JP2011016969A - Liquid polyimide composition and polyimide film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液状ポリイミド組成物に関する。更に詳しくは、溶媒可溶性ポリイミドと有機溶媒を必須成分として含有する液状ポリイミド組成物に関する。 The present invention relates to a liquid polyimide composition. More specifically, the present invention relates to a liquid polyimide composition containing a solvent-soluble polyimide and an organic solvent as essential components.
ポリイミドは高ガラス転移温度に起因する高い耐熱性に加え、優れた機械的・電気的・化学的特性を併せ持つことから、電気・電子材料分野において各種基材の保護、絶縁及び接着等の用途に用いられており、フレキシブルプリント配線回路用基板、テープオートメーションボンディング用基材、半導体素子の保護膜及び集積回路の層間絶縁膜等として不可欠な材料となっている。 In addition to high heat resistance due to high glass transition temperature, polyimide has excellent mechanical, electrical, and chemical properties, so it can be used for protection of various substrates, insulation, and adhesion in the field of electrical and electronic materials. It is used as an indispensable material as a substrate for flexible printed wiring circuits, a substrate for tape automation bonding, a protective film for semiconductor elements, an interlayer insulating film for integrated circuits, and the like.
多くのポリイミド樹脂は不溶不融であるため、ポリイミド膜の作製には、通常、ポリイミド前駆体であるポリアミック酸のアミド系溶媒溶液を基質上に塗布し、続いて熱イミド化を行う二段法が用いられる。この熱イミド化工程では、脱水閉環反応(イミド化)と脱溶及び生成水の除去のために300℃以上での高温加熱が必要であるため、素子の損傷や熱応力による膜の剥離や変形、信頼性低下等が指摘されている。また、ポリアミック酸溶液は、主溶媒であるアミド系極性溶媒の吸湿によってポリアミック酸の加水分解が加速されるため、冷蔵保存を必要とする等保存安定性に大きな問題がある。 Since many polyimide resins are insoluble and infusible, the polyimide film is usually prepared by applying a polyamic acid amide solvent solution, which is a polyimide precursor, onto the substrate, followed by thermal imidization. Is used. In this thermal imidization process, high-temperature heating at 300 ° C. or higher is required for dehydration ring-closing reaction (imidization), de-solubilization, and removal of generated water. It has been pointed out that the reliability has decreased. In addition, the polyamic acid solution has a significant problem in storage stability, such as requiring refrigerated storage, because hydrolysis of the polyamic acid is accelerated by moisture absorption of the amide polar solvent as the main solvent.
上記の問題から、ポリアミック酸に代わる液状ポリイミド材料として、溶媒可溶性ポリイミドの使用が提案されている。溶媒可溶性ポリイミドは、イミド化された状態で溶媒に可溶であるため、保存安定性に優れた液状ポリイミド材料を提供できる。また、使用時には、塗布後のイミド化反応が不要であるため、250℃以下の低温プロセスでポリイミド膜を作製することができる。 From the above problems, the use of a solvent-soluble polyimide has been proposed as a liquid polyimide material that replaces polyamic acid. Since the solvent-soluble polyimide is soluble in a solvent in an imidized state, a liquid polyimide material having excellent storage stability can be provided. Moreover, since the imidation reaction after application | coating is unnecessary at the time of use, a polyimide film can be produced with a low temperature process of 250 degrees C or less.
溶媒可溶性ポリイミドとしては、例えば、主鎖上に嵩高い脂環式構造を導入して凝集力を低下させた脂環式ポリイミド(例えば、特許文献1参照)、或いは可溶性ブロックを主鎖中に導入して溶媒との相互作用を増大させたブロック共重合ポリイミド(例えば、特許文献2参照)等が提案されている。
しかしながら、これらの溶媒可溶性ポリイミドは、従来のポリアミック酸の熱イミド化により得られるポリイミドに比べて塗膜の耐熱性や機械特性等が劣るという問題がある。
As the solvent-soluble polyimide, for example, an alicyclic polyimide in which a bulky alicyclic structure is introduced on the main chain to reduce the cohesive force (for example, see Patent Document 1), or a soluble block is introduced into the main chain. Thus, a block copolymerized polyimide (for example, see Patent Document 2) having an increased interaction with a solvent has been proposed.
However, these solvent-soluble polyimides have a problem that the heat resistance and mechanical properties of the coating film are inferior to those of polyimides obtained by thermal imidization of conventional polyamic acids.
本発明は、250℃以下の低温プロセスで耐熱性に優れたポリイミド膜の作製が可能な液状ポリイミド組成物を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the liquid polyimide composition which can produce the polyimide film excellent in heat resistance by the low temperature process of 250 degrees C or less.
本発明者は、上記の目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、本発明に到達した。即ち、本発明は、一般式(1)で示される置換基を有するポリイミド及び有機溶媒を含有する液状ポリイミド組成物、及び該液状ポリイミド組成物を塗布後、加熱処理して得られるポリイミド膜である。
本発明の液状ポリイミド組成物を用いることにより、耐熱性に優れたポリイミド膜を容易に形成することが可能となる。 By using the liquid polyimide composition of the present invention, a polyimide film having excellent heat resistance can be easily formed.
本発明の液状ポリイミド組成物は、一般式(1)で示される置換基を有するポリイミド及び有機溶媒を必須成分とする。一般式(1)で示される置換基は、嵩高いエステル構造を有するためポリイミドを溶媒に可溶とし、また、塗膜の加熱処理工程においてエステル結合が解離することにより、塗膜に優れた耐熱性を付与することができる。 The liquid polyimide composition of the present invention comprises a polyimide having a substituent represented by the general formula (1) and an organic solvent as essential components. Since the substituent represented by the general formula (1) has a bulky ester structure, the polyimide is soluble in a solvent, and the ester bond is dissociated in the heat treatment step of the coating film. Sex can be imparted.
一般式(1)中、R1は水素原子又はメチル基である。R1が炭素数2以上の炭化水素基であると、塗膜の耐溶媒性が不十分となる場合がある。R2及びR3はそれぞれ独立に炭素数1〜6のアルキルであり、溶媒溶解性の観点から、炭素数2〜6のアルキル基であることが好ましい。炭素数が7以上のアルキル基であると、合成が困難になる場合がある。また、不飽和炭化水素基であると、溶媒溶解性が不十分となる場合がある。 In general formula (1), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group. When R 1 is a hydrocarbon group having 2 or more carbon atoms, the solvent resistance of the coating film may be insufficient. R 2 and R 3 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and preferably an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms from the viewpoint of solvent solubility. If the alkyl group has 7 or more carbon atoms, synthesis may be difficult. Moreover, solvent solubility may become inadequate when it is an unsaturated hydrocarbon group.
