP) into a 100 mL three-necked flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, dry with a heat gun under a nitrogen stream, add 10 mL of NMP, and dissolve completely The Next, 0.911 g (2.50 mmol) of 2,2-bis (3,4-diaminophenyl) hexafluoropropane (TA) was added and dissolved. Thereafter, 1.11 g (2.50 mmol) of a triazine type active diester (TPBT) was added while cooling to -10.degree.
  • TPBT triazine type active diester
  • the polyamide was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a glass plate and dried in a desiccator under reduced pressure at room temperature for 6 hours.
  • the film is then dried in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and 250 ° C. for 1 hour to form a colorless, transparent and flexible polyamide film (27 ⁇ m) ) Was produced.
  • the film was used to evaluate thermal and optical properties.
  • Thermal property glass transition temperature 210 ° C (DMA measurement)
  • Weight loss due to dehydration ring closure weight loss from 280 ° C to 7.2% (theoretical value 7.3%)
  • Optical property cutoff wavelength 382 nm
  • Light transmittance at 500 nm 79% refractive index at the d-line (n d): 1.663 (in-plane), 1.632 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.642 Permittivity ( ⁇ ): 2.97
  • Example 10 Synthesis of polyamide [PA (DCPT-TA)] Put 0.542 g of lithium chloride (5 wt% relative to NMP) into a 100 mL three-necked flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, dry with a heat gun under nitrogen stream, add 10 mL of NMP and dissolve completely The Next, 0.911 g (2.50 mmol) of 2,2-bis (3,4-diaminophenyl) hexafluoropropane (TA) was added and dissolved. Thereafter, 1.301 g (2.50 mmol) of a triazine active diester (DCPT) was added while cooling to 0 ° C., and the reaction was allowed to proceed at 0 ° C.
  • DCPT triazine active diester
  • the polyamide was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a glass plate and dried in a desiccator under reduced pressure at room temperature for 6 hours. Then, it is dried in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and 250 ° C. for 1 hour to form a colorless, transparent and flexible polyamide film (8 ⁇ m) ) Was produced.
  • the film was used to evaluate thermal and optical properties.
  • Optical property cutoff wavelength 379 nm
  • Light transmittance at 500 nm 78% refractive index at the d-line (n d): 1.680 (in-plane), 1.628 (out-of-plane)
  • Example 11 Synthesis of polyamide [PA (HPBT-TA)] Add 0.271 g (5 wt% to NMP) of lithium chloride into a 100 mL three-necked flask equipped with a stirrer and a nitrogen inlet tube, dry with a heat gun under a nitrogen stream, and then completely dissolve by adding 5 mL of NMP I did. Next, 0.911 g (2.50 mmol) of 2,2-bis (3,4-diaminophenyl) hexafluoropropane (TA) was added and dissolved. Further, 1.676 g (2.50 mmol) of a triazine type active diester (HPBT) was added and reacted at room temperature for 16 hours.
  • HPBT triazine type active diester
  • the reaction solution was poured into 500 mL of distilled water to precipitate a polymer.
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours.
  • the crude yield was 77%.
  • the dried polymer was dissolved in NMP, and reprecipitation purification was performed in distilled water to remove the leaving component 2-hydroxy-4,6-dimethoxy-1,3,5-triazine.
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration, and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours to obtain pale yellow powdery PA (HPBT-TA) (yield: 1.15 g, 64%). It was confirmed by 1 H-NMR that a polyamide was formed.
  • the polyamide was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a quartz plate and dried in a desiccator under reduced pressure at room temperature for 6 hours.
  • the film is then dried in a vacuum oven at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and 250 ° C. for 1 hour to form a colorless transparent polyamide film (7 ⁇ m) Made.
  • the film was used to evaluate thermal and optical properties.
  • Thermal property glass transition temperature 296 ° C (DSC measurement)
  • Weight loss due to dehydration ring closure weight loss from 280 ° C to 4.9% (theoretical value 5.0%)
  • Optical property cutoff wavelength 339 nm
  • Light transmittance at 500 nm 85% refractive index at the d-line (n d): 1.574 (in-plane), 1.564 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.567
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration, and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours to obtain PA (OBBT-DAB) as a brown powder (yield: 0.67 g, 61%). It was confirmed by 1 H-NMR that a polyamide was formed.
  • the polyamide was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a glass plate and dried in a desiccator at room temperature for 6 hours.
  • the film is then dried in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and then 250 ° C. for 1 hour to form a brown flexible polyamide film. (16 ⁇ m) was produced.
  • the film was used to evaluate thermal and optical properties.
  • Thermal property glass transition temperature 248 ° C (TMA measurement)
  • Weight loss due to dehydration ring closure weight loss from 300 ° C to 8.0% (theoretical value 8.2%)
  • Optical property cutoff wavelength 391 nm
  • Light transmittance at 500 nm 58% refractive index at the d-line (n d): 1.811 (in-plane), 1.718 (out-of-plane)
  • the reaction solution was poured into 500 mL of methanol to precipitate a polymer.
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours.
  • the crude yield was 99%.
  • the polymer was dissolved in NMP, and reprecipitation purification was carried out in methanol to remove the leaving component 2-hydroxy-4,6-dimethoxy-1,3,5-triazine.
  • the precipitated polymer was collected by suction filtration, and dried under reduced pressure at room temperature for 12 hours to obtain PA (IPBT-DAB) as a brown powder (yield: 0.72 g, 84%). It was confirmed by 1 H-NMR that a polyamide was formed.
  • the polyamide was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a glass plate and dried in a desiccator at room temperature for 6 hours. Then, the film is dried in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and further at 250 ° C. for 1 hour. 17 ⁇ m) was produced. This film was used to evaluate the thermal and optical properties.
  • Thermal property glass transition temperature 255 ° C (DSC measurement)
  • Weight loss due to dehydration ring closure weight loss from 300 ° C to 8.9% (theoretical value 9.0%)
  • Optical property cutoff wavelength 384 nm
  • Light transmittance at 500 nm 73% refractive index at the d-line (n d): 1.780 (in-plane), 1.686 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.717 Permittivity ( ⁇ ): 3.24
  • the polyamide was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a glass plate and dried in a desiccator at room temperature for 6 hours. Then, it is dried in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and 250 ° C. for 1 hour to obtain a yellow flexible polyamide film ( 8 ⁇ m) was produced.
  • the film was used to evaluate thermal and optical properties.
  • Thermal property glass transition temperature 251 ° C (TMA measurement)
  • Weight loss due to dehydration ring closure weight loss from 280 ° C to 9.7% (theoretical value: 10.5%)
  • Optical property cutoff wavelength 433 nm
  • Light transmittance at 500 nm 60% refractive index at the d-line (n d): 1.900 (in-plane), 1.703 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.769 Permittivity ( ⁇ ): 3.44
  • the polybenzimidazole precursor polyamide of each Example showed high solubility in solvents, such as NMP and DMAc.
  • the cutoff wavelength of the polyamide film was 333-382 nm and the transparency was excellent.
  • the refractive index was 1.567 to 1.655, and the dielectric constant was low at 2.70 to 3.01.
  • Thermal property glass transition temperature 319 ° C. (TMA measurement) 5% weight loss temperature: 533 ° C (in air), 533 ° C (in nitrogen) 10% weight loss temperature: 551 ° C (in air), 550 ° C (in nitrogen) Carbonization yield: 72% (in nitrogen, 800 ° C) Thermal expansion coefficient: 65 ppm / ° C (150 ° C to 200 ° C)
  • Optical property cutoff wavelength 346 nm
  • Light transmittance at 500 nm 81% refractive index at the d-line (n d): 1.641 (in-plane), 1.640 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.640 Permittivity ( ⁇ ): 2.96
  • Example 13 Synthesis of polybenzimidazole [PBI (IPBT-PhTA)
  • IPBT-PhTA The dried PA (IPBT-PhTA) was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a glass plate and dried in a desiccator under reduced pressure at room temperature for 6 hours. Then, in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, 250 ° C. for 1 hour, 300 ° C. for 1 hour, 350 ° C. for 1 hour
  • Heat treatment was performed at 410 ° C. for 10 minutes to produce a colorless, transparent and flexible polybenzimidazole film (27 ⁇ m). It was confirmed by FT-IR and 1 H-NMR that the amide bond disappeared and the dehydrating cyclization reaction proceeded to form polybenzimidazole.
  • Various physical properties of this film are
  • Thermal property glass transition temperature 281 ° C (TMA measurement) 5% weight loss temperature: 522 ° C (in air), 535 ° C (in nitrogen) 10% weight loss temperature: 541 ° C (in air), 554 ° C (in nitrogen) Carbonization yield: 73% (in nitrogen, 800 ° C) Thermal expansion coefficient: 64 ppm / ° C (150 ° C to 200 ° C)
  • Optical property cutoff wavelength 341 nm Light transmittance at 500 nm; 75% refractive index at the d-line (n d): 1.630 (in-plane), 1.628 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.629 Permittivity ( ⁇ ): 2.92
  • Example 14 Synthesis of polybenzimidazole [PBI (TPBT-PhTA)]
  • the dried PA (TPBT-PhTA) was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a glass plate and vacuum dried in a desiccator for 6 hours. Then, in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, 250 ° C. for 1 hour, 300 ° C. for 1 hour, 350 ° C. for 1 hour
  • Heat treatment was performed at 410 ° C. for 10 minutes to produce a pale yellow flexible polybenzimidazole film (20 ⁇ m). It was confirmed by FT-IR that the amide bond disappeared and the cyclodehydration reaction proceeded to form polybenzimidazole. The measurement results of various physical properties of this film are shown below.
  • Thermal property glass transition temperature 366 ° C (TMA measurement) 5% weight loss temperature: 525 ° C (in air), 531 ° C (in nitrogen) 10% weight loss temperature: 542 ° C (in air), 550 ° C (in nitrogen) Carbonization yield: 74% (in nitrogen, 800 ° C) Thermal expansion coefficient: 69 ppm / ° C (150 ° C to 200 ° C)
  • Optical property cutoff wavelength 330 nm
  • Light transmittance at 500 nm 86% refractive index at the d-line (n d): 1.640 (in-plane), 1.638 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.639 Permittivity ( ⁇ ): 2.95
  • Example 15 Synthesis of polybenzimidazole [PBI (HPBT-PhTA)]
  • the dried PA (HPBT-PhTA) was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a quartz plate and vacuum dried in a desiccator for 6 hours. Then, in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, 250 ° C. for 1 hour, 300 ° C. for 1 hour, 350 ° C. for 1 hour
  • Heat treatment was performed at 410 ° C. for 10 minutes to produce a colorless and transparent polybenzimidazole film (7 ⁇ m).
  • Optical property cutoff wavelength 340 nm
  • Light transmittance at 500 nm 78% refractive index at the d-line (n d): 1.580 (in-plane), 1.582 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.581 Permittivity ( ⁇ ): 2.75
  • Example 16 Synthesis of polybenzimidazole [PBI (OBBT-TA)]
  • the dried PA (OBBT-TA) was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a glass plate and vacuum dried in a desiccator at room temperature for 6 hours. Then, in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, 250 ° C. for 1 hour, 300 ° C. for 1 hour, 350 ° C. for 1 hour
  • Heat treatment was performed at 410 ° C. for 10 minutes to produce a colorless and transparent polybenzimidazole film (20 ⁇ m).
