DE2005967A1 - Stable polyimide solns from aromatic carboxy - - Google Patents
Stable polyimide solns from aromatic carboxy -Info
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung von Polyimidlösunggen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyimidlösungen durch Umsetzung von aromatischen Tetracarbonsäuren oder deren Derivaten, die eine oder mehrere Schwefel-, Sulfon-oder Sauerstoffbrücken enthalten mit Diamino-diphenylsulfid, Diamino-diphenylsulfon oder Di-(p-aminophenoxy)-diphenylsulfid in polaren organischen Lösungsmitteln ohne Isolierung der als Zwischenprodukte gebildeten Polyamidsäuren. Process for Making Polyimide Solutions The invention relates to a process for the preparation of polyimide solutions by reacting aromatic Tetracarboxylic acids or their derivatives, which contain one or more sulfur, sulfonic or Oxygen bridges contain with diamino-diphenyl sulfide, diamino-diphenyl sulfone or Di- (p-aminophenoxy) -diphenyl sulfide in polar organic solvents without isolation of the polyamic acids formed as intermediates.
Die bekannten aromatischen Polyimide weisen eine hohe thermische Stabilität und gute mechanische Eigenschaften auf. Sie sind Jedoch meist unschmelzbar und in allen bekannten Lösungsmitteln meist unlöslich. Dieses Verhalten ist für Fertigteile vorteilhaft. Hingegen wird die Verarbeitung von Polyimiden nach den üblichen Methoden der Kunststofftechnik durch dieses Verhalten erschwert oder'gar unmöglich gemacht.The known aromatic polyimides have a high thermal stability and good mechanical properties. However, they are mostly infusible and in mostly insoluble in all known solvents. This behavior is for precast parts advantageous. In contrast, the processing of polyimides by the usual methods In plastics technology, this behavior is made difficult or even impossible.
Normalerweise umgeht man diese Schwierigkeit in der Verarbeitung von Polyimiden, indem man zunächst Tetracarbonsäuredianhydride mit Diaminen bei niedrigen Temperaturen zu in bestimmten polaren, organischen Lösungsmitteln löslichen Polyamidcarbonsäuren umsetzt und dann in einer zweiten Stufe die Polymidcarbonsäuren bei erhöhter Temperatur in Polyimide Uberfuhrt. Die Formgebung erfolgt dabei durch ueberführen der Polyamidsäurelösungen in gewünschte Formen, wie Fasern oder Filme, Ein Nachteil dieees Verfahrens beruht darauf, daS die in der ersten Stufe hergestellten Polyamidsäuren nur begrenst lagerfähig und gegen Luftfeuchtigkeit empfindlich sind. Zur Polyanidsäureherstellung werden ferner besonders reine Ausgangsstoffe bentitigt, da beispielsweise Spuren freier Carboxylgruppen ii Carbonsäuredianhydrid das Molgewicht der Polyamidsäuren stark herabsetzen. lun werden zwar in der belgischen Patentschrift 655 654 lösliche Polyimide beschrieben, die as aromatischen Kern mit Ilkyl-, Alkoxy- oder Phenoxygruppen substituierte n-Phenylendiaminreste enthalten. Diese Phenylendiaminderivate sind jedoch schwer zu synthetisieren. Außerden bewirken aliphatische oder cycloaliphatische Bestandteile allgemein eine Verschlechterung der thermischen Stabilität, wie die geringe Thermostabilität von Poly-2,6-dimethylphenylenoxid seigt.Usually, this difficulty is avoided in processing Polyimides by first making tetracarboxylic dianhydrides with diamines at low Temperatures for polyamide carboxylic acids soluble in certain polar, organic solvents converts and then in a second stage the polymidecarboxylic acids at elevated temperature Converted into polyimides. The shaping is done by transferring the polyamic acid solutions into desired shapes, such as fibers or films, a disadvantage of this process on the fact that the polyamic acids produced in the first stage can only be stored for a limited time and are sensitive to humidity. For the production of polyanic acid furthermore, particularly pure starting materials are required, since, for example, traces are freer Carboxyl groups ii carboxylic acid dianhydride the molecular weight of the polyamic acids greatly reduce. lun are in the Belgian patent specification 655 654 described soluble polyimides, the aromatic nucleus with Ilkyl-, Alkoxy- or phenoxy groups contain substituted n-phenylenediamine radicals. These phenylenediamine derivatives however, are difficult to synthesize. In addition, aliphatic or cycloaliphatic effects Ingredients generally a deterioration in thermal stability, such as the low thermal stability of poly-2,6-dimethylphenylene oxide.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man di. genannten Nachteile vermeiden kann mit Polyimidlösungen, die man erhält durch Kondensation von Tetracarbonsäuren der Formeln oder den entsprechenden Carbonsäurehalogeniden, insbesondere -chloriden, -estern mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkoholrest oder -dianhydriden mit 4,4'-Diamino-diphenylsulfid, 4,4'-Diamino-diphenylsulfon und/oder 4,4-Di-(p-aminophenoxy)-diphenylsulfid oder den entsprechenden Aminhydrochloriden in polaren organischen Lösungsmitteln bei Temperaturen von 120 bis 2000C ohne Isolierung der als Zwischenstufe entstehenden Polyamidsäuren.It has now surprisingly been found that di. The disadvantages mentioned can be avoided with polyimide solutions obtained by condensation of tetracarboxylic acids of the formulas or the corresponding carboxylic acid halides, in particular chlorides, esters with 1 to 4 carbon atoms in the alcohol radical or dianhydrides with 4,4'-diamino-diphenyl sulfide, 4,4'-diamino-diphenyl sulfone and / or 4,4-di- (p -aminophenoxy) -diphenyl sulfide or the corresponding amine hydrochlorides in polar organic solvents at temperatures from 120 to 2000C without isolation of the polyamic acids formed as an intermediate.
