JP2003176354A - 透明な耐熱性ポリイミドフイルム - Google Patents

透明な耐熱性ポリイミドフイルム

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JP2003176354A
JP2003176354A JP2001377326A JP2001377326A JP2003176354A JP 2003176354 A JP2003176354 A JP 2003176354A JP 2001377326 A JP2001377326 A JP 2001377326A JP 2001377326 A JP2001377326 A JP 2001377326A JP 2003176354 A JP2003176354 A JP 2003176354A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 着色が少なく透明で耐熱性のあるポリイミド
フイルムの提供。 【解決手段】 3,3′,4,4′−オキシジフタル酸
二無水物式1と脂肪族ジアミンから合成されたポリイミ
ドからなるポリイミドフィルム。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学分野に使用す
ることができる、着色が少ない透明耐熱ポリイミドフイ
ルムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、ポリイミドは、その高い耐熱性と
耐薬品性、機械的特性から多くの分野で応用されてい
る。特に、電気的特性に優れるため、電気・電子部品に
は多用されている。しかし、ポリイミドは、その分子構
造上着色する傾向があり光学分野では殆ど利用されてい
ないのが現状である。
【0003】この問題を解決するために様々な検討がさ
れており、例えば、ポリイミド骨格中に芳香族環を全く
含まない全脂肪族ポリイミド、所定の芳香族構造である
酸無水物と脂肪族ジアミンから合成した半脂肪族ポリイ
ミド、フッ素変性ポリイミド等が、透明性ポリイミドと
して、「躍進するポリイミドの最新動向II」p106〜
108、住べテクノリサーチ株式会社)に詳細に記載さ
れている。しかし、これらに記載されているポリイミド
は、透明性は有るが、膜としての機械的・熱的性質が弱
かったり、原料が工業的に生産することが困難であった
り、或いは原料が工業的に製造されていても非常に高価
である等、満足の出来るものは得られていない。更に
は、特許第2585552号公報や特許第256737
5号公報にも、無色透明ポリイミドが記載されている
が、光学分野で重要である400nmでの光線透過率は十
分ではない。
【0004】また、特定の芳香族構造の酸無水物と脂肪
族ジアミンから合成される半脂肪族ポリイミドは、古く
は米国特許第3759913号明細書や「POLYME
RVolume 35 Number 22,pp4895,1994」等に記載の例が
見られるが、これらは何れもポリイミド粉体あるいはポ
リイミドを射出成形した事例に関するものであり、フイ
ルムとしての評価、特に分子構造と光線透過率、耐熱性
に関する検討は今までなされてはいなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題を
解決するために為されたものであり、光線透過率が高く
着色が少ない透明で耐熱性の有るポリイミドフイルムを
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明(1)は、式
(1):
【0007】
【化2】
【0008】で示される3,3′,4,4′−オキシジ
フタル酸二無水物を主成分とするテトラカルボン酸無水
物と、式(2): H2N−R−NH2 (2) (式中、Rは、炭素数4〜12の直鎖状又は分岐状脂肪
族炭化水素残基である)で示されるジアミンを主成分と
するジアミンとを反応させて得られるポリイミド{ここ
で、式(1)で示される3,3′,4,4′−オキシジ
フタル酸二無水物は、当該ポリイミドの酸無水物成分の
80重量%以上であり、式(2)で示されるジアミン
は、当該ポリイミドのジアミン成分の80重量%であ
る}からなるポリイミドフイルムである。
【0009】また、本発明(2)は、該ポリイミドが、
40μm厚みのフイルムにして測定した場合、色差b値
が20以下であり、400nmでの光線透過率が70%以
上であり、500nmでの光線透過率が80%以上であ
る、前記発明(1)のポリイミドフィルムである。
【0010】更に、本発明(3)は、該ポリイミドのガ
ラス転移温度(Tg)が120℃以上であり、該ポリイ
ミドの熱分解温度(Td5%)が450℃以上である、前
記発明(1)又は(2)のポリイミドフイルムである。
【0011】
【発明の実施の形態】まず、本発明に係るポリイミドフ
ィルムの一原料である、テトラカルボン酸無水物に関し
て説明する。テトラカルボン酸無水物の主成分は、式
(1)で示される3,3′,4,4′−オキシジフタル
酸二無水物であり、この無水物は、既知方法により製造
可能であり、また、市販品も入手可能である(商品名O
DPA−M、マナック株式会社製)。なお、ここでいう
「主成分」とは、原料として用いる全テトラカルボン酸
無水物中に、3,3′,4,4′−オキシジフタル酸二
無水物を80重量%以上含有することを意味する。ま