  • Thermal property glass transition temperature 373 ° C (TMA measurement) 5% weight loss temperature: 484 ° C (in air), 511 ° C (in nitrogen) 10% weight loss temperature: 514 ° C (in air), 532 ° C (in nitrogen) Carbonization yield: 66% (in nitrogen, 800 ° C.) Thermal expansion coefficient: 45 ppm / ° C (150 ° C to 200 ° C)
  • Optical property cutoff wavelength 352 m
  • Light transmittance at 500 nm 78% refractive index at the d-line (n d): 1.657 (in-plane), 1.633 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.641 Permittivity ( ⁇ ): 2.96
  • Example 17 Synthesis of polybenzimidazole [PBI (OBBT-TA)]
  • the polymerization solution obtained in Example 7 was cast as it is on a glass plate and dried in a desiccator under reduced pressure for 6 hours at room temperature. Then, in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, 250 ° C. for 1 hour, 300 ° C. for 1 hour, 350 ° C. for 1 hour Heat treatment was performed at 410 ° C. for 10 minutes to produce a colorless and transparent polybenzimidazole film (13 ⁇ m). It was confirmed by FT-IR that the amide bond disappeared and the cyclodehydration reaction proceeded to form polybenzimidazole. Various physical properties of this film are shown below.
  • Optical property cutoff wavelength 351 nm
  • Light transmittance at 500 nm 80% refractive index at the d-line (n d): 1.630 (in-plane), 1.627 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.628 Permittivity ( ⁇ ): 2.92
  • Example 18 Synthesis of polybenzimidazole [PBI (IPBT-TA)]
  • the dried PA (IPBT-TA) was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a glass plate and vacuum dried in a desiccator at room temperature for 6 hours. Then, in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, 250 ° C. for 1 hour, 300 ° C. for 1 hour, 350 ° C. for 1 hour
  • Heat treatment was performed at 410 ° C. for 10 minutes to produce a colorless and transparent polybenzimidazole film (19 ⁇ m).
  • Thermal property glass transition temperature 373 ° C (TMA measurement) 5% weight loss temperature: 458 ° C (in air), 495 ° C (in nitrogen) 10% weight loss temperature: 508 ° C (in air), 529 ° C (in nitrogen) Carbonization yield: 62% (in nitrogen, 800 ° C) Thermal expansion coefficient: 36 ppm / ° C (150 ° C to 200 ° C)
  • Optical property cutoff wavelength 344 nm
  • Light transmittance at 500 nm 85% refractive index at the d-line (n d): 1.644 (in-plane), 1.633 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.637 Permittivity ( ⁇ ): 2.95
  • Example 19 Synthesis of polybenzimidazole [PBI (HPBT-TA)]
  • the dried PA (HPBT-TA) was dissolved in DMAc to prepare a 20 wt% polymer solution.
  • the polymer solution was cast on a quartz plate and vacuum dried in a desiccator at room temperature for 6 hours. Then, in a vacuum dryer at 60 ° C. for 6 hours, 100 ° C. for 6 hours, 150 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, 250 ° C. for 1 hour, 300 ° C. for 1 hour, 350 ° C. for 1 hour
  • Heat treatment was performed at 410 ° C. for 10 minutes to produce a colorless and transparent polybenzimidazole film (18 ⁇ m).
  • Thermal property glass transition temperature 359 ° C (TMA measurement) 5% weight loss temperature: 510 ° C (in air), 536 ° C (in nitrogen) 10% weight loss temperature: 538 ° C (in air), 565 ° C (in nitrogen) Carbonization yield: 73% (in nitrogen, 800 ° C.) Thermal expansion coefficient: 28 ppm / ° C (150 ° C to 200 ° C)
  • Optical property cutoff wavelength 400 nm
  • Light transmittance at 500 nm 39% refractive index at the d-line (n d): 1.825 (in-plane), 1.735 (out-of-plane)
  • Thermal property glass transition temperature 411 ° C (TMA measurement) 5% weight loss temperature: 504 ° C (in air), 627 ° C (in nitrogen) 10% weight loss temperature: 531 ° C (in air), 704 ° C (in nitrogen) Carbonization yield: 82% (in nitrogen, 800 ° C) Thermal expansion coefficient: 21 ppm / ° C (150 ° C to 200 ° C)
  • Optical property cutoff wavelength 401 nm
  • Light transmittance at 500 nm 61% refractive index at the d-line (n d): 1.851 (in-plane), 1.695 (out-of-plane) Average refractive index (n ave ): 1.747 Permittivity ( ⁇ ): 3.36
  • the polybenzimidazole of each Example showed high solubility to solvents, such as NMP and DMAc.
  • the cutoff wavelength of the polybenzimidazole film was 330 to 352 nm and was excellent in transparency. Further, the refractive index was 1.573 to 1.641, and the dielectric constant was low at 2.72 to 2.96.
  • the polybenzimidazole of the present invention is excellent in heat resistance, and also excellent in solvent solubility, electrical insulation, colorless transparency and flexibility, it can be suitably used as a film, a polymer electrolyte membrane, a resist material, etc. is there.

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Abstract

耐熱性に優れるとともに、溶剤溶解性、電気絶縁性及び無色透明性に優れる新規な含フッ素ポリベンゾイミダゾールを提供する。 下記一般式(1)で示される繰り返し単位を含むことを特徴とするポリベンゾイミダゾールである。(一般式(1)中、Rfは、-SO2-、-O-、-CO-、置換基を有していてもよいアルキレン基、又は、一般式(a)を示し、2つのXは、独立に、水素原子又は1価の有機基、R1は2価の有機基を示す。) 一般式(1): 一般式(a):

Description

ポリベンゾイミダゾール、その前駆体ポリアミド及びそれらの製造方法
本発明は、各種有機溶媒に可溶で、高いガラス転移温度を示し、かつ無色透明で低誘電率を有するポリベンゾイミダゾール、その前駆体ポリアミド及びそれらの製造方法に関するものである。
ポリベンゾイミダゾールは、耐熱性、機械特性及び接着性に優れており,耐熱性繊維、成形品、接着剤等として様々な分野で使用されている。最近では、燃料電池用高分子電解質膜への応用が検討されている(例えば、特許文献1参照)。
ポリベンゾイミダゾールは、芳香族テトラアミンと芳香族ジカルボン酸ジフェニルの溶融-固相重縮合によって合成、製造されている(例えば、非特許文献1参照)。
この方法によると、部分的な過熱により不溶物の生成を避けることができず、問題となっている。更に、製造装置に使用されている金属材料が摩耗して金属不純物がポリベンゾイミダゾール中に多量に含まれることも問題となっている(例えば、特許文献2参照)。
ポリベンゾイミダゾールの簡便な別途合成法として、溶液重縮合法が開発されている。すなわち、芳香族テトラアミンと芳香族ジカルボン酸からポリリン酸又は五酸化リン-メタンスルホン酸混合物を重合溶媒兼縮合剤として用いて溶液重縮合させる直接重合法である。この方法では、リン化合物がポリベンゾイミダゾール中に残留するという問題と重合後のリン酸の処理が課題となっている。一方、ポリベンゾオキサゾールのハロゲン及びリンフリーな合成法として、活性ジエステル法が知られており、ベンゾトリアゾール系活性ジエステルやトリアジン系活性ジエステルを用いてポリベンゾオキサゾール前駆体であるポリ(o-ヒドロキシアミド)が合成されている(例えば、特許文献3及び4参照)。
この方法により合成されるポリ(o-ヒドロキシアミド)前駆体とこの前駆体から得られるポリベンゾオキサゾールは、不純物の含有量が極めて低く、電気・電子部品や光学部品への用途に有用であることが報告されている。
特開2012-124161号公報 特開平9-208699号公報 特開平9-183846号公報 特開2011-256219号公報
中島利誠、後藤信行、「耐熱性高分子材料」、生産研究、1969年、21巻、9号、p.536-541
本発明は、上記現状に鑑み、耐熱性に優れるとともに、溶剤溶解性、電気絶縁性及び無色透明性に優れる含フッ素ポリベンゾイミダゾールを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、温和な反応性を有するジカルボン酸誘導体化合物と含フッ素芳香族テトラアミンの重縮合により得られるポリアミド及び該ポリアミドから得られるポリベンゾイミダゾールが得られることを見いだし、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、下記一般式(1)で示される繰り返し単位を含むことを特徴とするポリベンゾイミダゾールである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
       (1)
(一般式(1)中、Rは、-SO-、-O-、-CO-、置換基を有していてもよいアルキレン基、又は、式
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
を示し、2つのXは、独立に、水素原子又は1価の有機基、Rは2価の有機基を示す。)
上記Rは、フッ素置換されたアルキレン基であることが好ましい。さらに、-C(CF-であることも好ましい。
上記ポリベンゾイミダゾールは、ゲル浸透クロマトグラフィー分析(GPC)による数平均分子量が、標準ポリスチレン換算で2,000以上であることが好ましい。
本発明は、下記一般式(2)で示される繰り返し単位を含むことを特徴とするポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミド(以下、単にポリアミドともいう。)でもある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
       (2)
(一般式(2)中、Rは、-SO-、-O-、-CO-、置換基を有していてもよいアルキレン基、又は、式
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
を示し、2つのXは、独立に、水素原子又は1価の有機基、Rは2価の有機基を示す。)
上記Rは、フッ素置換されたアルキレン基であることが好ましい。さらに、-C(CF-であることも好ましい。
上記ポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドは、ゲル浸透クロマトグラフィー分析(GPC)による数平均分子量が、標準ポリスチレン換算で2,000以上であることが好ましい。
本発明は、上記ポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドを製造するためのポリアミドの製造方法であって、一般式(3)で示されるテトラアミン化合物(3)と、一般式(4)で示されるジカルボン酸誘導体化合物(4)とを重合させることにより、一般式(2)で示される繰り返し単位を含むポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドを得る工程(1-1)を含むことを特徴とする製造方法でもある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