本発明におけるポリイミドは、例えば、一般式(1)で示される置換基を有するジアミンとテトラカルボン酸二無水物を反応させることにより得ることができる。尚、ジアミン成分として一般式(1)で示される置換基を有しないジアミンを併用することができる。 The polyimide in the present invention can be obtained, for example, by reacting a diamine having a substituent represented by the general formula (1) with tetracarboxylic dianhydride. In addition, the diamine which does not have a substituent shown by General formula (1) can be used together as a diamine component.
一般式(1)で示される置換基を有しないジアミンとしては、炭素数6〜20の芳香族ジアミン(m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル、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エーテル、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及び4,4’−ジアミノジフェニルスルホン等)及び炭素数6〜20の脂環式ジアミン(1,4−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルエーテル、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン及び2,5−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン等)が挙げられる。これらのジアミンは、単独で使用しても2種類以上を併用してもよい。 Examples of the diamine having no substituent represented by the general formula (1) include aromatic diamines having 6 to 20 carbon atoms (m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 4,4′-diaminobiphenyl, 2,2′- Dimethyl-4,4′-diaminobiphenyl, 2,2′-bis (trifluoromethyl) -4,4′-diaminobiphenyl, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 3,3′-diaminodiphenyl ether, 4,4 ′ -Diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminobenzophenone, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, etc.) and alicyclic diamines having 6 to 20 carbon atoms (1,4-diaminocyclohexane, isophorone diamine, 4,4'-diamino) Dicyclohexyl ether, 4,4′-diaminodicyclohexylmethane and 2,5-bis (amino Methyl) bicyclo [2.2.1] heptane and the like). These diamines may be used alone or in combination of two or more.
一般式(1)で示される置換基を有しないジアミンの内、耐熱性の観点から、炭素数6〜20の芳香族ジアミンが好ましく、更に好ましいのは、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノビフェニル及び4,4’−ジアミノジフェニルエーテルである。 Among the diamines having no substituent represented by the general formula (1), aromatic diamines having 6 to 20 carbon atoms are preferable from the viewpoint of heat resistance, and more preferable are p-phenylenediamine and 4,4′-. Diaminobiphenyl and 4,4′-diaminodiphenyl ether.
一般式(1)で示される置換基を有するジアミンとしては、前記一般式(1)で示される置換基を有しない炭素数6〜20のジアミンに一般式(1)で示される置換基を導入した炭素数12〜60のジアミン等が挙げられる。 As the diamine having the substituent represented by the general formula (1), the substituent represented by the general formula (1) is introduced into the diamine having 6 to 20 carbon atoms not having the substituent represented by the general formula (1). Examples thereof include diamines having 12 to 60 carbon atoms.
ジアミンに一般式(1)で示される置換基を導入する方法は、特に限定されず、ジアミンの構造に適した有機合成法を適宜選択することができる。例えば、ジアミンが芳香族ジアミンの場合、ジニトロ安息香酸誘導体のカルボキシル基を官能基変換により修飾して一般式(1)で示される置換基に変換した後にニトロ基を還元する方法、芳香族ジニトロ化合物に求電子置換型の反応によりアシル基又はホルミル基を導入した後、官能基変換により一般式(1)で示される置換基に変換した後にニトロ基を還元する方法等が挙げられる。 The method for introducing the substituent represented by the general formula (1) into the diamine is not particularly limited, and an organic synthesis method suitable for the structure of the diamine can be appropriately selected. For example, when the diamine is an aromatic diamine, a method of reducing the nitro group after modifying the carboxyl group of the dinitrobenzoic acid derivative by functional group conversion to convert to a substituent represented by the general formula (1), aromatic dinitro compound And a method of reducing the nitro group after introducing an acyl group or formyl group into the substituent represented by the general formula (1) by functional group conversion.
一般式(1)で示される置換基を有するジアミンの中でも、溶媒溶解性と耐熱性の観点から、一般式(2)で示されるジアミンが好ましい。 Among the diamines having a substituent represented by the general formula (1), the diamine represented by the general formula (2) is preferable from the viewpoint of solvent solubility and heat resistance.
一般式(2)におけるR1は水素又はメチル基である。R1が炭素数2以上の炭化水素基であると、塗膜の耐溶媒性が不十分となる場合がある。R2及びR3はそれぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基であり、溶媒溶解性の観点から、炭素数2〜6のアルキル基であることが好ましい。炭素数が7以上のアルキル基であると、合成が困難になる場合がある。また、不飽和炭化水素基であると、溶媒溶解性が不十分となる場合がある。
一般式(1)で示される置換基を有するジアミンは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
R 1 in the general formula (2) is hydrogen or a methyl group. When R 1 is a hydrocarbon group having 2 or more carbon atoms, the solvent resistance of the coating film may be insufficient. R 2 and R 3 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and preferably an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms from the viewpoint of solvent solubility. If the alkyl group has 7 or more carbon atoms, synthesis may be difficult. Moreover, solvent solubility may become inadequate when it is an unsaturated hydrocarbon group.
The diamine having a substituent represented by the general formula (1) may be used alone or in combination of two or more.
一般式(1)で示される置換基の含有量は、溶解性を十分なものとし、かつポリイミド膜に十分な強度を与える観点からはポリイミドの重量に対して20〜70重量%であることが好ましく、更に好ましくは30〜70重量%である。 The content of the substituent represented by the general formula (1) is 20 to 70% by weight based on the weight of the polyimide from the viewpoint of sufficient solubility and sufficient strength for the polyimide film. Preferably, it is 30 to 70% by weight.
テトラカルボン酸二無水物としては、通常のポリイミド合成に用いられるものを用いることができ、具体例としては、炭素数10〜20の芳香族テトラカルボン酸二無水物(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、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、4,4’−ヘキサフルオロイソプロピリデンジフタル酸無水物及び3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物等)及び炭素数8〜20の脂環式テトラカルボン酸二無水物(1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物及び3',4,4'‐ビシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物等)等が挙げられる。これらのテトラカルボン酸二無水物は、単独で使用してもよいし、2種類以上を併用してもよい。 As tetracarboxylic dianhydride, what is used for normal polyimide synthesis can be used, and as a specific example, C10-20 aromatic tetracarboxylic dianhydride (pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-diphenyl ether tetracarboxylic acid Dianhydrides, 4,4′-hexafluoroisopropylidenediphthalic anhydride and 3,3 ′, 4,4′-diphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride) and alicyclic tetras having 8 to 20 carbon atoms Carboxylic dianhydrides (1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,4,5-cyclohexyltetracarboxylic dianhydride and 3 ′, 4,4′-bisic Rohexyltetracarboxylic dianhydride and the like). These tetracarboxylic dianhydrides may be used alone or in combination of two or more.