Die in den Lösungen enthaltene Polyimide bestzen Molekularge-Wichte über 10 000 und intrinsic Viskositäten von 0,1 bis 3,0, vorzugsweise 1,0 bis 2,0 dl/g (gemessen als 0,5 %ige Lösung in N-Methylpyrrolidon; Houben-Weyl, band III/1, Seite 431 ff, Georg Die Verlag Stuttgart 1955).The polyimides contained in the solutions have molecular weights over 10,000 and intrinsic viscosities from 0.1 to 3.0, preferably 1.0 to 2.0 dl / g (measured as a 0.5% solution in N-methylpyrrolidone; Houben-Weyl, volume III / 1, Page 431 ff, Georg Die Verlag Stuttgart 1955).
löslichen Kondensate werden beispielsweise nach folgenden tionsschema
erhalten
Als polare organische Lösungsmittel werden beispielsweise Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Kresol, Hexamethylphosphorsäuretriamid, Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon und Pyridin verwendet, Diese Lösungsmittel können gegebenenfalls mit weitgehen unpolaren Lösungsmitteln wie Toluol, Xylol oder Ethern verdünnt werden. As polar organic solvents, for example, dimethylformamide, Dimethylacetamide, cresol, hexamethylphosphoric triamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone and pyridine are used. These solvents can optionally be largely nonpolar Solvents such as toluene, xylene or ethers can be diluted.
Die Monomer- bzw. Polymergehalte der Reaktionslösung betragen sweckmäßig ungefähr 5 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bir 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Reaktionslösung. The monomer and polymer contents of the reaction solution are varied about 5 to 30 weight percent, preferably 10 to 20 weight percent, based on based on the total weight of the reaction solution.
Die Kondensation wird bei Reaktionstemperaturen swischen 120 und 200°C, vorzugsweise swischen 120 und 180°C und Reaktionszeiten von 30 Minuten bis 5 Stunden, vorzugsweise von 1 bis 9 Stunden durchgeführt, Da bei hohen Reaktionstemperaturen Verseifungsprozesse auftreten können, ist es notwendig, das Kondensationswasser möglichst rasch und vollständig aus der Reaktionemischung abzutrennen. The condensation takes place at reaction temperatures between 120 and 200 ° C, preferably between 120 and 180 ° C and reaction times from 30 minutes to 5 hours, preferably from 1 to 9 hours, Included high reaction temperatures saponification processes can occur, it is necessary to the water of condensation as quickly and completely as possible from the reaction mixture to separate.
Das Reaktionswasser kann beispielsweise abdestilliert werden.The water of reaction can, for example, be distilled off.
In einigen Fällen ist es vorteilhaft, das Wasser mit Hilfe von Schleppmitteln wie Toluol, Xylol, Tetrachlorkohlenstoff azeotrop auszukreisen.In some cases it is advantageous to use entrainers in the water such as toluene, xylene, carbon tetrachloride azeotropically exclude.
Nach einer anderen Kondensationemethode wird die Wasserabspaltung mit chemischen Mitteln wie Acetanhydrid oder Carbodiimid bei mäßig erhöhten Temperaturen durchgeführt. Hierbei entstehen ebenfalls stabile Poiyimidlösungen.Another condensation method is the elimination of water with chemical agents such as acetic anhydride or carbodiimide at moderately elevated temperatures carried out. This also creates stable polyimide solutions.
Die erfindungsgemäß erhältlichen Polyimidlösungen sind hydrolysenbeständig und leicht verarbeitbar, da nur das Lösungsmitte) verflüchtigt werden muß. Die Polymerlösungen werden zur Herstellung von Überzügen, dünnwandigen Formteilen, Filmen, Fasern, Preßmassen verwendet Die Produkte besitzen eine hervorragende Temperaturbeständigkeit und sehr gute mechanische Eigenschaften.The polyimide solutions obtainable according to the invention are resistant to hydrolysis and easy to process, since only the solvent has to be volatilized. The polymer solutions are used for the production of coatings, thin-walled molded parts, films, fibers, molding compounds used The products have excellent temperature resistance and very good mechanical properties.