             (3)
(一般式(3)中、Rは、-SO-、-O-、-CO-、置換基を有していてもよいアルキレン基、又は、式
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
を示し、2つのXは、独立に、水素原子又は1価の有機基を示す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
           (4)
(一般式(4)中、Rは2価の有機基、R及びRは、独立に、OH、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、置換基を有していてもよい芳香族オキシ基、又は、ハロゲン原子を示す。)
上記Rは、フッ素置換されたアルキレン基であることが好ましい。さらに、-C(CF-であることも好ましい。
本発明は、上記ポリベンゾイミダゾールを製造するためのポリベンゾイミダゾールの製造方法であって、
一般式(3)で示されるテトラアミン化合物(3)と、一般式(4)で示されるジカルボン酸誘導体化合物(4)とを重合させることにより、一般式(2)で示される繰り返し単位を含むポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドを得る工程(1-1)、及び、
前記ポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドを脱水環化させることにより、一般式(1)で示される繰り返し単位を含むポリベンゾイミダゾールを得る工程(1-2)を含むことを特徴とする製造方法でもある。
一般式(2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
       (2)
(一般式(2)中、Rは、-SO-、-O-、-CO-、置換基を有していてもよいアルキレン基、又は、式
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
を示し、2つのXは、独立に、水素原子又は1価の有機基、Rは2価の有機基を示す。)
一般式(3):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
                (3)
(一般式(3)中、Rは、-SO-、-O-、-CO-、置換基を有していてもよいアルキレン基、又は、式
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
を示し、2つのXは、独立に、水素原子又は1価の有機基を示す。)
一般式(4):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
           (4)
(一般式(4)中、Rは2価の有機基、R及びRは、独立に、OH、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、置換基を有していてもよい芳香族オキシ基、又は、ハロゲン原子を示す。)
上記Rは、フッ素置換されたアルキレン基であることが好ましい。さらに、-C(CF-であることも好ましい。
本発明は、上記ポリベンゾイミダゾールからなるフィルムでもある。
本発明は、上記フィルムを備えるフレキシブル配線基板でもある。
本発明は、上記フィルムを備えるプリント基板でもある。
本発明は、上記フィルムを備える燃料電池用高分子電解質膜でもある。
本発明のポリベンゾイミダゾールは、耐熱性に優れるとともに、溶剤溶解性、電気絶縁性、無色透明性及び柔軟性にも優れることから、フィルム、高分子電解質膜、レジスト材料等として好適に利用可能である。
本発明のポリアミドは、本発明のポリベンゾイミダゾールの原料として好適に利用可能である。
本発明のポリアミドの製造方法によれば、本発明のポリアミドを好適に製造できる。
本発明のポリベンゾイミダゾールの製造方法によれば、本発明のポリベンゾイミダゾールを好適に製造できる。
本発明のフィルムは、本発明のポリベンゾイミダゾールからなることから、耐熱性に優れ、溶剤溶解性及び透明性が高く、誘電率が低いので、フレキシブル配線基板やプリント基板、光学部品、燃料電池用高分子電解質膜、レジスト材料等に好適に使用できる。
以下、本発明を具体的に説明する。
本明細書中、特に断りのない限り、「芳香族基」は、芳香環を有する1価の基を意味し、芳香族炭化水素環基及び芳香族複素環基を包含する。
上記芳香族炭化水素環基は、6員の芳香族炭化水素環から構成されることが好ましい。上記芳香族炭化水素環基は、単環性、2環性、又は3環性であってよい。
上記芳香族複素環基は、5~6員の芳香族複素環から構成されることが好ましい。上記芳香族複素環は、1個以上のヘテロ原子を含む。上記ヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子が挙げられ、なかでも窒素原子が好ましい。上記芳香族複素環基は、単環性、2環性、又は3環性であってよい。
また、本明細書中、特に断りのない限り、「置換基」は、置換可能な基を意味する。当該「置換基」の例は、脂肪族基、脂環族基、芳香族基、ヘテロ環基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、脂肪族オキシ基、芳香族オキシ基、ヘテロ環オキシ基、脂肪族オキシカルボニル基、芳香族オキシカルボニル基、ヘテロ環オキシカルボニル基、カルバモイル基、脂肪族スルホニル基、芳香族スルホニル基、ヘテロ環スルホニル基、脂肪族スルホニルオキシ基、芳香族スルホニルオキシ基、ヘテロ環スルホニルオキシ基、スルファモイル基、脂肪族スルホンアミド基、芳香族スルホンアミド基、ヘテロ環スルホンアミド基、アミノ基、脂肪族アミノ基、芳香族アミノ基、ヘテロ環アミノ基、脂肪族オキシカルボニルアミノ基、芳香族オキシカルボニルアミノ基、ヘテロ環オキシカルボニルアミノ基、脂肪族スルフィニル基、芳香族スルフィニル基、脂肪族チオ基、芳香族チオ基、ヒドロキシ基、シアノ基、スルホ基、カルボキシ基、脂肪族オキシアミノ基、芳香族オキシアミノ基、カルバモイルアミノ基、スルファモイルアミノ基、ハロゲン原子、スルファモイルカルバモイル基、カルバモイルスルファモイル基、ジ脂肪族オキシホスフィニル基、及び、ジ芳香族オキシホスフィニル基を包含する。
本発明は、一般式(1)で示される繰り返し単位を含むことを特徴とする新規なポリベンゾイミダゾールである。
一般式(1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
       (1)
一般式(1)中、Rは、-SO-、-O-、-CO-、置換基を有していてもよいアルキレン基、又は、式
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
を示し、2つのXは、独立に、水素原子又は1価の有機基である。
置換基を有していてもよいアルキレン基において、置換基は、ハロゲン原子であることが好ましく、なかでも、フッ素原子であることがより好ましい。アルキレン基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、アルキレン基を構成する炭素数が1~6であることが好ましい。
フッ素置換されたアルキレン基は、1または複数個の水素原子がフッ素で置換されていてもよいが、全ての水素原子がフッ素置換されていることがより好ましい。フッ素置換されたアルキレン基は、炭素数が1~6であることが好ましく、1~3であることがより好ましい。フッ素置換されたアルキレン基の具体例としては、-CHF-、-CF-、-CFCH-、-CFCF-、-CHCF-、-CHCHCF-、-CHCFCH-、-CHCFCF-、-CFCHCH-、-CFCFCH-、-CFCHCF-、-CFCFCF-、-C(CF)H-、-C(CF)F-、-C(CH)F-、-C(CF-、-C(CF)(CH)-、-C(CF)FCF-、-C(CF)FCH-、-C(CF)HCH-、-C(CH)FCH-、-C(CH)FCF-、-C(CH)HCF-、-C(CF)HCF-等が例示できる。なかでも、-C(CF-、-CFCF-が好ましく、-C(CF-がより好ましい。
は、フッ素置換されたアルキレン基であることが好ましい。なかでも、-C(CF-、-CFCF-が好ましく、-C(CF-がより好ましい。
1価の有機基は、炭素原子を含有する1価の基、又は、有機化合物から1個の水素原子を除去して形成される基である。上記1価の有機基としては、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族基等が挙げられる。
上記1価の有機基の具体例としては、-CH、-C、-C等の炭素数1~10、特に1~6の低級アルキル基;-CF、-C、-CHF、-CHCF、-CH等の炭素数1~10、特に1~6のフッ素原子含有低級アルキル基;(置換基を有していない)フェニル基;(置換基を有していない)ベンジル基;-C、-CH等のフッ素原子で1~5個の水素原子が置換されたフェニル基又はベンジル基;-C5-n(CF、-CH5-n(CF(nは1~5の整数)等の-CFで1~5個の水素原子が置換されたフェニル基又はベンジル基等が挙げられる。
Xとしては、1価の有機基が好ましく、置換基を有していてもよい芳香族基がより好ましい。
一般式(1)中、Rは2価の有機基である。2価の有機基は、炭素原子を含有する2価の基、又は、有機化合物から2個の水素原子を除去して形成される基である。上記2価の有機基としては、置換基を有していてもよく、エーテル結合を有していてもよいアルキレン基;置換基を有していてもよく、エーテル結合を有していてもよいアリーレン基等が挙げられる。上記アルキレン基又は上記アリーレン基が有していてもよい上記置換基としては、ハロゲン原子、ハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基が好ましく、フッ素原子、フッ素化アルキル基がより好ましい。
としては、なかでも、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027

Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028

Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
、及び、
-(CF-(nは、1~8の整数)
が好ましい。
本発明のポリベンゾイミダゾールにおいて、Rは1種類のみ存在してもよく、複数種類存在してもよい。
一般式(1)で示される繰り返し単位としては、一般式(1-1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
             (1-1)
(一般式(1-1)中、X及びRは上記のとおりである。)で示される繰り返し単位、及び、一般式(1-2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
             (1-2)
(一般式(1-2)中、X及びRは上記のとおりである。)で示される繰り返し単位が好ましい。
本発明のポリベンゾイミダゾールにおいて、一般式(1)で示される繰り返し単位は1種類のみ存在してもよく、複数種類存在してもよい。
本発明のポリベンゾイミダゾールは、数平均分子量が2,000以上であることが好ましい。上記数平均分子量は、10,000以上がより好ましく、また、500,000以下が好ましく、200,000以下がより好ましい。
上記数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー分析(GPC)により求めることができる。
本発明のポリベンゾイミダゾールは、ゲル浸透クロマトグラフィー分析(GPC)による重量平均分子量が、標準ポリスチレン換算で5,000以上であることが好ましい。上記重量平均分子量は、10,000以上がより好ましく、また、1,000,000以下が好ましい。
本発明は、一般式(2)で示される繰り返し単位を含むことを特徴とする新規なポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドでもある。
一般式(2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
        (2)
一般式(2)中、2つのXは、独立に、水素原子、又は1価の有機基であり、Rは2価の有機基である。X、R及びRについては、上述したとおりである。
一般式(2)で示される繰り返し単位としては、一般式(2-1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
             (2-1)
(一般式(2-1)中、X及びRは上記のとおりである。)で示される繰り返し単位、及び、一般式(2-2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
             (2-2)
(一般式(2-2)中、X及びRは上記のとおりである。)で示される繰り返し単位が好ましい。
本発明のポリアミドにおいて、一般式(2)で示される繰り返し単位は1種類のみ存在してもよく、複数種類存在してもよい。
本発明のポリアミドは、数平均分子量が2,000以上であることが好ましい。上記数平均分子量は、10,000以上がより好ましく、また、500,000以下が好ましく、200,000以下がより好ましい。上記数平均分子量が2,000未満の場合には製膜性が悪く、ポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドとしての特性の発現が不十分であり、一方、数平均分子量が500,000を超える場合には分子量が高過ぎて溶媒溶解性が悪くなり、かつ成形加工性が悪くなるおそれがある。
上記数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー分析(GPC)により求めることができる。
本発明のポリアミドは、ゲル浸透クロマトグラフィー分析(GPC)による重量平均分子量が、標準ポリスチレン換算で5,000以上であることが好ましい。上記重量平均分子量は、10,000以上がより好ましく、また、1,000,000以下が好ましい。
本発明のポリアミドは、一般式(3)で示されるテトラアミン化合物(3)と、一般式(4)で示されるジカルボン酸誘導体化合物(4)とを重合させることにより、一般式(2)で示される繰り返し単位を含むポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドを得る工程(1-1)を含む製造方法により、好適に製造できる。上記製造方法も、本発明の1つである。
一般式(3):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
             (3)
一般式(4):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
             (4)
一般式(3)中、2つのXは、独立に、水素原子又は1価の有機基である。X及びRについては、上述したとおりである。
テトラアミン化合物(3)としては、一般式(3-1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
             (3-1)
(一般式(3-1)中、Xは上記のとおりである。)で示される化合物、及び、一般式(3-2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
             (3-2)
(一般式(3-2)中、Xは上記のとおりである。)で示される化合物が好ましい。
一般式(4)中、Rは2価の有機基であり、R及びRは、独立に、OH、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、置換基を有していてもよい芳香族オキシ基、又は、ハロゲン原子である。Rについては、上述したとおりである。
及びRとしての上記アルコキシ基は、炭素数が1~12であることが好ましく、1~6であることがより好ましい。