た、着色が少なく、透明性を損なわない範囲で、且つ、
溶媒溶解性や耐熱性等を付与する目的で、他のテトラカ
ルボン酸無水物、例えば、ピロメリット酸二無水物、
3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無
水物、2,3,3′,4−ビフェニルテトラカルボン酸
二無水物、3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラ
カルボン酸二無水物、2,2′,3,3′−ベンゾフェ
ノンテトラカルボン酸二無水物、3,3′,4,4′−
ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2
−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオ
ロプロパン二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボ
キシフェニル)プロパン二無水物、1,2,4,5−シ
クロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,
4−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物等の一種
又は二種以上と組み合わせて用いてもよい。
【0012】次に、本発明に係るポリイミドフィルムの
一原料であるジアミンに関して説明する。ジアミンの主
成分は、式(2)で示される直鎖状又は分岐状の脂肪族
ジアミンであり、例えば、1,4−ジアミノブタン、
2,3−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、
1,3−ジアミノペンタン、2,3−ジアミノペンタ
ン、2,4−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキ
サン、2,5−ジアミノヘキサン、2−メチル−1,5
−ペンタンジアミン、1,7−ジアミノヘプタン、1,
8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,
10−ジアミノデカン、1,11−ジアミノウンデカ
ン、1,12−ジアミノドデカン等が挙げられる。これ
らのジアミンは、単独でも二種類以上混合して用いても
よい。また、これらジアミンは、既知方法により製造可
能であり、また、市販品も入手可能である。なお、ここ
でいう「主成分」とは、原料として用いる全ジアミン中
に、式(2)で示されるジアミンを80重量%以上含有
することを意味する。また、着色が少なく、透明性を損
なわない範囲で、且つ、溶媒溶解性や耐熱性等を付与す
る目的で、他のジアミン(芳香族ジアミン)、例えば、
3,3′−ジアミノベンジジン、3,3′−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、3,3−ジアミノジフェニルスルホン、4,4−
ジアミノジフェニルスルホン、3,3−ジアミノジフェ
ニルメタン、4,4−ジアミノジフェニルメタン、4,
4−ジアミノベンゾフェノン、2,2−ビス(3−アミ
ノフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノフェ
ニル)プロパン、2,2−ビス〔4−(3−アミノフェ
ノキシ)フェニル〕−1,1,1,3,3,3−ヘキサ
フルオロプロパン等の一種又は二種類以上と組み合わせ
て用いてもよい。
【0013】次に、前記テトラカルボン酸無水物と前記
ジアミンとを重合してポリイミドを製造する方法に関し
て説明する。当該方法は周知であるので簡単に説明する
と、通常、前記ポリイミドは、前記テトラカルボン酸二
無水物と前記ジアミンのモル比を、好適には0.90〜
1.10の範囲で、より好適には0.95〜1.05の
範囲で反応させ、得られたポリイミドの前駆体であるポ
リアミド酸を、更にイミド化することにより製造され
る。なお、ジアミン過剰の場合には、フタル酸無水物を
添加し、末端ジアミンを封止することにより、加熱時の
着色、熱劣化を防止することができる。
【0014】上記ポリアミド酸の他の一般的な合成条件
としては、反応溶媒に有機極性溶媒を使用する。具体的
には、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチル
アセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等が挙げ
られる。溶質濃度は、10〜30%の範囲内、通常は1
5〜25%に調整される。反応温度は、−30〜70℃
の範囲内、通常は50℃以下である。反応時間は、ポリ
アミド酸の粘度が一定になった時点を反応終点とする。
酸無水物とジアミンの種類にもよるが、通常3〜15時
間で終了する。
【0015】ポリイミドフイルムは、上記ポリイミド前
駆体であるポリアミド酸を取り出し、シリコン、ガラ
ス、ステンレス等の基盤上に塗布し、100〜160℃
で溶媒を乾燥除去し、更に200℃以上で脱水環化して
得ることができる。
【0016】このようにして得られるポリイミドは、着
色が少ないことが特徴であり、40μm厚みのフイルム
にして測定したとき、好適には色差b値が20以下であ
り、より好適には10以下である。
【0017】更に、前記ポリイミドの透明性に関して