テトラカルボン酸二無水物の内、耐熱性の観点から、炭素数10〜20の芳香族テトラカルボン酸二無水物が好ましく、更に好ましいのは、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及び3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物である。 Among tetracarboxylic dianhydrides, aromatic tetracarboxylic dianhydrides having 10 to 20 carbon atoms are preferable from the viewpoint of heat resistance, and more preferable are pyromellitic dianhydrides, 3,3 ′, 4. , 4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride and 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride.
本発明における有機溶媒としては、アミド系溶媒(N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド及びN−メチルピロリドン等)、ラクトン系溶媒(γ−ブチルラクトン及びγ−バレロラクトン等)、ケトン系溶媒(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン及びシクロヘキサノン等)、エステル系溶媒(酢酸エチル、酢酸ブチル及び酢酸アミル等)、塩素系溶媒(トリクロロエタン及びジクロロエチレン等)及びエーテル系溶媒テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル及びジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等)等が挙げられる。
また、本発明の液状ポリイミド組成物から塗膜やフィルム状のポリイミド成形体を得る際、乾燥工程を効率よく行う目的で、前記溶媒の一部を高揮発性溶媒に代えることができる。高揮発性溶媒としては、トルエン及びキシレン等の芳香族炭化水素や、シクロヘキサン及びメチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素が挙げられる。これらの高揮発性溶媒を使用する場合、その使用量は、ポリイミドを溶解可能な範囲で適宜選択される。
これらの溶媒の内、溶解性及び粘度安定性の観点から、炭素数3〜10のアミド系溶媒、炭素数3〜10のラクトン系溶媒及び炭素数3〜10のエーテル系溶媒が好ましい。
有機溶媒は、単独で使用してもよいし2種以上を併用してもよい。
Examples of the organic solvent in the present invention include amide solvents (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, etc.), lactone solvents (γ-butyllactone, γ-valerolactone, etc.), ketones. Solvents (acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, etc.), ester solvents (ethyl acetate, butyl acetate, amyl acetate, etc.), chlorinated solvents (trichloroethane, dichloroethylene, etc.) and ether solvents tetrahydrofuran, 1,4-dioxane 1,3-dioxolane, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether acetate, etc.).
Moreover, when obtaining a coating film or a film-form polyimide molded object from the liquid polyimide composition of this invention, a part of said solvent can be replaced with a highly volatile solvent in order to perform a drying process efficiently. Examples of the highly volatile solvent include aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, and alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane and methylcyclohexane. When using these highly volatile solvents, the amount used is appropriately selected within a range in which polyimide can be dissolved.
Among these solvents, an amide solvent having 3 to 10 carbon atoms, a lactone solvent having 3 to 10 carbon atoms, and an ether solvent having 3 to 10 carbon atoms are preferable from the viewpoint of solubility and viscosity stability.
An organic solvent may be used independently and may use 2 or more types together.
ポリイミドの製造方法としては、公知の方法を用いることができる。イミド化の方法としては、例えば、(i)高温加熱下、生成水を系外に除去しながらイミド化させる方法、(ii)溶媒中でイミド化促進剤を用いて比較的低温でイミド化させる方法等が挙げられる。 As a method for producing polyimide, a known method can be used. As the imidization method, for example, (i) a method of imidation while removing generated water out of the system under high temperature heating, and (ii) imidization at a relatively low temperature using an imidization accelerator in a solvent. Methods and the like.
上記ポリイミドの製造方法の内、一般式(1)で示される置換基の熱安定性の観点から、製造方法(ii)が好ましい。製造方法(ii)の好ましい形態としては、例えば、ポリイミド前駆体であるポリアミック酸製造後、イミド化促進剤としてピリジンと無水酢酸を加え、40〜120℃の温度でイミド化する方法等が挙げられる。 Of the above polyimide production methods, production method (ii) is preferred from the viewpoint of the thermal stability of the substituent represented by formula (1). As a preferable form of the production method (ii), for example, after the production of polyamic acid which is a polyimide precursor, pyridine and acetic anhydride are added as imidization accelerators, and imidization is performed at a temperature of 40 to 120 ° C. .
ジアミンとテトラカルボン酸二無水物の仕込みモル比は、所望するポリイミドの分子量、に応じて適宜選択することができる。ジアミンとテトラカルボン酸無水物は、1:0.85〜0.85:1の仕込みモル比で反応させることが好ましく、更に好ましくは1:0.90〜0.90:1、特に好ましくは、1:0.95〜0.95〜1である。上記仕込みモル比の範囲を超えてどちらかを過剰に用いると、得られるポリイミドの分子量が低くなり、成膜性や膜の機械強度が不十分となる場合がある。
また、ジアミン中の一般式(1)で示される置換基を有するジアミンの量を適宜調整することで、ポリイミド中の一般式(1)で示される置換基の含有量を調整することができる。
The charging molar ratio of diamine and tetracarboxylic dianhydride can be appropriately selected according to the molecular weight of the desired polyimide. The diamine and the tetracarboxylic acid anhydride are preferably reacted at a charge molar ratio of 1: 0.85 to 0.85: 1, more preferably 1: 0.90 to 0.90: 1, particularly preferably 1: 0.95-0.95-1. If either one is used in excess of the charged molar ratio, the molecular weight of the resulting polyimide will be low, and the film formability and the mechanical strength of the film may be insufficient.
Moreover, content of the substituent shown by General formula (1) in a polyimide can be adjusted by adjusting suitably the quantity of the diamine which has a substituent shown by General formula (1) in diamine.
反応に使用する溶媒としては、上述の有機溶媒が挙げられ、その使用量は、生成するポリイミドを溶解できる量であればよいが、生成するポリイミドの成膜性及び機械強度を十分なものとし、かつ反応中のゲル化を抑える観点からは、ジアミンとテトラカルボン酸二無水物の総量の重量濃度が5〜50重量%、更に好ましくは10〜40重量%となるように調整することが好ましい。 Examples of the solvent used for the reaction include the organic solvents described above, and the amount used thereof may be an amount that can dissolve the generated polyimide, but the film forming property and mechanical strength of the generated polyimide are sufficient, And from the viewpoint of suppressing gelation during the reaction, it is preferable to adjust so that the weight concentration of the total amount of diamine and tetracarboxylic dianhydride is 5 to 50% by weight, more preferably 10 to 40% by weight.
イミド化促進剤としては、特に制限はなく、一般に用いられている化合物、例えば、塩基性物質と脱水縮合剤の併用が挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular as an imidation promoter, The compound used normally, for example, combined use of a basic substance and a dehydration condensing agent, is mentioned.