及びRとしての上記芳香族オキシ基が有していてもよい置換基としては、アルコキシ基、アルキル基、フルオロアルキル基、ハロ基(ハロゲン原子)、ニトロ基、シアノ基、エステル基が好ましく、アルコキシ基がより好ましい。
及びRとしての上記芳香族オキシ基としては、(置換基を有していない)フェノキシ基;置換基を有していてもよいトリアジニルオキシ基等が挙げられる。
及びRとしては、なかでも、OH、(置換基を有していない)フェノキシ基、メトキシ基、エトキシ基、塩素原子、及び、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
が好ましい。
工程(1-1)における重合では、テトラアミン化合物(3)1モルに対して、ジカルボン酸誘導体化合物(4)を0.5~1.5モル使用することが好ましい。
工程(1-1)における重合は、溶媒中で実施できる。上記溶媒はジカルボン酸誘導体化合物(4)と実質的に反応せず、かつ上記テトラアミン化合物(3)を良好に溶解させる性質を有する他、反応生成物であるポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドに対して良溶媒であることが望ましい。このような溶媒としては、特に限定はされないが、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、1,3-ジメチルイミダゾリドン(DMI)、スルホラン、テトラヒドロフラン(THF)、アセトンなどがあげられる。中でも、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、1,3-ジメチルイミダゾリドン(DMI)が好ましい。これら溶媒の使用量は、使用するテトラアミン化合物(3)0.1モルに対して通常10~1000mL、好ましくは50~400mLである。
工程(1-1)における重合は、添加剤の存在下に実施することもできる。例えば、分子量の大きなポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドを得るために、塩化リチウムや塩化カルシウム等の無機塩類を添加してもよい。なかでも塩化リチウムが好ましい。
上記添加剤は、使用溶媒量に対して通常10質量%以下が好ましく、5質量%以下で使用することがより好ましい。
工程(1-1)の具体的な態様としては、例えば不活性溶媒中にテトラアミン化合物(3)を溶解し、上記ジカルボン酸誘導体化合物(4)を添加し、次いで窒素等の不活性雰囲気下で撹拌しながら反応させることにより、ポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドを得ることができる。重合温度としては、-50~100℃が好ましく、-30~50℃がより好ましい。
工程(1-1)における重合の時間としては、0.1~50時間が好ましく、1~24時間がより好ましい。
工程(1-1)の終了後、反応混合物をメタノールや水等の貧溶媒に投じて重合体を分離した後、再沈殿法によって精製を行って副生成物や無機塩類等を容易に除去することにより純度の高いポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドを得ることができる。
本発明のポリベンゾイミダゾールは、一般式(3)で示されるテトラアミン化合物(3)と、一般式(4)で示されるジカルボン酸誘導体化合物(4)とを重合させることにより、一般式(2)で示される繰り返し単位を含むポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドを得る工程(1-1)、及び、上記ポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドを脱水環化させることにより、一般式(1)で示される繰り返し単位を含むポリベンゾイミダゾールを得る工程(1-2)を含むことを特徴とする製造方法により、好適に製造できる。上記製造方法も、本発明の1つである。
工程(1-1)については、上述したとおりである。工程(1-1)で得られたポリアミドは、粗生成物のまま工程(1-2)に供してもよく、工程(1-1)の終了後に単離・精製を実施してから工程(1-2)に供してもよい。
工程(1-2)における脱水環化は、上記ポリアミドを加熱することにより実施でき、高純度のポリベンゾイミダゾールを得ることができる。
上記加熱の温度としては、250~550℃が好ましく、350~470℃がより好ましい。
上記加熱の時間としては、0.1~2時間が好ましく、0.2~1時間がより好ましい。
工程(1-2)における脱水環化は、大気中、窒素若しくはアルゴン雰囲気中又は減圧下で実施できる。
本発明のポリベンゾイミダゾールは、一般式(3)で示されるテトラアミン化合物(3)と、一般式(5)で示される化合物(5)とを重合させることにより、一般式(1)で示される繰り返し単位を含むポリベンゾイミダゾールを得る工程(2-1)を含むことを特徴とする製造方法によっても、好適に製造できる。
一般式(5):
Y-R-Y             (5)
一般式(5)中、Rは2価の有機基であり、2つのYは、独立に、-CN又は-COOR(RはH、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又は、置換基を有していてもよい芳香族基である。)である。Rについては、上述したとおりである。
としての上記アルキル基は、炭素数が1~6であることが好ましく、1~3であることがより好ましい。
としての上記芳香族基としては、置換基を有していてもよいフェニル基;置換基を有していてもよいトリアジニル等が挙げられる。
Yとしては、なかでも、-CNが好ましい。
工程(2-1)における重合では、テトラアミン化合物(3)1モルに対して、化合物(5)を0.5~1.5モル使用することが好ましい。
工程(2-1)における重合は、無溶媒下で実施することが好ましいが、溶媒中で実施してもよい。溶媒中で実施する場合の溶媒としては、有機溶媒が好ましく、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、1,3-ジメチルイミダゾリドン(DMI)、スルホラン等が挙げられる。なかでもN-メチル-2-ピロリドン(NMP)、スルホランが好ましい。
工程(2-1)における重合は、添加剤の存在下に実施することもできる。上記添加剤としては、塩化リチウム、塩化カルシウム等を挙げることができる。なかでも塩化リチウムが好ましい。
上記添加剤は、使用溶媒量に対して通常10質量%以下が好ましく、5質量%以下で使用することがより好ましい。
工程(2-1)における重合の温度としては、10~400℃が好ましく、70~300℃がより好ましい。
工程(2-1)における重合の圧力としては、0.01~1.0MPaが好ましく、0.05~0.2MPaがより好ましい。
工程(2-1)における重合の時間としては、0.1~60時間が好ましく、3~40時間がより好ましい。
工程(2-1)の終了後、反応混合物をメタノールや水等の貧溶媒に投じて重合体を分離した後、再沈殿法によって精製を行って副生成物や無機塩類等を容易に除去することにより純度の高いポリベンゾイミダゾールを得ることができる。
本発明のポリベンゾイミダゾールは、耐熱性に優れるとともに、溶剤溶解性、電気絶縁性、無色透明性及び柔軟性にも優れることから、フィルム、高分子電解質膜、レジスト材料等に好適に利用できる。なかでも、フィルムに好適である。本発明のポリベンゾイミダゾールは、溶剤溶解性に優れるため、薄膜化が容易である。また、本発明のポリベンゾイミダゾールはフィルムに求められる柔軟性も有している。
上記フィルムは、本発明のポリベンゾイミダゾールを、押出成形法、カレンダー成形法、溶液キャスト法等の公知のフィルム成形法により成形することにより製造することができる。また、上述した本発明のポリアミドを含む溶液をキャストし、加熱することにより、ポリアミドの脱水環化によるポリベンゾイミダゾールの生成とフィルム化とを同時に行うこともできる。
本発明は、上述した本発明のポリベンゾイミダゾールからなるフィルムでもある。本発明のフィルムは、溶剤溶解性及び透明性が高く、誘電率が低い。
本発明フィルムの作製においては、上記ポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドをN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)やテトラヒドロフラン(THF)等に15~20質量%溶解させてガラス板上に流涎し、加熱脱水閉環させることが好ましい。あるいは、上記ポリベンゾイミダゾールをジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解させて上記と同様にしてキャストフィルムを作製することもできる。
本発明のフィルムは、d線における屈折率(n)が1.70以下であることが好ましく、1.65以下であることがより好ましい。
上記屈折率は、Metricon社製モデル2010/Mプリズムカプラで測定する値である。
本発明のフィルムは、誘電率が低く、絶縁性に優れる。上記フィルムの誘電率(ε)は3.2以下であることが好ましく、3.0以下であることがより好ましい。
上記誘電率(ε)は、d線での平均屈折率(nave)を用いて算出する値である(ε=1.10×nave )。
本発明のポリベンゾイミダゾール又は上記ポリアミドの溶液に発泡剤を添加してフィルム化することにより、一層誘電率の低い発泡フィルムを得ることもできる。上記発泡剤としては、低温(170℃以上)で分解する2-ヒドロキシ-4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジン等が挙げられる。
本発明のフィルムは、厚みが5~100μmであることが好ましく、10~40μmであることがより好ましい。
本発明のフィルムは、例えば、フレキシブル配線基板やプリント基板のベースフィルムや光学フィルムとして好適に使用できる。本発明のフィルムを備えるフレキシブル配線基板又はプリント基板も、本発明の1つである。また、本発明のフィルムを備える燃料電池用高分子電解質膜も、本発明の1つである。
次に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、使用した装置は、以下のとおりである。
(1)FT-IR:日本分光(株)製FT/IR-4200 
(2)H-NMR:BRUKER社製DRX400
(3)GPC:東ソー(株)製高速GPCシステムHLC-8220GPC(カラム:東ソーTSK-GEL(α-M)、カラム温度:45℃、検出器:UV-8020、波長254nm、溶離液:N-メチル-2-ピロリドン(NMP)(0.01mol/L臭化リチウムを含む。)、検量線:標準ポリスチレン、カラム流速:0.2mL/min)
(4)示差走査熱量計(DSC):(株)日立ハイテクサイエンス製DSC 7000
(5)熱機械分析(TMA):(株)日立ハイテクサイエンス製TMA 7000
(6)粘弾性測定装置(DMA):(株)日立ハイテクサイエンス製DMA 7100
(7)熱重量分析(TG/DTA):(株)日立ハイテクサイエンス製TG/DTA 7300
(8)紫外可視分光光度計:(株)島津製作所製UV-1800
(9)屈折率測定:Metricon Model 2010/M PRISM COUPLER
[1]ポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドの合成
<実施例1>
ポリアミド[PA(OBBT―PhTA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
攪拌子、温度計、窒素導入管を取り付けた100mLの三口フラスコを窒素気流下でヒートガンにより乾燥し、2,2―ビス(3―アミノ-4-アニリノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(PhTA)を1.290g(2.50mmol)とNMP5mLを入れ、完全に溶解させた。その後、10℃に冷却しトリアジン系活性ジエステル(OBBT)1.341g(2.50mmol)を加え10℃で6時間反応させた。
反応終了後、反応溶液を500mLのメタノールに投入しポリマーを析出させた。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行った。粗収率は99%であった。乾燥後のポリマーをNMPに溶解させ、メタノール中で再沈殿精製を行い、脱離成分である2-ヒドロキシ-4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンを除去した。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行うことで、淡黄色のフレーク状のPA(OBBT-PhTA)(収量:1.31g、収率:71%)を得た。H―NMRによりポリアミドが生成したことを確認した。
このポリアミドの各種物性の測定結果を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1652(C=O)、1599(C=C)、1243(C-O-C)、1169(C-F)
H-NMR(DMSO-d、ppm):6.87(t、2H、Ar-H)、7.06(d、4H、Ar-H)、7.13(d、2H、Ar-H)、7.19(d、4H、Ar-H)、7.26(t、4H、Ar-H)、7.35(d、4H、Ar-H)、7.63(s、2H、Ar-H)、7.71(s、2H、Ar-NH)、8.01(d、2H、Ar-H)、9.86(s、2H、NHCO)
対数粘度:0.52dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=24,000、M=48,000、M/M=2.0
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSO、THFに20wt%溶解
このポリアミドをDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中で室温で6時間減圧乾燥した。その後、減圧乾燥器の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間乾燥して、無色透明で柔軟なポリアミドのフィルム(21μm)を作製した。このフィルムを用いて熱特性及び光学特性を評価した。
熱特性
ガラス転移温度:278℃(TMA測定)
脱水閉環による重量減少量:300℃から4.0%の重量減少(理論値4.9%)
熱膨張係数:66ppm/℃(150℃~200℃)
光学特性
カットオフ波長:348nm
500nmにおける光透過率:84%
d線における屈折率(n):1.643(面内)、1.643(面外)
平均屈折率(nave):1.643
誘電率(ε):2.96
<実施例2>
ポリアミド[PA(OBBT-Vs8)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
攪拌子、温度計、窒素導入管を取り付けた100mLの三口フラスコを窒素気流下でヒートガンにより乾燥し、2,2-ビス-3-アミノ-4-(ビストリフルオロメチルアニリノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(Vs8)を1.183g(1.50mmol)とNMPを3mL入れ、室温で完全に溶解させた。その後、トリアジン系活性ジエステル(OBBT)を0.805g(1.50mmol)加え、20℃で6時間反応させた。
反応終了後、反応溶液を500mLの蒸留水に投入し、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行った。粗収率は92%であった。乾燥後のポリマーをNMPに溶解させ、メタノールで再沈殿精製を行った。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行うことで、淡黄色粉末状のPA(OBBT-Vs8)(収量:1.61g、収率:42%)を得た。H-NMRよりポリアミドが生成したことを確認した。
このポリアミドの各種物性の測定結果を以下に示す。
FT-IR(KBr,cm-1):1661(C=O)、1598(C=C)、1249(O-C)、1169(C-F)
