ポリマー構造中に特異な環構造を導入した新しいポリイミドの合成

数ある高分子の中でも、ポリイミドは、耐熱性、絶縁性、強度などで最高水準の性能を有することから、先端分野を中心に利用されている。電子機器で使われる黄色いフィルム状の回路基板や宇宙船を覆う金色をした保護膜がそれである。しかし、この高分子は不融不溶であることから、加工することが大変難しい。アンモニア分子の水素を芳香環で置き換えたトリアリールアミン類は、嵩高く、共役面が広いなど、特異な環構造を持つことから、電気を通したり、蛍光を発光したりするなど、多くの興味ある機能を発現する。これらの要素を組み合わせて、本研究では、トリアリールアミン構造をポリイミドの主鎖に導入して、その加工性を改良するとともに、ポリイミドに様々な機能を発現させることを目指した。

本研究では、図に示す新規な原料モノマーを合成して、これから一連のポリイミドへ誘導した。生成したポリマーは500℃まで変化しないなど高度の耐熱性を保持したまま、様々な溶媒に溶解した。

ジアミンには4,4'-ジアミノジフェニルメタン、3,4'-ジアミノジフェニルエーテル、4,4'-ジアミノジフェニルエーテル、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼンを、溶媒にはNMPを用い、ポリイミドの合成は常法である2段階法で行った。ジアミンと酸二無水物をNMP中で24時間かき混ぜてポリアミド酸を合成した後、この溶液をガラス板にキャストし、50、150、250℃の各温度で1時間加熱し、さらに300℃で2時間ポストキュアしてポリイミドフィルムを得た。使用したジアミンに依らず、得られたフィルムはどれも共役系が発達しているためか、濃い深赤色を有していた。重合結果の一例を示せば、3,4'-ジアミノジフェニルエーテルから得られたポリアミド酸の還元粘度は0.38dL/gであった。還元粘度の値が大きくないためか、フィルムはどれも強靭ではなかった。溶解性試験の結果、これらのポリマーはNMPやDMAcといった非プロトン性極性溶媒に加えジクロロメタンやクロロホルム等、汎用な塩素化炭化水素類にも可溶であった。熱分析の一例として、3,4'-ジアミノジフェニルエーテルから得られたポリイミドは窒素下での5%重量減少温度が547℃、800℃での重量残存率は73%と、多くのポリイミドに匹敵する高い耐熱性を有していた。