塩基性物質としては、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、トリエチルアミン及びトリブチルアミン等のアミン類並びに炭酸カリウム及び水酸化ナトリウム等の無機塩基を使用することができる。中でもピリジンは、安価に入手できる点や、溶解性に優れる点で好ましく用いられる。塩基性物質の使用量は、ポリイミド前駆体に含まれるアミック酸基のモル数に対して通常下限が1.0倍、好ましくは2.0倍である。上限は特に制限はないが、通常は50モル倍、好ましくは30モル倍である。塩基性物質が少なすぎると反応の進行が遅くなり、多すぎると除去が困難になる。 As the basic substance, amines such as pyridine, 4-dimethylaminopyridine, triethylamine and tributylamine, and inorganic bases such as potassium carbonate and sodium hydroxide can be used. Of these, pyridine is preferably used because it can be obtained at a low cost and has excellent solubility. As for the usage-amount of a basic substance, a minimum is 1.0 time normally with respect to the number of moles of the amic acid group contained in a polyimide precursor, Preferably it is 2.0 times. The upper limit is not particularly limited, but is usually 50 mole times, preferably 30 mole times. If there is too little basic substance, the progress of the reaction will be slow, and if it is too much, it will be difficult to remove.
脱水縮合剤としては、無水酢酸及び無水プロピオン酸等の酸無水物並びにN,N−ジシクロへキシルカルボジイミド等が挙げられる。その使用量は、ポリイミド前駆体に含まれるアミック酸基のモル数に対して通常下限が1.0倍、好ましくは2.0倍である。上限は特に制限はないが、通常は50モル倍、好ましくは30モル倍である。脱水縮合剤が少なすぎると反応の進行が遅くなり、多すぎると除去が困難になる。 Examples of the dehydrating condensing agent include acid anhydrides such as acetic anhydride and propionic anhydride, N, N-dicyclohexylcarbodiimide, and the like. The lower limit of the amount used is usually 1.0 times, preferably 2.0 times the number of moles of amic acid groups contained in the polyimide precursor. The upper limit is not particularly limited, but is usually 50 mole times, preferably 30 mole times. If the amount of the dehydrating condensing agent is too small, the progress of the reaction is slow, and if it is too large, the removal becomes difficult.
反応温度は、用いる原料の種類や濃度等にもよるが、通常、下限が−20℃、好ましくは0℃である。反応温度が低すぎると、反応速度が低下したり重合物が析出する場合がある。反応温度の上限は、一般式(1)で示される置換基の熱安定性の観点から、通常150℃、好ましくは120℃である。 Although the reaction temperature depends on the type and concentration of the raw material used, the lower limit is usually −20 ° C., preferably 0 ° C. If the reaction temperature is too low, the reaction rate may decrease or the polymer may precipitate. The upper limit of the reaction temperature is usually 150 ° C., preferably 120 ° C., from the viewpoint of the thermal stability of the substituent represented by the general formula (1).
反応時間は、反応温度にもよるが、0.5〜24時間が好ましい。 Although reaction time is based also on reaction temperature, 0.5 to 24 hours are preferable.
本発明におけるポリイミドの数平均分子量は、通常5000〜50000、好ましくは7000〜30000である。数平均分子量が5000未満の場合、成膜性や膜の機械強度が不十分となり、50000を超えると粘度上昇のために塗布性が悪化する。
また、多分散度(重量平均分子量を数平均分子量で割った値)は通常10以下、好ましくは5以下である。多分散度が大きすぎると、低分子量成分の割合が大きくなり、成膜性や膜の機械強度が不十分となる場合がある。
数平均分子量は、上記のようにジアミンとテトラカルボン酸二無水物の仕込みモル比や濃度、反応時間等の条件を適宜選択することで調整することができる。
本発明における数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリエチレングリコールを標準物質として測定される。
The number average molecular weight of the polyimide in the present invention is usually 5000 to 50000, preferably 7000 to 30000. When the number average molecular weight is less than 5,000, the film formability and the mechanical strength of the film are insufficient, and when it exceeds 50,000, the coatability deteriorates due to an increase in viscosity.
The polydispersity (weight average molecular weight divided by number average molecular weight) is usually 10 or less, preferably 5 or less. If the polydispersity is too large, the proportion of low molecular weight components increases, and film formability and film mechanical strength may be insufficient.
The number average molecular weight can be adjusted by appropriately selecting conditions such as the charged molar ratio and concentration of diamine and tetracarboxylic dianhydride, reaction time, and the like as described above.
The number average molecular weight and weight average molecular weight in the present invention are measured by gel permeation chromatography (GPC) using polyethylene glycol as a standard substance.
本発明の液状ポリイミド組成物は、一般式(1)で示される置換基を有するポリイミドと有機溶媒を必須成分として含有する。有機溶媒の含有量は、ポリイミドの重量濃度が好ましくは5〜50重量%、更に好ましくは10〜40重量%となるように調整されることが推奨される。上記濃度範囲よりも低濃度であると、均一な塗膜の形成が困難似なる場合がある。また、上記濃度範囲より高濃度である場合、ポリイミドが析出する等保存安定性が悪くなる場合がある。 The liquid polyimide composition of the present invention contains a polyimide having a substituent represented by the general formula (1) and an organic solvent as essential components. It is recommended that the content of the organic solvent is adjusted so that the weight concentration of the polyimide is preferably 5 to 50% by weight, more preferably 10 to 40% by weight. If the concentration is lower than the above concentration range, it may be difficult to form a uniform coating film. In addition, when the concentration is higher than the above-described concentration range, the storage stability such as precipitation of polyimide may be deteriorated.
本発明の液状ポリイミド組成物の調製方法としては、特に制限はなく、例えば、(i)上記イミド化反応により得られた重合溶液を本発明の液状ポリイミド組成物としてそのまま使用する方法、(ii)一旦単離したポリイミドを所望の有機溶媒に再溶解させて調製する方法等が挙げられる。 The method for preparing the liquid polyimide composition of the present invention is not particularly limited. For example, (i) a method of directly using the polymerization solution obtained by the imidation reaction as the liquid polyimide composition of the present invention, (ii) Examples include a method of preparing a once-isolated polyimide by re-dissolving in a desired organic solvent.
上記液状ポリイミド組成物の調整方法の内、未反応の原料やイミド化剤等の不純物残留量を少なくできる点で、(ii)の方法が好ましい。ポリイミドの単離方法としては、上記重合溶液をポリイミドの貧溶媒中に加えて再沈殿させ、粉末として単離する方法が好ましい。 Among the methods for preparing the liquid polyimide composition, the method (ii) is preferable in that the amount of residual impurities such as unreacted raw materials and imidizing agents can be reduced. As a method for isolating the polyimide, a method in which the polymerization solution is added to a poor solvent for polyimide and re-precipitated to be isolated as a powder is preferable.