H-NMR(DMSO-d,ppm):7.08(d、4H、Ar-H)、7.23(d、2H、Ar-H)、7.30(s、2H、Ar-H)、7.44(s、4H、Ar-H)、7.49(d、2H、Ar-H)、7.75(s、2H、NH)、7.95(d、4H、Ar-H)、8.63(s、2H、Ar-H)、9.90(s、2H、NHCO)
対数粘度:0.13dL/g(0.5g/dL濃度,NMP中,30℃測定)
GPC:M=2,000、M=4,000、M/M=2.0
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSO、THFに20wt%溶解
このポリアミドをDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液を石英板上に流涎し、デシケーター中で減圧下に室温で6時間乾燥した。その後、減圧乾燥器の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、さらに250℃で1時間乾燥して無色透明なポリアミドのフィルムを作製した。このフィルムを用いて光学特性を評価した。
熱特性
ガラス転移温度:218℃(DSC測定)
脱水による重量減少量:290℃から3.0%の重量減少(理論値3.6%)
光学特性
カットオフ波長:350nm
500nmにおける光透過率:83%
<実施例3>
ポリアミド[PA(IPBT-PhTA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
攪拌子、温度計、窒素導入管を取り付けた100mLの三口フラスコを窒素気流下でヒートガンにより乾燥し、2,2―ビス(3-アミノ-4-アニリノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(PhTA)1.290g(2.50mmol)、NMP5mLを加え、完全に溶解させた。その後10℃に冷却し、トリアジン系活性ジエステル(IPBT)を1.111g(2.50mmol)加え、10℃で6時間反応させた。
反応終了後、反応溶液を500mLのメタノールに投入し、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行った。粗収率は90%であった。乾燥後のポリマーをNMPに溶解させ、メタノール中で再沈殿精製を行い、脱離成分である2-ヒドロキシ-4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンを除去した。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行うことで淡黄色粉末状のPA(IPBT-PhTA)(収量:0.84g、収率:51%)を得た。H-NMRによりポリアミドの生成を確認した。
このポリアミドの各種物の測定結果を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1666(C=O)、1598(C=C)、1497(C=C)、1171(C-F)
H-NMR(DMSO-d、ppm):6.83(t、2H、Ar-H)、7.05(d、4H、Ar-H)、7.09(d、2H、Ar-H)、7.19(t、4H、Ar-H)、7.32(d、2H、Ar-H)、7.57(s、2H、NH―Ar)、7.63(s、2H、Ar-H)、7.68(t、1H、Ar-H)、8.08(d、2H、Ar-H)、8.52(s、1H、Ar-H)、9.99(s、2H、NHCO)
対数粘度:0.43dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=17,000、M=27,000、M/M=1.6
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSO、THF、アセトンに20wt%溶解
このポリアミドをDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中で室温で6時間減圧乾燥した。その後、減圧乾燥機の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間乾燥して、無色透明で柔軟なポリアミドのフィルム(23μm)を作製した。このフィルムを用いて熱特性及び光学特性を評価した。
熱特性
ガラス転移温度:259℃(TMA測定)
脱水による重量減少量:300℃から4.5%の重量減少(理論値5.5%)
光学特性
カットオフ波長:346nm
500nmにおける光透過率:80%
d線における屈折率(n):1.634(面内)、1.634(面外)
平均屈折率(nave):1.634
誘電率(ε):2.94
<実施例4>
ポリアミド[PA(TPBT-PhTA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
攪拌子、温度計、窒素導入管を取り付けた100mLの三口フラスコを窒素気流下でヒートガンにより乾燥させたのち、2,2-ビス(3―アミノ-4-アニリノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(PhTA)を1.290g(2.50mmol)、NMP5mLを加え完全に溶解させた。その後トリアジン系活性ジエステル(TPBT)を1.111g(2.50mmol)加え、40℃で6時間反応させた。
反応終了後、反応溶液を500mLのメタノールに投入し、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行った。粗収率は93%であった。乾燥後、ポリマーをNMPに溶解して、メタノール中で再沈殿精製を行い、脱離成分である2-ヒドロキシ-4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンを除去した。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行うことで、淡黄色粉末状のPA(TPBT-PhTA)(収量:1.29g、収率:80%)を得た。H-NMRによりポリアミドが生成したことを確認した。
このポリアミドの各種物性の測定結果を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1665(C=O)、1598(C=C)、1498(C=C)、1171(C-F)
H-NMR(DMSO―d、ppm):6.87(t、2H、Ar-H)、7.03(d、4H、Ar-H)、7.10(s、2H、Ar-H)、7.23(t、4H、Ar-H)、7.34(d、2H、Ar-H)、7.67(s、2H、NH―Ar)、7.76(s、2H、Ar-H)、8.01(s、4H、Ar-H)、9.95(s、2H、NHCO)
対数粘度:0.32dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=24,000、M=38,000、M/M=1.6
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSO、THF、アセトンに20wt%溶解
このポリアミドをDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板に流延し、デシケーター中で室温で6時間減圧乾燥した。その後、減圧乾燥機の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間乾燥し、透明で柔軟なポリアミドフィルム(22μm)を作製した。このフィルムを用いて熱特性及び光学特性を評価した。
熱特性
ガラス転移温度:280℃(TMA測定)
脱水閉環による重量減少量:280℃から4.9%の重量減少(理論値5.6%)
光学特性
カットオフ波長:312nm
500nmにおける光透過率:83%
d線における屈折率(n):1.642(面内)、1.640(面外)
平均屈折率(nave):1.641
誘電率(ε):2.96
<実施例5>
ポリアミド[PA(DCPT-PhTA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
攪拌子、窒素導入管を取り付けた100mLの三口フラスコを窒素気流下でヒートガンにより乾燥させたのち、2,2-ビス(3―アミノ-4-アニリノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(PhTA)1.290g(2.50mmol)、NMPを5mL加え完全に溶解させた。その後トリアジン系活性ジエステル(DCPT)を1.301g(2.50mmol)加え、10℃で6時間反応させた。
反応終了後、反応溶液を500mLのメタノールに投入し、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行った。粗収率は90%であった。乾燥後、ポリマーをNMPに溶解して、メタノール中で再沈殿精製を行い、脱離成分である2-ヒドロキシ-4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンを除去した。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行うことで、淡黄色粉末状のPA(DCPT-PhTA)(収量:1.46g、収率:81%)を得た。H-NMRによりポリアミドが生成したことを確認した。
このポリアミドの各種物性の測定結果を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1666(C=O)、1600(C=C)、1498(C=C)、1170(C-F)
H-NMR(DMSO-d、ppm):6.88(t、2H、Ar-H)、7.06(d、4H、Ar-H)、7.12(d、2H、Ar-H)、7.25(t、4H、Ar-H)、7.36(d、2H、Ar-H)、7.70(s、2H、NH)、7.75(s、2H、Ar-H)、7.88(d、4H、Ar-H)、8.06(d、4H、Ar-H)、9.91(s、2H、NHCO)
対数粘度:0.28dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=30,000、M=48,000、M/M=1.6
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSO、THF、アセトンに20wt%溶解
このポリアミドをDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中で室温で6時間乾燥した。その後、減圧乾燥器の中にて60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、さらに250℃で1時間乾燥して淡黄色で柔軟なポリアミドのフィルム(28μm)を作製した。このフィルムを用いて熱特性および光学特性を評価した。
熱特性
ガラス転移温度:267℃(TMA測定)
脱水閉環による重量減少量:280℃から4.9%の重量減少(理論値5.0%)
熱膨張係数:68ppm/℃(150℃~200℃)
光学特性
カットオフ波長:365nm
500nmにおける光透過率:81%
d線における屈折率(n):1.660(面内)、1.653(面外)
平均屈折率(nave):1.655
誘電率(ε):3.01
<実施例6>
ポリアミド[PA(HPBT―PhTA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
攪拌子、窒素導入管を取り付けた100mLの三口フラスコを窒素気流下でヒートガンにより乾燥し、2,2-ビス(3―アミノ-4-アニリノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(PhTA)1.290g(2.50mmol)、NMP5mLを加え完全に溶解させた。その後トリアジン系活性ジエステル(HPBT)を1.668g(2.50mmol)加え、10℃で6時間反応させた。
反応終了後、反応溶液を500mLのメタノールに投入し、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行った。粗収率は99%であった。乾燥後、ポリマーをNMPに溶解して、メタノール中で再沈殿精製を行い、脱離成分である2-ヒドロキシ-4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンを除去した。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行うことで、淡黄色粉末状のPA(HPBT-PhTA)(収量:1.83g、収率:85%)を得た。H-NMRによりポリアミドが生成したことを確認した。
このポリアミドの各種物性の測定結果を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1658(C=O)、1493(C=C)、1176(C-F)
H-NMR(DMSO-d、ppm):6.86(t,2H,Ar-H)、7.04(d、4H、Ar-H)、7.09(d、2H、Ar-H)、7.22(t、4H、Ar-H)、7.32(d、2H、Ar-H)、7.42(d、4H,Ar-H)、7.57(s、2H,Ar-H)、7.72(s、2H、NH)、8.04(d、4H,Ar-H)、9.99(s、2H,NHCO)
対数粘度:0.16dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=8,000、M=13,000、M/M=1.6
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSO、THF、アセトンに20wt%溶解
このポリアミドをDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液を石英板上に流延し、デシケーター中にて室温で6時間減圧乾燥した。その後、減圧乾燥機中にて60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間乾燥して、無色透明なポリアミドのフィルム(7μm)を作製した。このフィルムを用いて熱特性及び光学特性を評価した。
熱特性
ガラス転移温度:174℃(DSC測定)
脱水閉環による重量減少:280℃から4.0%の重量減少(理論値:4.1%)
光学特性
カットオフ波長:363nm
500nmにおける光透過率:81%
d線における屈折率(n):1.586(面内)、1.586(面外)
平均屈折率(nave):1.586
誘電率(ε):2.77
<実施例7>
ポリアミド[PA(OBBT-TA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
攪拌子、温度計、窒素導入管を取り付けた100mLの三口フラスコに、塩化リチウムを0.162g(NMPに対して5wt%)入れ、窒素気流下でヒートガンにより乾燥させたのち、NMPを3mL加えて完全に溶解させた。次に、2,2-ビス(3,4-ジアミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(TA)0.910g(2.50mmol)を加えて溶解させた。0℃に冷却しながらNMP4mL(5wt%LiCl)に完全に溶解させたトリアジン系活性ジエステル(OBBT)を1.340g(2.50mmol)加え、0℃で16時間反応させた。
反応終了後、反応溶液を500mLのメタノールに投入し、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行った。粗収率は99%であった。乾燥後のポリマーをNMPに溶解させ、メタノール中で再沈殿精製を行い、脱離成分である2-ヒドロキシ-4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンを除去した。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行うことで、淡黄色粉末状のPA(OBBT-TA)(収量:0.58g、収率:38%)を得た。1H-NMRよりポリアミドが生成したことを確認した。
このポリアミドの各種物性の測定結果を以下に示す。
FT-IR(フィルム,cm-1):1652(C=O)、1596(C=C)、1490(C=C)、1247(C-O-C)、1169(C-F)
H-NMR(DMSO-d,ppm):5.26(s、4H、NH)、6.80(d、2H、Ar-H)、6.89(s、2H、Ar-H)、7.16(d、4H、Ar-H)、7.25(s、2H、Ar-H)、8.05(d、4H、Ar-H)、9.71(d、2H、NHCO)