は、40μm厚みのフイルムにして測定したとき、好適
には、400nmでの光透過率が70%以上、500nmで
の光透過率が80%以上であり、より好適には、400
nmで光透過率が80%以上、500nmでの光透過率が8
5以上である。
【0018】更に、前記ポリイミドの耐熱性に関して
は、好適には、ガラス転移温度(Tg)が100℃以
上、熱分解温度(Td5%)が450℃以上であり、より
好適には、ガラス転移温度が120℃以上、熱分解温度
が470℃以上である。
【0019】また、実施例に示す当該ポリイミドの化学
構造は、以下の式(3):
【0020】
【化3】
【0021】(Rは、炭素数4〜12の直鎖状又は分岐
状の脂肪族炭化水素残基を表す)で示される化学構造を
有すると理解される。
【0022】
【実施例】以下、実施例により、更に具体的に、本発明
の無色透明ポリイミドフイルム及び製造方法を述べる
が、本発明は、これらの実施例に限定されるものではな
い。また、粘度は、日本薬局法に基づく粘度測定法にお
ける回転粘度計(B型粘度計:東京計器社製)で測定
し、赤外線スペクトルは、島津製作所社製のFT−IR
8000で測定した。TGAによる5%熱分解温度は、
島津製作所社製のTGA−50で測定した。DSCによ
るガラス転移温度Tgは、島津製作所社製のDSC−5
0で測定した。更にフイルムの透明度を測定する際に
は、島津製作所社製のUV−2200Aで透過率を、ミ
ノルタ社製の色彩色差計CR−300で色差b値を測定
した。
【0023】実施例1 ヘキサメチレンジアミン4.648g(0.04モル)
を窒素雰囲気下にてN−メチルピロリドン80gに溶解
した。次に、3,3′,4,4′−オキシジフタル酸二
無水物12.409g(0.04モル)を、発熱による
温度上昇を抑制しながら徐々に添加した。添加後、室温
で更に6時間攪拌しながら反応させ、ポリイミド前駆体
であるポリアミド酸を得た。このポリアミド酸の粘度を
測定したところ、3200mPa・sであった。得られたポ
リアミド酸をガラス基盤上に塗布して薄膜を形成し、こ
れを熱風乾燥機中120℃で15分更に200℃で15
分加熱して、厚み40±5μmのポリイミドフイルムを
得た。このフイルムの赤外線吸収スペクトルを測定した
ところ、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸の吸収は
見られず、178cm-1付近にイミド基の特性吸収が見ら
れた。上記で得られたポリイミドフイルムについて、4
00nm、500nmでの透過率及び色差計によるb値、並
びにDSC、TGAにて熱的性質を測定した。その結果
を表1に示す。
【0024】実施例2及び実施例3 実施例1のヘキサメチレンジアミンの代わりに、テトラ
メチレンジアミン、ノナメチレンジアミンを用い、実施
例1と同様の方法でポリイミドフイルムを得た。その結
果を表1に示す。
【0025】比較例1 厚さ15μmのカプトン(デュポン社製)フイルムを用
いて実施例1と同様にその透過率を測定したところ、4
00nmでの透過率は0%、500nmでの透過率は65%
であった。
【0026】
【表1】
【0027】
【発明の効果】本発明によるポリイミドフイルムは、耐
熱性が高く尚且つ着色が少なく光線透過率が極めて高
い。したがって、本発明によるポリイミドフィルムは、
その特性を生かして光学材料など様々な分野に応用が可
能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4F071 AA60 AF30Y AF45Y AH19 BB12 BC01 4J043 PA02 QB26 RA39 SA06 SB01 TA01 TA22 TB01 UA132 UB122 VA022 VA062 WA07 XA16 XA27 YA06 ZA12 ZA52 ZB21

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 式(1): 【化1】 で示される3,3′,4,4′−オキシジフタル酸二無
    水物を主成分とするテトラカルボン酸無水物と、式
    (2): H2N−R−NH2 (2) (式中、Rは、炭素数4〜12の直鎖状又は分岐状脂肪
    族炭化水素残基である)で示されるジアミンを主成分と
    するジアミンとを反応させて得られるポリイミド{ここ
    で、式(1)で示される3,3′,4,4′−オキシジ
    フタル酸二無水物は、当該ポリイミドの酸無水物成分の
    80重量%以上であり、式(2)で示されるジアミン
    は、当該ポリイミドのジアミン成分の80重量%であ
    る}からなるポリイミドフイルム。
  2. 【請求項2】 該ポリイミドが、40μm厚みのフイル
    ムにして測定した場合、色差b値が20以下であり、4
    00nmでの光線透過率が70%以上であり、500nmで
    の光線透過率が80%以上である、請求項1記載のポリ
    イミドフイルム。
  3. 【請求項3】 該ポリイミドのガラス転移温度(Tg)
    が120℃以上であり、該ポリイミドの熱分解温度(T
    5%)が450℃以上である、請求項1又は2記載のポ
    リイミドフイルム。
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