再沈殿に用いられる貧溶媒としては、水、メタノール、2−プロパノール、ヘキサン及びジエチルエーテル等が挙げられる。これらの貧溶媒は単独で使用してもよいし2種以上を併用してもよく、その使用量は、ポリイミドを不溶化可能な範囲で適宜選択される。 Examples of the poor solvent used for reprecipitation include water, methanol, 2-propanol, hexane, and diethyl ether. These poor solvents may be used alone or in combination of two or more, and the amount used is appropriately selected within a range in which the polyimide can be insolubilized.
再沈殿後、ろ過等により溶媒を除去して乾燥することにより、ポリイミド粉末を得た後、再び所望の有機溶媒に溶解させて本発明のポリイミド組成物を得ることができる。 After reprecipitation, the polyimide composition of the present invention can be obtained by removing the solvent by filtration and drying to obtain a polyimide powder and then dissolving it again in a desired organic solvent.
本発明の液状ポリイミド組成物には、発明の効果を損なわない範囲で、酸化防止剤、難燃剤、レベリング剤及び脱泡剤等の、コーティング材料分野で慣用されている他の成分を必要に応じて添加することができる。 In the liquid polyimide composition of the present invention, other components commonly used in the coating material field such as an antioxidant, a flame retardant, a leveling agent, and a defoaming agent are added as necessary as long as the effects of the invention are not impaired. Can be added.
本発明の液状ポリイミド組成物は、基材への塗布工程の後、加熱処理によりポリイミド中の一般式(1)で示される置換基が、エステル基の熱解離により下記一般式(3)又は(4)で示される置換基に変換されることにより、高い耐熱性を有するポリイミド膜を与えることができる。 In the liquid polyimide composition of the present invention, the substituent represented by the general formula (1) in the polyimide is subjected to heat treatment after the coating step on the base material, and the following general formula (3) or ( By being converted into the substituent represented by 4), a polyimide film having high heat resistance can be provided.
一般式(3)及び一般式(4)におけるR1はエステル基の熱解離前の一般式(1)で示される置換基におけるR1と同じものである。 R 1 in the general formulas (3) and (4) is the same as R 1 in the substituent represented by the general formula (1) before thermal dissociation of the ester group.
上記の塗布工程で使用される塗布方法は、特に制限はなく、所望のポリイミド膜の形態に応じて公知の塗布方法を適宜選択して使用できる。具体的には、スピンコート、スプレーコート及びディップコート等の塗布方法、ドロップキャスト法による塗布方法、バーコーター又はドクターブレードナイフコーター等を用いる塗布方法、スクリーン印刷やインクジェット印刷等の印刷技術等が挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular in the application | coating method used at said application | coating process, According to the form of the desired polyimide film, it can select and use a well-known application | coating method suitably. Specific examples include spin coating, spray coating, dip coating and other coating methods, drop cast coating methods, bar coater or doctor blade knife coater coating methods, screen printing, inkjet printing, and other printing techniques. It is done.
液状ポリイミド組成物を塗布する基材としては、次工程の加熱処理温度における耐熱性を有していれば特に限定されない。例えば、ガラス基板、シリコン基板、銅やステンレス等の金属基板、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン等の樹脂基板等が用いられる。 As a base material which apply | coats a liquid polyimide composition, if it has the heat resistance in the heat processing temperature of the following process, it will not specifically limit. For example, a glass substrate, a silicon substrate, a metal substrate such as copper or stainless steel, a resin substrate such as polyimide, polyethylene naphthalate, or polyethersulfone is used.
塗布した液状ポリイミド組成物の加熱処理方法としては、従来公知の方法が使用でき、例えば、熱風乾燥器、加熱減圧乾燥器又はホットプレートによる加熱処理等が適宜使用される。 As a heat treatment method for the applied liquid polyimide composition, a conventionally known method can be used. For example, a heat treatment using a hot air drier, a heat reduced pressure drier or a hot plate is appropriately used.
加熱処理の温度としては、ポリイミド中の一般式(1)で示される置換基が、エステル基の解離により一般式(3)又は一般式(4)で示される置換基に変換されうる温度であれば問題ないが、好ましくは120〜250℃、更に好ましくは、150〜200℃である。上記温度範囲よりも低い温度の場合、ポリイミド中の一般式(1)で示される置換基の、一般式(3)又は一般式(4)で示される置換基への変換率(以下、エステル基の解離率と表記する)が低くなり、ポリイミド膜の耐熱性が十分でなくなる傾向にある。また、上記温度範囲よりも高い温度の場合、ポリイミド膜の反りや変形が起こりやすくなる傾向がある。 The temperature of the heat treatment may be a temperature at which the substituent represented by the general formula (1) in the polyimide can be converted to the substituent represented by the general formula (3) or the general formula (4) by dissociation of the ester group. However, the temperature is preferably 120 to 250 ° C, more preferably 150 to 200 ° C. When the temperature is lower than the above temperature range, the conversion rate of the substituent represented by the general formula (1) in the polyimide into the substituent represented by the general formula (3) or the general formula (4) (hereinafter referred to as an ester group) The dissociation rate is reduced), and the heat resistance of the polyimide film tends to be insufficient. Further, when the temperature is higher than the above temperature range, the polyimide film tends to be warped or deformed.
上記エステル基の解離率は、ポリイミドの凝集力及びポリイミド膜の耐熱性の観点から、好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上である。
上記エステル基の解離率は、加熱処理前後の赤外分光スペクトル測定での、エステル基由来のピーク強度から求めることができる。
The dissociation rate of the ester group is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, from the viewpoint of the cohesive strength of the polyimide and the heat resistance of the polyimide film.
The dissociation rate of the ester group can be determined from the peak intensity derived from the ester group in the infrared spectroscopic measurement before and after the heat treatment.
加熱処理の時間は、加熱温度や所望のポリイミド膜の形態にもよるが、エステル基の解離率が上記割合を満たす範囲で適宜選択され、0.5〜24時間であることが好ましい。加熱時間が0.5時間より短いと、熱解離により副生するカルボン酸や溶媒の揮発除去が不十分となり、ポリイミド膜の絶縁性や耐熱性に悪影響を及ぼす可能性がある。また、25時間より長いと、ポリイミド膜の反りや変形が起こる可能性がある。 Although the heat treatment time depends on the heating temperature and the desired form of the polyimide film, the dissociation rate of the ester group is appropriately selected within a range that satisfies the above ratio, and is preferably 0.5 to 24 hours. When the heating time is shorter than 0.5 hours, the carboxylic acid and solvent by-produced by thermal dissociation are insufficiently removed, which may adversely affect the insulation properties and heat resistance of the polyimide film. Further, if it is longer than 25 hours, the polyimide film may be warped or deformed.