対数粘度:0.47dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液,30℃測定)
GPC:M=25,000、M=50,000、M/M=2.0
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSO、THF、アセトンに20wt%溶解
このポリアミドをDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流涎し、デシケーター中で減圧下に室温で6時間乾燥した。その後、減圧乾燥器の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、さらに250℃で1時間乾燥して無色透明で柔軟なポリアミドのフィルム(20μm)を作製した。このフィルムを用いて熱特性及び光学特性を評価した。
熱特性
ガラス転移温度:256℃(TMA測定)
脱水閉環による重量減少量:300℃から5.5%の重量減少(理論値6.0%)
光学特性
カットオフ波長:349nm
500nmにおける光透過率:81%
d線における屈折率(nd):1.643(面内)、1.621(面外)
平均屈折率(nave):1.628
誘電率(ε):2.92
<実施例8>
ポリアミド[PA(IPBT-TA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
攪拌子、温度計、窒素導入管を取り付けた100mLの三口フラスコに、塩化リチウム0.542g(NMPに対して5wt%)を入れ、窒素気流下でヒートガンにより乾燥させたのち、NMPを10mL加えて完全に溶解させた。次に2,2―ビス(3,4―ジアミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(TA)を0.911g(2.50mmol)加えて溶解させた。更にトリアジン系活性ジエステル(IPBT)を1.111g(2.50mmol)加え、50℃で24時間反応させた。
反応終了後、反応溶液を500mLの蒸留水に投入し、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行った。粗収率は91%であった。乾燥後、ポリマーをNMPに溶解して、蒸留水中で再沈殿精製を行い、脱離成分である2-ヒドロキシ-4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンを除去した。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行うことで、淡黄色粉末状のPA(IPBT-TA)(収量:0.80g、収率:69%)を得た。H-NMRによりポリアミドが生成したことを確認した。
このポリアミドの各種物性の測定結果を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1657(C=O)、1497(C=C)、1168(C-F)
H-NMR(DMSO-d、ppm):5.32(s、4H、NH)、6.80(d、2H、Ar-H)、6.91(d、2H、Ar-H)、7.30(s、2H、Ar-H)、7.62(d、1H、Ar-H)、8.12(d、2H、Ar-H)、8.55(s、1H、Ar-H)、9.87(d、2H、NHCO)
対数粘度:0.44dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=28,000、M=50,000、M/M=1.8
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSO、THF、アセトンに20wt%溶解
このポリアミドをDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中で減圧下に室温で6時間乾燥した。その後、減圧乾燥器の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間乾燥して無色透明で柔軟なポリアミドのフィルム(20μm)を作製した。このフィルムを用いて熱特性及び光学特性を評価した。
熱特性
ガラス転移温度:255℃(DSC測定)
脱水閉環による重量減少量:300℃から5.6%の重量減少(理論値6.0%)
光学特性
カットオフ波長:349nm
500nmにおける光透過率:79%
d線における屈折率(n):1.638(面内)、1.632(面外)
平均屈折率(nave):1.634
誘電率(ε):2.94
<実施例9>
ポリアミド[PA(TPBT-TA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
攪拌子、窒素導入管を取り付けた100mLの三口フラスコに塩化リチウム0.542g(NMPに対して5wt%)を入れ、窒素気流下でヒートガンにより乾燥させたのち、NMPを10mL加えて完全に溶解させた。次に2,2―ビス(3,4―ジアミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(TA)を0.911g(2.50mmol)加えて溶解させた。その後、-10℃に冷却しながらトリアジン系活性ジエステル(TPBT)を1.111g(2.50mmol)加え、-10℃で24時間反応させた。
反応終了後、反応溶液を500mLの蒸留水に投入し、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行った。粗収率は99%であった。乾燥後、ポリマーをNMPに溶解して、蒸留水中で再沈殿精製を行い、脱離成分である2-ヒドロキシ-4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンを除去した。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行うことで淡黄色粉末状のPA(TPBT-TA)(収量:1.09g、収率:88%)を得た。H-NMRによりポリアミドが生成したことを確認した。
このポリアミドの各種物性の測定結果を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1658(C=O)、1500(C=C)、1170(C-F)
H-NMR(DMSO-d、ppm):5.34(s、4H、NH)、6.81(d、2H、Ar-H)、6.89(d、2H、Ar-H)、7.28(s、2H、Ar-H)、8.05(d、4H、Ar-H)、9.88(s、2H、NHCO)
対数粘度:0.45dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=19,000、M=42,000、M/M=2.2
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSO、THF、アセトンに20wt%溶解
このポリアミドをDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中で減圧下に室温で6時間乾燥した。その後、減圧乾燥機の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間乾燥して無色透明で柔軟なポリアミドのフィルム(27μm)を作製した。このフィルムを用いて熱特性及び光学特性を評価した。
熱特性
ガラス転移温度:210℃(DMA測定)
脱水閉環による重量減少量:280℃から7.2%の重量減少(理論値7.3%)
光学特性
カットオフ波長:382nm
500nmにおける光透過率:79%
d線における屈折率(n):1.663(面内)、1.632(面外)
平均屈折率(nave):1.642
誘電率(ε):2.97
<実施例10>
ポリアミド[PA(DCPT-TA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000049
攪拌子、窒素導入管を取り付けた100mLの三口フラスコに、塩化リチウム0.542g(NMPに対して5wt%)入れ、窒素気流下でヒートガンにより乾燥させたのち、NMPを10mL加えて完全に溶解させた。次に2,2―ビス(3,4―ジアミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(TA)を0.911g(2.50mmol)加えて溶解させた。その後0℃に冷却しながらトリアジン系活性ジエステル(DCPT)を1.301g(2.50mmol)加え、0℃で24時間反応させた。
反応終了後、反応溶液を500mLの蒸留水に投入し、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行った。粗収率は99%であった。乾燥後、ポリマーをNMPに溶解させ、蒸留水中で再沈殿精製を行い、脱離成分である2-ヒドロキシ-4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンを除去した。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行うことで淡黄色粉末状のPA(DCPT-TA)(収量:1.32g、収率:88%)を得た。H-NMRによりポリアミドが生成したことを確認した。
このポリアミドの各種物性の測定結果を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1657(C=O)、1500(C=C)、1170(C-F)
H-NMR(DMSO-d、ppm):5.30(s、4H、NH)、6.82(d、2H、Ar-H)、6.90(d、2H、Ar-H)、7.33(s、2H、Ar-H)、7.90(d、4H、Ar-H)、8.10(d、4H、Ar-H)、9.83(s、2H、NHCO)
対数粘度:0.42dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=17,000、M=34,000、M/M=2.0
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSO、THF、アセトンに20wt%溶解
このポリアミドをDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中で減圧下に室温で6時間乾燥した。その後、減圧乾燥器の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間乾燥して無色透明で柔軟なポリアミドのフィルム(8μm)を作製した。このフィルムを用いて熱特性及び光学特性を評価した。
熱特性
ガラス転移温度:263℃(DMA測定)
脱水閉環による重量減少:280℃から6.0%の重量減少(理論値:6.0%)
光学特性
カットオフ波長:379nm
500nmにおける光透過率:78%
d線における屈折率(n):1.680(面内)、1.628(面外)
平均屈折率(nave):1.645
誘電率(ε):2.98
<実施例11>
ポリアミド[PA(HPBT-TA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000050
攪拌子、窒素導入管を取り付けた100mLの三口フラスコに、塩化リチウムを0.271g(NMPに対して5wt%)入れ、窒素気流下でヒートガンにより乾燥させたのち、NMPを5mL加えて完全に溶解させた。次に2,2―ビス(3,4―ジアミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(TA)を0.911g(2.50mmol)加えて溶解させた。更にトリアジン系活性ジエステル(HPBT)を1.676g(2.50mmol)加え、室温で16時間反応させた。
反応終了後、反応溶液を500mLの蒸留水に投入し、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行った。粗収率は77%であった。乾燥後のポリマーをNMPに溶解させ、蒸留水中で再沈殿精製を行い、脱離成分である2-ヒドロキシ-4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンを除去した。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行うことで、淡黄色粉末状のPA(HPBT-TA)(収量:1.15g、収率:64%)を得た。H-NMRによりポリアミドが生成したことを確認した。
このポリアミドの各種物性の測定結果を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1647(C=O)、1599(C=C)、1498(C=C)、1177(C-F)
H-NMR(DMSO-d、ppm):5.34(s、4H、NH)、6.78(d、2H、Ar-H)、6.90(d、2H、Ar-H)、7.27(s、2H、Ar-H)、7.45(d、4H、Ar-H)、8.07(d、4H、Ar-H)、9.87(s、2H、NHCO)
GPC:M=4,000、M=7,000、M/M=1.8
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSO、THF、アセトン、メタノールに20wt%溶解
このポリアミドをDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液を石英板上に流延し、デシケーター中で減圧下に室温で6時間乾燥した。その後、減圧乾燥器の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間乾燥して無色透明のポリアミドのフィルム(7μm)を作製した。このフィルムを用いて熱特性及び光学特性を評価した。
熱特性
ガラス転移温度:296℃(DSC測定)
脱水閉環による重量減少量:280℃から4.9%の重量減少(理論値5.0%)
光学特性
カットオフ波長:339nm
500nmにおける光透過率:85%
d線における屈折率(n):1.574(面内)、1.564(面外)
平均屈折率(nave):1.567
誘電率(ε):2.70
<比較例1>
ポリアミド[PA(OBBT―DAB)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000051
攪拌子、温度計、窒素導入管を取り付けた100mLの三口フラスコに、塩化リチウムを0.162g(NMPに対して5wt%)入れ、窒素気流下でヒートガンにより乾燥させたのち、NMPを3mL加えて完全に溶解させた。次に、3,3’―ジアミノベンジジン(DAB)を0.536g(2.50mmol)加えて溶解させた。0℃に冷却しながらNMP4mL(5wt%LiCl)に完全に溶解させたトリアジン系活性ジエステル(OBBT)を1.341g(2.50mmol)加え、0℃で16時間反応させた。
反応終了後、反応溶液を500mLのメタノールに投入し、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行った。粗収率は89%であった。乾燥後のポリマーをNMPに溶解して、メタノール中で再沈殿精製を行い、脱離成分である2-ヒドロキシ-4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンを除去した。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行うことで、茶色粉末状のPA(OBBT―DAB)(収量:0.67g、収率:61%)を得た。H―NMRよりポリアミドが生成したことを確認した。
このポリアミドの各種物性の測定結果を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1653(C=O)、1508(C=C)1247(C-O-C)
H―NMR(DMSO-d、ppm):5.07(s、4H、NH)、7.03(d、2H、Ar-H)、7.05(d、2H、Ar-H)、7.48(s、2H、Ar-H)、7.48(d、4H、Ar-H)、8.10(d、4H、Ar-H)、9.75(s、2H、NHCO)
対数粘度:0.35dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=23,000、M=53,000、M/M=2.3
溶解性:NMP,DMAc,DMF,DMSOに20wt%溶解
このポリアミドをDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中で室温で6時間乾燥した。その後、減圧乾燥器の中にて60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、更に250℃で1時間乾燥して、茶色の柔軟なポリアミドのフィルム(16μm)を作製した。このフィルムを用いて熱特性及び光学特性を評価した。
熱特性
ガラス転移温度:248℃(TMA測定)
脱水閉環による重量減少量:300℃から8.0%の重量減少(理論値8.2%)
光学特性
カットオフ波長:391nm
500nmにおける光透過率:58%
d線における屈折率(n):1.811(面内)、1.718(面外)
平均屈折率(nave):1.749
誘電率(ε):3.36
<比較例2>
ポリアミド[PA(IPBT―DAB)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000052
攪拌子、温度計、窒素導入管を取り付けた100mLの三口フラスコに、塩化リチウム0.650g(NMPに対して5wt%)を入れ、窒素気流下でヒートガンにより乾燥させたのち、NMPを12mL加えて完全に溶解させた。次に3,3’ジアミノベンジジン(DAB)を0.536g(2.50mmol)加えて溶解させたのち、トリアジン系活性ジエステル(IPBT)1.110g(2.50mmol)を加え、室温で24時間反応させた。
反応終了後、反応溶液を500mLのメタノールに投入し、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行った。粗収率は99%であった。乾燥後ポリマーをNMPに溶解して、メタメール中で再沈殿精製を行い、脱離成分である2-ヒドロキシ-4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンを除去した。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行うことで茶色粉末状のPA(IPBT―DAB)(収量:0.72g、収率:84%)を得た。H-NMRによりポリアミドが生成したことを確認した。
このポリアミドの各種物性の測定結果を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1652(C=O)、1510(C=C)
H-NMR(DMSO-d、ppm):5.12(s、4H、NH)、6.86(d、2H、Ar-H)、7.05(d、2H、Ar-H)、7.30(d、2H、Ar-H)、7.67(t、1H、Ar-H)、8.19(s、2H,Ar-H)、8.64(s、1H、Ar-H)、9.86(s、2H、NHCO)
対数粘度:0.78dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=36,000、M=57,000、M/M=1.6
溶解性:NMP,DMAc、DMF,DMSOに20wt%溶解
このポリアミドをDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中で室温で6時間乾燥した。その後、減圧乾燥器の中にて60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、さらに250℃で1時間乾燥して茶色で柔軟なポリアミドのフィルム(17μm)を作製した。このフィルムを用いて熱特性および光学特性を評価した。
熱特性
ガラス転移温度:255℃(DSC測定)
脱水閉環による重量減少量:300℃から8.9%の重量減少(理論値9.0%)
光学特性
カットオフ波長:384nm
500nmにおける光透過率:73%
d線における屈折率(n):1.780(面内)、1.686(面外)
平均屈折率(nave):1.717
誘電率(ε):3.24
<比較例3>
ポリアミド[PA(TPBT-DAB)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000053
攪拌子、温度計、窒素導入管を取り付けた100mLの三口フラスコに塩化リチウムを0.812g(NMPに対して5wt%)入れ、窒素気流下でヒートガンにより乾燥させたのち、NMPを15mL加えて完全に溶解させた。次に3,3-ジアミノベンジジン(DAB)を0.536g(2.50mmol)加えて溶解させた。-10℃に冷却し、トリアジン系活性ジエステル(TPBT)を1.111g(2.50mmol)加え、-10℃で24時間反応させた。
反応終了後、反応溶液を500mLのメタノールに投入し、ポリマーを析出させた。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行った。粗収率は91%であった。乾燥後のポリマーをNMPに溶解して、メタノール中で再沈殿精製を行い、脱離成分である2-ヒドロキシ-4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジンを除去した。析出したポリマーを吸引濾過で回収し、室温で12時間減圧乾燥を行うことで黄色粉末状のPA(TPBT-DAB)(収量:0.66g、収率:77%)を得た。H-NMRによりポリアミドが生成したことを確認した。
このポリアミドの各種物性の測定結果を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1658(C=O)、1510(C=C)
H-NMR(DMSO-d、ppm):5.05(s、4H、NH)、6.85(d、2H、Ar-H)、7.07(d、2H、Ar-H)、7.30(s、2H、Ar-H)、8.15(d、4H、Ar-H)、9.86(s、2H、NHCO)
対数粘度:1.02dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=31,000、M=71,000、M/M=2.3
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSOに20wt%溶解
このポリアミドをDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中で室温で6時間乾燥した。その後、減圧乾燥器の中にて60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間乾燥して、黄色で柔軟なポリアミドのフィルム(8μm)を作製した。このフィルムを用いて熱特性及び光学特性を評価した。
熱特性
ガラス転移温度:251℃(TMA測定)
脱水閉環による重量減少量:280℃から9.7%の重量減少(理論値:10.5%)
光学特性
カットオフ波長:433nm
500nmにおける光透過率:60%
d線における屈折率(n):1.900(面内)、1.703(面外)
平均屈折率(nave):1.769
誘電率(ε):3.44
以上のように、各実施例のポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドはNMP、DMAc等の溶媒に高い溶解性を示した。ポリアミドフィルムのカットオフ波長は333~382nmで透明性に優れていた。また、屈折率は1.567~1.655で、誘電率は2.70~3.01で低い値を示した。
[2]ポリベンゾイミダゾールの合成
<実施例12>
ポリベンゾイミダゾール[PBI(OBBT-PhTA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000054
乾燥させたPA(OBBT-PhTA)をDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中で減圧下に室温で6時間乾燥した。その後、減圧乾燥器の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間、300℃で1時間、350℃で1時間、420℃で10分間、熱処理を行い、無色透明で柔軟なポリベンゾイミダゾールのフィルム(38μm)を作製した。FT-IRとH-NMRにより、アミド結合が消失し、脱水環化反応が進行してポリベンゾイミダゾールが生成したことを確認した。このフィルムの各種物性を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1600(C=C)、1499(C=C)、1443(C=N)、1247(C-O-C)、1173(C-F)
H-NMR(CDCl,ppm):6.92(d、4H、Ar-H)、7.15(d、2H、Ar-H)、7.25(d、2H、Ar-H)、7.26(d、4H、Ar-H)、7.51(t,2H,Ar-H),7.52(t、4H、Ar-H)、7.56(d、4H、Ar-H)、8.08(s、2H、Ar-H)
対数粘度:0.91dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=43,000、M=151,000、M/M=3.5
溶解性:NMP、DMAc、DMF、THF、クロロホルムに20wt%溶解
機械特性
引張破断強度:88MPa
破断伸び:6%
引張初期弾性率:2.5GPa
熱特性
ガラス転移温度:319℃(TMA測定)
5%重量減少温度:533℃(空気中)、533℃(窒素中)
10%重量減少温度:551℃(空気中)、550℃(窒素中)
炭化収率:72%(窒素中、800℃)
熱膨張係数:65ppm/℃(150℃~200℃)
光学特性
カットオフ波長:346nm
500nmにおける光透過率:81%
d線における屈折率(n):1.641(面内)、1.640(面外)
平均屈折率(nave):1.640
誘電率(ε):2.96
<実施例13>
ポリベンゾイミダゾール[PBI(IPBT-PhTA)の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000055
乾燥させたPA(IPBT-PhTA)をDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中で減圧下に室温で6時間乾燥した。その後、減圧乾燥器の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間、300℃で1時間、350℃で1時間、410℃で10分間、熱処理を行い、無色透明で柔軟なポリベンゾイミダゾールのフィルム(27μm)を作製した。FT-IRとH-NMRにより、アミド結合が消失し、脱水環化反応が進行してポリベンゾイミダゾールが生成したことを確認した。このフィルムの各種物性を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1597(C=C)、1499(C=C)、1443(C=N)、1171(C-F)
H-NMR(CDCl-d,ppm):7.14(t、2H、Ar-H)、7.18(t、4H、Ar-H)、7.26(d、4H、Ar-H)、7.46(m、5H、Ar-H)、7.61(d、2H、Ar-H)、7.74(s、1H、Ar-H)、8.04(s、2H、Ar-H)
対数粘度:0.43dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=45,000、M=122,000、M/M=2.7
溶解性:NMP、DMAc、DMF、THF、クロロホルムに20wt%溶解
機械特性
引張破断強度:51MPa
破断伸び:2%
引張初期弾性率:3.6GPa
熱特性
ガラス転移温度;281℃(TMA測定)
5%重量減少温度:522℃(空気中),535℃(窒素中)
10%重量減少温度:541℃(空気中),554℃(窒素中)
炭化収率:73%(窒素中,800℃)
熱膨張係数:64ppm/℃(150℃~200℃)
光学特性
カットオフ波長;341nm
500nmにおける光透過率;75%
d線における屈折率(n):1.630(面内)、1.628(面外)
平均屈折率(nave):1.629
誘電率(ε):2.92
<実施例14>
ポリベンゾイミダゾール[PBI(TPBT-PhTA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000056
乾燥させたPA(TPBT-PhTA)をDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中にて6時間減圧乾燥した。その後、減圧乾燥器中にて60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間、300℃で1時間、350℃で1時間、410℃で10分間熱処理を行い、淡黄色で柔軟なポリベンゾイミダゾールフィルム(20μm)を作製した。FT-IRによりアミド結合が消失し、脱水環化反応が進行してポリベンゾイミダゾールが生成したことを確認した。このフィルムの各種物性の測定結果を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1598(C=C)、1500(C=C)、1455(C=N)、1170(C-F)
溶解性:NMP、DMAc、DMF、THF、クロロホルムに20wt%溶解
熱特性
ガラス転移温度: 366℃(TMA測定)
5%重量減少温度:525℃(空気中)、531℃(窒素中)
10%重量減少温度:542℃(空気中)、550℃(窒素中)
炭化収率:74%(窒素中、800℃)
熱膨張係数:69ppm/℃(150℃~200℃)
光学特性
カットオフ波長:330nm
500nmにおける光透過率:86%
d線における屈折率(n):1.640(面内)、1.638(面外)
平均屈折率(nave):1.639
誘電率(ε):2.95
<実施例15>
ポリベンゾイミダゾール[PBI(HPBT―PhTA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000057
乾燥させたPA(HPBT―PhTA)をDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液を石英板上に流延し、デシケーター中にて6時間減圧乾燥した。その後、減圧乾燥器中にて60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間、300℃で1時間、350℃で1時間、410℃で10分間熱処理を行い、無色透明のポリベンゾイミダゾールフィルム(7μm)を作製した。FT-IRとH-NMRによりアミド結合が消失し、脱水環化反応が進行してポリベンゾイミダゾールが生成したことを確認した。このフィルム各種物性を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1600(C=C)、1499(C=C)、1453(C=N)、1177(C-F)
H-NMR(CDCl、ppm):7.18(d、2H、Ar-H)、7.27(d、2H、Ar-H)、7.31(d、4H、Ar-H)、7.35(d、4H、Ar-H)、7.53(t、2H、Ar-H)、7.55(t、4H、Ar-H)、7.59(d、4H、Ar-H)、8.10(s、2H、Ar-H)
溶解性:NMP、DMAc、DMF、THF、クロロホルム、アセトンに20wt%溶解
熱特性
ガラス転移温度:287℃(DSC測定)
5%重量減少温度:495℃(空気中)、502℃(窒素中)
10%重量減少温度:512℃(空気中)、524℃(窒素中)
炭化収率:59%(窒素中、800℃)
光学特性
カットオフ波長:340nm
500nmにおける光透過率:78%
d線における屈折率(n):1.580(面内)、1.582(面外)
平均屈折率(nave):1.581
誘電率(ε):2.75
<実施例16>
ポリベンゾイミダゾール[PBI(OBBT-TA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000058
乾燥させたPA(OBBT-TA)をDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中で室温で6時間、減圧乾燥した。その後、減圧乾燥器の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間、300℃で1時間、350℃で1時間、410℃で10分間、熱処理を行い、無色透明のポリベンゾイミダゾールフィルム(20μm)を作製した。FT-IRによりアミド結合が消失し、脱水環化反応が進行してポリベンゾイミダゾールが生成したことを確認した。このフィルムの各種物性を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1495(C=C)、1460(C=N)、1244(C-O-C)、1171(C-F)