Die in den Beispielen genannten Teile sind Gewichtsteile.The parts mentioned in the examples are parts by weight.
Beispiel 1 Zu einer Lösung aus 6,48 Teilen 4,4'-Diaminodiphenyleulfid in einer Mischung aus 92 Teilen N-Methylpyrrolidon, 46,5 Teilen techn. Xylol und 15 Teilen Toluol fügt man 10,75 Teile 3,3'-4,4'-Diphenylsulfon-tetracarbonsäure-dianhydrid. Die Reaktionsmischung wird unter Rühren in einer Inertgasatmosphäre auf 1200C erwärmt, mit 100 Teilen Benzol versetzt und bei 1200C das Kondensationswasser ausgekreist. Durch teilweises Abdestillieren des Lösungsmittels erhöht man die Temperatur in 2 Stunden auf 160°C und kondensiert 1 Stunde bei dieser Temperatur. Example 1 To a solution of 6.48 parts of 4,4'-diaminodiphenyl sulfide in a mixture of 92 parts of N-methylpyrrolidone, 46.5 parts of techn. Xylene and 15 parts of toluene are added to 10.75 parts of 3,3'-4,4'-diphenylsulphone-tetracarboxylic acid dianhydride. The reaction mixture is heated to 1200C with stirring in an inert gas atmosphere, 100 parts of benzene are added and the water of condensation is removed from the system at 1200C. By partially distilling off the solvent, the temperature is increased in 2 hours at 160 ° C and condensed for 1 hour at this temperature.
Die erhaltene Polymerlösung ist bei Zimmertemperatur über 6 Monate stabil. 40/u dicke Überzüge auf Aluminiumträgern, die durch Abdampfen des Lösungsmittelgemisches erhalten werden, sind elastisch und kratzunempfindlich. In Luft sind die ueberzüge bei 3000C nach 100 Stunden noch flexibel, da sich die Produkte nur sehr langsam zersetzen.The polymer solution obtained is at room temperature for 6 months stable. 40 / u thick coatings on aluminum supports, which are created by evaporation of the solvent mixture obtained are elastic and insensitive to scratches. The covers are in the air at 3000C after 100 hours still flexible because the products only decompose very slowly.
Vergleichsbeispiel Erwärmt man eine handelsübliche Polyamidsäureimidlösung aus Pyromellithsäuredianhydrid und 4,4' -Diamino-diphenyläther in Methylpyrrolidon auf 1600C, so fällt infolge Polytmidbildung nach einigen Minuten ein Niederschlag aus, der nicht weiterverarbeitet werden kann.Comparative Example A commercially available polyamic acid imide solution is heated from pyromellitic dianhydride and 4,4'-diamino-diphenyl ether in methylpyrrolidone at 160 ° C., a precipitate falls after a few minutes as a result of the formation of polytmide that cannot be processed further.
Beispiel 2 Eine 20 %ige Lösung aus 35,8 Teilen (0,1 Mol) 3,3',4,4'-Diphenylsulfontetracarbonsäuredianhydrid, 40 Teilen (0,1 Mol) 4,4'-Di-(p-amino-phenoxy)-diphenylsulfid, 244 Teilen N-Methylpyrrolidon und 60 Teilen einer Toluol/Xylolmischung (Gewichtsverhältnis 1 : 1) wird unter Rühren in einer Inertgasatmosphäre auf 120°C erwärmt und bei dieser Temperatur das Kondensationswasser ausgekreist. Anschließend erhöht man die Reaktionstemp.-ratur auf 160 bis 1700C und kondensiert 2 Stunden. Example 2 A 20% solution of 35.8 parts (0.1 mol) of 3,3 ', 4,4'-diphenylsulfonetetracarboxylic acid dianhydride, 40 parts (0.1 mole) 4,4'-di (p-aminophenoxy) diphenyl sulfide, 244 parts N-methylpyrrolidone and 60 parts of a toluene / xylene mixture (weight ratio 1: 1) is added with stirring heated in an inert gas atmosphere to 120 ° C and at this temperature the condensation water circled. The reaction temperature is then increased to 160 to 1700C and condensed for 2 hours.
Die erhaltene Polymerlösung ist bei Raumtemperatur über 6 Monate stabil.The polymer solution obtained is stable for 6 months at room temperature.
40/u dicke Überzüge auf Aluminium- und Stahlblechen, die durch Abdampfen des Lösungemittelgemisches erhalten werden, sind elastisch und kratzunempfindlich. In Luft sind die Überzüge bei 3000C nach 100 Stunden noch flexibel, da sich die Produkte nur sehr langsam zersetzen.40 / u thick coatings on aluminum and steel sheets, which are produced by evaporation of the solvent mixture obtained are elastic and insensitive to scratches. In air, the coatings are still flexible after 100 hours at 3000C, since the Only decompose products very slowly.
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