本発明の液状ポリイミド組成物中に含まれる溶媒は、通常は上記の加熱処理工程にて併せて揮発除去されるが、加熱処理工程の前に予備乾燥を行ってもよい。予備乾燥の方法、時間及び温度は、用いる溶媒の沸点や揮発性に応じて適宜選択される。予備乾燥を行う場合には、ボイド抑制の観点から、60℃以下の低温下、常圧で行うことが好ましい。 Although the solvent contained in the liquid polyimide composition of the present invention is usually removed by volatilization in the heat treatment step, preliminary drying may be performed before the heat treatment step. The predrying method, time and temperature are appropriately selected according to the boiling point and volatility of the solvent used. In the case of performing preliminary drying, it is preferable to perform at a normal pressure under a low temperature of 60 ° C. or less from the viewpoint of suppressing voids.
上記作製方法により得られるポリイミド膜は、通常200℃以上のガラス転移温度を示し、優れた耐熱性を有する。 The polyimide film obtained by the above production method usually exhibits a glass transition temperature of 200 ° C. or higher and has excellent heat resistance.
以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に規定しない限り、%は重量%、部は重量部を示す。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further, this invention is not limited to these. Hereinafter, unless otherwise specified, “%” means “% by weight” and “part” means “part by weight”.
製造例1 <ビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)エチル}−4−アミノフェニル]エーテル(ODA1)の合成>
(1)ビス(2−カルボキシ−4−ニトロフェニル)エーテルの合成:
冷却管を備えた200mL2口フラスコに2−クロロ−5−ニトロ安息香酸24.2部、ジメチルスルホキシド40部、水1部、炭酸カリウム20.5部及びフッ化カリウム0.45部を加えた。この混合物を窒素気流下、160℃で30時間攪拌し反応させた。反応混合物を室温まで冷却後、水200mL中に注ぎ、濃塩酸を液のpHが2になるまで加え、析出した固体を濾別した。これを熱水から再結晶し、真空乾燥して、ビス(2−カルボキシ−4−ニトロフェニル)エーテル15.2部(収率73%)を得た。
Production Example 1 <Synthesis of bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) ethyl} -4-aminophenyl] ether (ODA1)>
(1) Synthesis of bis (2-carboxy-4-nitrophenyl) ether:
To a 200 mL two-necked flask equipped with a condenser tube, 24.2 parts of 2-chloro-5-nitrobenzoic acid, 40 parts of dimethyl sulfoxide, 1 part of water, 20.5 parts of potassium carbonate, and 0.45 part of potassium fluoride were added. This mixture was stirred and reacted at 160 ° C. for 30 hours under a nitrogen stream. The reaction mixture was cooled to room temperature, poured into 200 mL of water, concentrated hydrochloric acid was added until the pH of the solution reached 2, and the precipitated solid was separated by filtration. This was recrystallized from hot water and vacuum dried to obtain 15.2 parts (yield 73%) of bis (2-carboxy-4-nitrophenyl) ether.
(2)ビス(2−クロロカルボニル−4−ニトロフェニル)エーテルの合成:
冷却管を備えた300mL2口フラスコに、上記のビス(2−カルボキシ−4−ニトロフェニル)エーテル13.9部、ジメチルホルムアミド20部及び塩化チオニル120部を加え、混合物を85℃で10時間還流させた。未反応の塩化チオニルとジメチルホルムアミドを減圧下で留去して、ビス(2−クロロカルボニル−4−ニトロフェニル)エーテル14.4部(収率93%)を得た。
(2) Synthesis of bis (2-chlorocarbonyl-4-nitrophenyl) ether:
To a 300 mL two-necked flask equipped with a condenser, 13.9 parts of the above bis (2-carboxy-4-nitrophenyl) ether, 20 parts of dimethylformamide and 120 parts of thionyl chloride are added, and the mixture is refluxed at 85 ° C. for 10 hours. It was. Unreacted thionyl chloride and dimethylformamide were distilled off under reduced pressure to obtain 14.4 parts of bis (2-chlorocarbonyl-4-nitrophenyl) ether (yield 93%).
(3)ビス(2−アセチル−4−ニトロフェニル)エーテルの合成:
300mL2口フラスコにビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル6.4部及びテトラヒドロフラン60部を加え、この混合物に0℃下で1Mのメチルマグネシウムブロミドテトロヒドロフラン溶液40部を加え、0℃で15分反応させて錯体を得た。この混合溶液を−60℃に冷却し、上記のビス(2−クロロカルボニル−4−ニトロフェニル)エーテル6.6部のテトロヒドロフラン溶液80部を30分かけてゆっくり滴下した。滴下終了後、0℃まで昇温し、塩化アンモニウム飽和水溶液50部を加えた。有機層を酢酸エチルで抽出し、溶媒を留去して得られた固体物をヘキサン中に再沈澱することにより、ビス(2−アセチル−4−ニトロフェニル)エーテル5.2部(収率88%)を得た。
(3) Synthesis of bis (2-acetyl-4-nitrophenyl) ether:
To a 300 mL two-necked flask, 6.4 parts of bis (2-dimethylaminoethyl) ether and 60 parts of tetrahydrofuran were added, and 40 parts of a 1M methylmagnesium bromide tetrohydrofuran solution was added to this mixture at 0 ° C. The complex was obtained by reaction. The mixed solution was cooled to −60 ° C., and 80 parts of a tetrohydrofuran solution of 6.6 parts of the above bis (2-chlorocarbonyl-4-nitrophenyl) ether was slowly added dropwise over 30 minutes. After completion of the dropwise addition, the temperature was raised to 0 ° C., and 50 parts of a saturated aqueous ammonium chloride solution was added. The organic layer was extracted with ethyl acetate, and the solid obtained by distilling off the solvent was reprecipitated into hexane, whereby 5.2 parts of bis (2-acetyl-4-nitrophenyl) ether (yield 88). %).
(4)ビス[2−(1−ヒドロキシエチル)−4−ニトロフェニル]エーテルの合成:
200mL2口フラスコに上記のビス(2−アセチル−4−ニトロフェニル)エーテル5.2部とテトロヒドロフラン100部を加え、室温下、攪拌しながら水素化ホウ素ナトリウム2.2部を4回に分けて加えた。室温下で2時間反応後、水100mLを加え、有機層を酢酸エチルで抽出した。溶媒を留去して得られた固体物をヘキサン中に再沈澱することにより、ビス[2−(1−ヒドロキシエチル)−4−ニトロフェニル]エーテル5.2部(収率99%)を得た。
(4) Synthesis of bis [2- (1-hydroxyethyl) -4-nitrophenyl] ether:
In a 200 mL two-necked flask, add 5.2 parts of the above bis (2-acetyl-4-nitrophenyl) ether and 100 parts of tetrohydrofuran and stir at room temperature with 2.2 parts of sodium borohydride divided into 4 portions. Added. After 2 hours of reaction at room temperature, 100 mL of water was added, and the organic layer was extracted with ethyl acetate. The solid obtained by distilling off the solvent was reprecipitated in hexane to obtain 5.2 parts of bis [2- (1-hydroxyethyl) -4-nitrophenyl] ether (99% yield). It was.