対数粘度:0.52dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=40,000、M=64,000、M/M=1.6
溶解性:NMP、DMAc、DMFに20wt%溶解
機械特性
引張破断強度:80MPa
破断伸び:2%
引張初期弾性率:3.3GPa
熱特性
ガラス転移温度:373℃(TMA測定)
5%重量減少温度:484℃(空気中)、511℃(窒素中)
10%重量減少温度:514℃(空気中)、532℃(窒素中)
炭化収率:66%(窒素中、800℃)
熱膨張係数:45ppm/℃(150℃~200℃)
光学特性
カットオフ波長:352m
500nmにおける光透過率:78%
d線における屈折率(n):1.657(面内)、1.633(面外)
平均屈折率(nave):1.641
誘電率(ε):2.96
<実施例17>
ポリベンゾイミダゾール[PBI(OBBT-TA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000059
実施例7で得られた重合溶液をそのままガラス板に流延し、デシケーター中で室温で6時間減圧乾燥をした。その後、減圧乾燥器の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間、300℃で1時間、350℃で1時間、410℃で10分間熱処理を行い、無色透明のポリベンゾイミダゾールフィルム(13μm)を作製した。FT-IRによりアミド結合が消失し、脱水環化反応が進行してポリベンゾイミダゾールが生成したことを確認した。このフィルムの各種物性を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1500(C=C)、1450(C=N)、1244(C-O-C)、1171(C-F)
光学特性
カットオフ波長:351nm
500nmにおける光透過率:80%
d線における屈折率(n):1.630(面内)、1.627(面外)
平均屈折率(nave):1.628
誘電率(ε):2.92
<実施例18>
ポリベンゾイミダゾール[PBI(IPBT-TA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000060
乾燥させたPA(IPBT-TA)をDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中で室温で6時間、減圧乾燥した。その後、減圧乾燥機の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間、300℃で1時間、350℃で1時間、410℃で10分間、熱処理を行い、無色透明のポリベンゾイミダゾールフィルム(19μm)を作製した。FT-IRによりアミド結合が消失し、脱水環化反応が進行してポリベンゾイミダゾールが生成したことを確認した。このフィルムの各種物性を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1501(C=C)、1454(C=N)、1170(C-F)
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSOに20wt%溶解
対数粘度:0.42dL/g(0.5g/dL濃度のNMP溶液、30℃測定)
GPC:M=40,000、M=100,000、M/M=2.5
機械特性
引張破断強度:51MPa
破断伸び:3%
引張初期弾性率:2.0GPa
熱特性
ガラス転移温度:373℃(TMA測定)
5%重量減少温度:458℃(空気中)、495℃(窒素中)
10%重量減少温度:508℃(空気中)、529℃(窒素中)
炭化収率:62%(窒素中、800℃)
熱膨張係数:36ppm/℃(150℃~200℃)
光学特性
カットオフ波長:344nm
500nmにおける光透過率:85%
d線における屈折率(n):1.644(面内)、1.633(面外)
平均屈折率(nave):1.637
誘電率(ε):2.95
<実施例19>
ポリベンゾイミダゾール[PBI(HPBT-TA)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000061
乾燥させたPA(HPBT-TA)をDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液を石英板上に流延し、デシケーター中で室温で6時間、減圧乾燥した。その後、減圧乾燥器の中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間、300℃で1時間、350℃で1時間、410℃で10分間、熱処理を行い、無色透明のポリベンゾイミダゾールフィルム(18μm)を作製した。FT-IRによりアミド結合が消失し、脱水環化反応が進行してポリベンゾイミダゾールが生成したことを確認した。このフィルムの各種物性を以下に示す。
FT-IR(KBr、cm-1):1598(C=C)、1500(C=C)、1456(C=N)、1178(C-F)
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSO、THFに20wt%溶解
熱特性
ガラス転移温度:370℃(DSC測定)
5%重量減少温度:495℃(空気中)、502℃(窒素中)
10%重量減少温度:512℃(空気中)、524℃(窒素中)
炭化収率:59%(窒素中、800℃)
光学特性
カットオフ波長:338nm
500nmにおける光透過率:85%
d線における屈折率(n):1.583(面内)、1.568(面外)
平均屈折率(nave):1.573
誘電率(ε):2.72
<比較例4>
ポリベンゾイミダゾール[PBI(OBBT―DAB)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000062
乾燥させたPA(OBBT―DAB)をDMAcに溶解させて、濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中にて3時間減圧乾燥した。その後、減圧乾燥機の中にて60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間、300℃で1時間、350℃で1時間、410℃で10分間熱処理を行い、茶色で柔軟なポリベンゾイミダゾールフィルム(16μm)を作製した。FT-IRによりアミド結合が消失し、脱水環化反応が進行してポリベンゾイミダゾールが生成したことを確認した。このフィルムの熱特性および光学特性を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1500(C=C)、1444(C=N)、1286(C-O-C)
GPC:M=44,000、M=92,000、M/M=2.1
溶解性:NMPに20wt%溶解、DMAc、DMF、DMSOに一部溶解
熱特性
ガラス転移温度:359℃(TMA測定)
5%重量減少温度:510℃(空気中)、536℃(窒素中)
10%重量減少温度:538℃(空気中)、565℃(窒素中)
炭化収率:73%(窒素中、800℃)
熱膨張係数:28ppm/℃(150℃~200℃)
光学特性
カットオフ波長:400nm
500nmにおける光透過率:39%
d線における屈折率(n):1.825(面内)、1.735(面外)
平均屈折率(nave):1.765
誘電率(ε):3.43
<比較例5>
ポリベンゾイミダゾール[PBI(IPBT―DAB)]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000063
乾燥させたPA(IPBT―DAB)をDMAcに溶解させて濃度が20wt%のポリマー溶液を調製した。このポリマー溶液をガラス板上に流延し、デシケーター中で減圧下にて室温で6時間乾燥した。その後減圧乾燥器中で60℃で6時間、100℃で6時間、150℃で1時間、200℃で1時間、250℃で1時間、300℃で1時間、350℃で1時間、410℃で10分間、熱処理を行い、茶色で柔軟なポリベンゾイミダゾールのフィルム(17μm)を作製した。FT-IRによりアミド結合が消失し、脱水環化反応が進行してポリベンゾイミダゾールが生成したことを確認した。このフィルムの熱特性および光学特性を以下に示す。
FT-IR(フィルム、cm-1):1498(C=C)、1444(C=N)
溶解性:NMP、DMAc、DMF、DMSOに一部溶解
熱特性
ガラス転移温度:411℃(TMA測定)
5%重量減少温度:504℃(空気中)、627℃(窒素中)
10%重量減少温度:531℃(空気中)、704℃(窒素中)
炭化収率:82%(窒素中、800℃)
熱膨張係数:21ppm/℃(150℃~200℃)
光学特性
カットオフ波長:401nm
500nmにおける光透過率:61%
d線における屈折率(n):1.851(面内)、1.695(面外)
平均屈折率(nave):1.747
誘電率(ε):3.36
以上のように、各実施例のポリベンゾイミダゾールはNMP、DMAc等の溶媒に高い溶解性を示した。ポリベンゾイミダゾールフィルムのカットオフ波長は330~352nmで透明性に優れていた。また、屈折率は1.573~1.641で、誘電率は2.72~2.96で低い値を示した。
本発明のポリベンゾイミダゾールは、耐熱性に優れるとともに、溶剤溶解性、電気絶縁性、無色透明性及び柔軟性にも優れることから、フィルム、高分子電解質膜、レジスト材料等として好適に利用可能である。

Claims (18)

  1. 下記一般式(1)で示される繰り返し単位を含むことを特徴とするポリベンゾイミダゾール。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
                 (1)
    (一般式(1)中、Rは、-SO-、-O-、-CO-、置換基を有していてもよいアルキレン基、又は、式
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    を示し、2つのXは、独立に、水素原子又は1価の有機基、Rは2価の有機基を示す。)
  2. は、フッ素置換されたアルキレン基である請求項1記載のポリベンゾイミダゾール。
  3. は、-C(CF-である請求項1又は2記載のポリベンゾイミダゾール。
  4. ゲル浸透クロマトグラフィー分析(GPC)による数平均分子量が、標準ポリスチレン換算で2,000以上である請求項1、2又は3記載のポリベンゾイミダゾール。
  5. 下記一般式(2)で示される繰り返し単位を含むことを特徴とするポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミド。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
                 (2)
    (一般式(2)中、Rは、-SO-、-O-、-CO-、置換基を有していてもよいアルキレン基、又は、式
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    を示し、2つのXは、独立に、水素原子又は1価の有機基、Rは2価の有機基を示す。)
  6. は、フッ素置換されたアルキレン基である請求項5記載のポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミド。
  7. は、-C(CF-である請求項5又は6記載のポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミド。
  8. ゲル浸透クロマトグラフィー分析(GPC)による数平均分子量が、標準ポリスチレン換算で2,000以上である請求項5、6又は7記載のポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミド。
  9. 請求項5、6、7又は8に記載のポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドを製造するためのポリアミドの製造方法であって、一般式(3)で示されるテトラアミン化合物(3)と、一般式(4)で示されるジカルボン酸誘導体化合物(4)とを重合させることにより、一般式(2)で示される繰り返し単位を含むポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドを得る工程(1-1)を含むことを特徴とする製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
                 (3)
    (一般式(3)中、Rは、-SO-、-O-、-CO-、置換基を有していてもよいアルキレン基、又は、式
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    を示し、2つのXは、独立に、水素原子又は1価の有機基を示す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
               (4)
    (一般式(4)中、Rは2価の有機基、R及びRは、独立に、OH、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、置換基を有していてもよい芳香族オキシ基、又は、ハロゲン原子を示す。)
  10. は、フッ素置換されたアルキレン基である請求項9記載の製造方法。
  11. は、-C(CF-である請求項9又は10記載の製造方法。
  12. 請求項9、10又は11に記載のポリベンゾイミダゾールを製造するためのポリベンゾイミダゾールの製造方法であって、
    一般式(3)で示されるテトラアミン化合物(3)と、一般式(4)で示されるジカルボン酸誘導体化合物(4)とを重合させることにより、一般式(2)で示される繰り返し単位を含むポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドを得る工程(1-1)、及び、
    前記ポリベンゾイミダゾール前駆体ポリアミドを脱水環化させることにより、一般式(1)で示される繰り返し単位を含むポリベンゾイミダゾールを得る工程(1-2)を含むことを特徴とする製造方法。
    一般式(2):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
           (2)
    (一般式(2)中、Rは、-SO-、-O-、-CO-、置換基を有していてもよいアルキレン基、又は、式
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
    を示し、2つのXは、独立に、水素原子又は1価の有機基、Rは2価の有機基を示す。)
    一般式(3):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
                    (3)
    (一般式(3)中、Rは、-SO-、-O-、-CO-、置換基を有していてもよいアルキレン基、又は、式
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
    を示し、2つのXは、独立に、水素原子又は1価の有機基を示す。)
    一般式(4):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
               (4)
    (一般式(4)中、Rは2価の有機基、R及びRは、独立に、OH、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルコキシ基、置換基を有していてもよい芳香族オキシ基、又は、ハロゲン原子を示す。)
  13. は、フッ素置換されたアルキレン基である請求項12記載の製造方法。
  14. は、-C(CF-である請求項12又は13記載の製造方法。
  15. 請求項1、2、3又は4に記載のポリベンゾイミダゾールからなるフィルム。
  16. 請求項15に記載のフィルムを備えるフレキシブル配線基板。
  17. 請求項15に記載のフィルムを備えるプリント基板。
  18. 請求項15に記載のフィルムを備える燃料電池用高分子電解質膜。
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