(5)ビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)エチル}−4−ニトロフェニル]エーテルの合成:
200mL2口フラスコに上記のビス[2−(1−ヒドロキシエチル)−4−ニトロフェニル]エーテル5.2部、テトラヒドロフラン30部、ピリジン2.4部及び4−ジメチルアミノピリジン0.1部を加え、0℃に冷却した。この混合物に2−エチルブチリルクロリド4.1部をゆっくり滴下し、0℃で1時間反応させた。室温下で4時間更に反応させた後、反応混合物を酢酸エチル200mL中に注ぎ、固体を濾別した。濾液を0.1Mの希塩酸で洗浄し、溶媒を留去することにより、ビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)エチル}−4−ニトロフェニル]エーテル8.0部(収率96%)を得た。
(5) Synthesis of bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) ethyl} -4-nitrophenyl] ether:
To a 200 mL two-necked flask was added 5.2 parts of the above bis [2- (1-hydroxyethyl) -4-nitrophenyl] ether, 30 parts of tetrahydrofuran, 2.4 parts of pyridine and 0.1 part of 4-dimethylaminopyridine, Cooled to 0 ° C. To this mixture, 4.1 parts of 2-ethylbutyryl chloride was slowly added dropwise and reacted at 0 ° C. for 1 hour. After further reaction at room temperature for 4 hours, the reaction mixture was poured into 200 mL of ethyl acetate, and the solid was filtered off. The filtrate was washed with 0.1 M dilute hydrochloric acid, and the solvent was distilled off to obtain 8.0 parts of bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) ethyl} -4-nitrophenyl] ether (yield). 96%).
(6)ビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)エチル}−4−アミノフェニル]エーテル(ODA1)の合成:
300mL2口フラスコに上記のビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)エチル}−4−ニトロフェニル]エーテル8.0部、エタノール100部及び塩化第一スズ二水和物30部を加え、窒素雰囲気下、80℃で4時間還流した。反応混合物を室温まで冷却後、氷水100部中に注ぎ、1MのNaOH水溶液を液のpHが8になるまで加えた。有機層を酢酸エチルで抽出後、溶媒を留去して得られる固体物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー[ヘキサン/酢酸エチル=3:1(容量比)]で精製することにより、ビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)エチル}−4−アミノフェニル]エーテル(ODA1)6.4部(収率90%)を得た。
(6) Synthesis of bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) ethyl} -4-aminophenyl] ether (ODA1):
In a 300 mL two-necked flask, 8.0 parts of the above bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) ethyl} -4-nitrophenyl] ether, 100 parts of ethanol and 30 parts of stannous chloride dihydrate were added. In addition, the mixture was refluxed at 80 ° C. for 4 hours under a nitrogen atmosphere. The reaction mixture was cooled to room temperature, poured into 100 parts of ice water, and 1M NaOH aqueous solution was added until the pH of the solution reached 8. The organic layer is extracted with ethyl acetate, and the solid obtained by distilling off the solvent is purified by silica gel column chromatography [hexane / ethyl acetate = 3: 1 (volume ratio)] to give bis [2- {1. 6.4 parts (yield 90%) of-(2-ethylbutanoyloxy) ethyl} -4-aminophenyl] ether (ODA1) were obtained.
製造例2 <ビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)プロピル}−4−アミノフェニル]エーテル(ODA2)の合成>
1Mのメチルマグネシウムブロミドテトロヒドロフラン溶液40部の代わりに1Mのエチルマグネシウムブロミドテトロヒドロフラン溶液40部を用いた以外は、製造例1の(1)〜(3)と同様の操作を行い、ビス(2−プロピオニル−4−ニトロフェニル)エーテル5.5部(収率86%)を得た。
ビス(2−アセチル−4−ニトロフェニル)エーテル5.2部をビス(2−プロピオニル−4−ニトロフェニル)エーテル5.5部に代える以外は製造例1の(4)と同様にして、ビス[2−(1−ヒドロキシプロピル)−4−ニトロフェニル]エーテル5.5部(収率99%)を得た。
ビス[2−(1−ヒドロキシエチル)−4−ニトロフェニル]エーテル5.2部をビス[2−(1−ヒドロキシプロピル)−4−ニトロフェニル]エーテル5.5部に代える以外は製造例1の(5)と同様にして、ビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)プロピル}−4−ニトロフェニル]エーテル8.2部(収率97%)を得た。
ビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)エチル}−4−ニトロフェニル]エーテル8.0部をビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)プロピル}−4−ニトロフェニル]エーテル8.2部に代える以外は製造例1の(6)と同様にして、ビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)プロピル}−4−アミノフェニル]エーテル(ODA2)6.5部(収率88%)を得た。
Production Example 2 <Synthesis of bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) propyl} -4-aminophenyl] ether (ODA2)>
Except that 40 parts of 1M ethylmagnesium bromide tetrohydrofuran solution was used instead of 40 parts of 1M methylmagnesium bromide tetrohydrofuran solution, the same operations as in (1) to (3) of Production Example 1 were performed, and bis 5.5 parts (yield 86%) of (2-propionyl-4-nitrophenyl) ether were obtained.
In the same manner as in (4) of Production Example 1, except that 5.2 parts of bis (2-acetyl-4-nitrophenyl) ether is replaced with 5.5 parts of bis (2-propionyl-4-nitrophenyl) ether, 5.5 parts (99% yield) of [2- (1-hydroxypropyl) -4-nitrophenyl] ether were obtained.
Production Example 1 except that 5.2 parts of bis [2- (1-hydroxyethyl) -4-nitrophenyl] ether is replaced with 5.5 parts of bis [2- (1-hydroxypropyl) -4-nitrophenyl] ether In the same manner as in (5), 8.2 parts (yield 97%) of bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) propyl} -4-nitrophenyl] ether was obtained.
8.0 parts of bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) ethyl} -4-nitrophenyl] ether was replaced with bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) propyl} -4-nitro. Bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) propyl} -4-aminophenyl] ether (ODA2) in the same manner as in Production Example 1 (6) except that 8.2 parts of phenyl] ether were used. 6.5 parts (yield 88%) were obtained.
製造例3 <ビス[2−{1−(2−エチルヘキサノイルオキシ)プロピル}−4−アミノフェニル]エーテル(ODA3)の合成>
2−エチルブチリルクロリド4.1部の代わりに2−エチルヘキサノイルクロリド5.0部を用いた以外は、製造例2と同様の操作を行い、ビス[2−{1−(2−エチルヘキサノイルオキシ)プロピル}−4−ニトロフェニル]エーテル8.8部(収率96%)を得た。
ビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)エチル}−4−ニトロフェニル]エーテル8.0部をビス[2−{1−(2−エチルヘキサノイルオキシ)プロピル}−4−ニトロフェニル]エーテル8.8部に代える以外は製造例1の(6)と同様にして、ビス[2−{1−(2−エチルヘキサノイルオキシ)プロピル}−4−アミノフェニル]エーテル(ODA3)6.9部(収率87%)を得た。
Production Example 3 <Synthesis of bis [2- {1- (2-ethylhexanoyloxy) propyl} -4-aminophenyl] ether (ODA3)>
The same operation as in Production Example 2 was performed except that 5.0 parts of 2-ethylhexanoyl chloride was used instead of 4.1 parts of 2-ethylbutyryl chloride, and bis [2- {1- (2-ethyl) was obtained. 8.8 parts (yield 96%) of hexanoyloxy) propyl} -4-nitrophenyl] ether were obtained.
8.0 parts of bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) ethyl} -4-nitrophenyl] ether was replaced with bis [2- {1- (2-ethylhexanoyloxy) propyl} -4-nitro. Bis [2- {1- (2-ethylhexanoyloxy) propyl} -4-aminophenyl] ether (ODA3) in the same manner as in Production Example 1 (6) except that 8.8 parts of phenyl] ether were used. 6.9 parts (yield 87%) were obtained.
実施例1 <液状ポリイミド組成物PMDA−ODA1の調製>
300mL2口フラスコに、製造例1で得られたビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)エチル}−4−アミノフェニル]エーテル(ODA1)5.3部とN−メチルピロリドン30部を加え、均一溶液にした後、ピロメリット酸二無水物(PMDA)2.4部を加え、窒素雰囲気下、室温で8時間攪拌して重合反応を行った。得られたポリアミック酸の溶液にイミド化剤として無水酢酸4.2部、ピリジン3.3部を加え、60℃で4時間反応させポリイミド溶液を得た。この溶液を大量のメタノール中に注ぎ、得られた沈殿を濾別し、乾燥することにより、ポリイミドの粉末6.8部(収率93%)を得た。得られたポリイミド粉末をN−メチルピロリドンに濃度が20%となるように溶解させ、液状ポリイミド組成物PMDA−ODA1を得た。
Example 1 <Preparation of Liquid Polyimide Composition PMDA-ODA1>
In a 300 mL two-necked flask, 5.3 parts of bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) ethyl} -4-aminophenyl] ether (ODA1) obtained in Production Example 1 and 30 parts of N-methylpyrrolidone. Was added to make a homogeneous solution, and then 2.4 parts of pyromellitic dianhydride (PMDA) was added, followed by a polymerization reaction by stirring at room temperature for 8 hours in a nitrogen atmosphere. To the obtained polyamic acid solution, 4.2 parts of acetic anhydride and 3.3 parts of pyridine were added as imidizing agents and reacted at 60 ° C. for 4 hours to obtain a polyimide solution. This solution was poured into a large amount of methanol, and the resulting precipitate was filtered off and dried to obtain 6.8 parts of polyimide powder (yield 93%). The obtained polyimide powder was dissolved in N-methylpyrrolidone to a concentration of 20% to obtain a liquid polyimide composition PMDA-ODA1.
実施例2 <液状ポリイミド組成物PMDA−ODA2の調製>
ODA1 5.3部の代わりに、製造例2で得られたビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)プロピル}−4−アミノフェニル]エーテル(ODA2)5.6部を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行い、液状ポリイミド組成物PMDA−ODA2を得た。
Example 2 <Preparation of Liquid Polyimide Composition PMDA-ODA2>
Instead of 5.3 parts of ODA1, 5.6 parts of bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) propyl} -4-aminophenyl] ether (ODA2) obtained in Production Example 2 were used. Except for the above, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a liquid polyimide composition PMDA-ODA2.
実施例3 <液状ポリイミド組成物PMDA−ODA3の調製>
ODA1 5.3部の代わりに、製造例3で得られたビス[2−{1−(2−エチルヘキサノイルオキシ)プロピル}−4−アミノフェニル]エーテル(ODA3)6.1部を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行い、液状ポリイミド組成物PMDA−ODA3を得た。
Example 3 <Preparation of Liquid Polyimide Composition PMDA-ODA3>
Instead of 5.3 parts of ODA1, 6.1 parts of bis [2- {1- (2-ethylhexanoyloxy) propyl} -4-aminophenyl] ether (ODA3) obtained in Production Example 3 was used. Except for the above, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a liquid polyimide composition PMDA-ODA3.
実施例4 <液状ポリイミド組成物BPDA−ODA3の調製>
ピロメリット酸二無水物(PMDA)2.4部の代わりに3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)3.2部を用いた以外は、実施例3と同様の操作を行い、液状ポリイミド組成物ドBPDA−ODA3を得た。
Example 4 <Preparation of Liquid Polyimide Composition BPDA-ODA3>
Example 3 with the exception that 3.2 parts of 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) was used instead of 2.4 parts of pyromellitic dianhydride (PMDA). The same operation was performed to obtain a liquid polyimide composition BPDA-ODA3.
実施例5 <液状ポリイミド組成物BTDA−ODA3の調製>
ピロメリット酸二無水物(PMDA)2.4部の代わりに3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)3.5部を用いた以外は、実施例3と同様の操作を行い、液状ポリイミド組成物BTDA−ODA3を得た。
Example 5 <Preparation of Liquid Polyimide Composition BTDA-ODA3>
Example 3 with the exception that 3.5 parts of 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA) was used instead of 2.4 parts of pyromellitic dianhydride (PMDA). The same operation was performed to obtain a liquid polyimide composition BTDA-ODA3.
比較例1 <液状ポリイミド組成物PMDA−ODAの調製>
ODA1 5.3部の代わりに、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(ODA)2.2部を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行い、イミド化反応を行ったところ、反応系がゲル化したため、これ以降の実験を行うことができなかった。
Comparative Example 1 <Preparation of Liquid Polyimide Composition PMDA-ODA>
Except for using 2.2 parts of 4,4′-diaminodiphenyl ether (ODA) in place of 5.3 parts of ODA1, the same operation as in Example 1 was performed to carry out the imidization reaction. Since gelation occurred, no further experiments could be performed.
比較例2 <液状ポリイミド組成物HPMDA−HDAMの調製>
ODA1 5.3部を4,4’−ジアミノジシクロへキシルメタン(HDAM)2.3部に、PMDA2.4部を1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(HPMDA)2.5部に代えた以外は、実施例1と同様の操作を行い、液状ポリイミド組成物を得た。
Comparative Example 2 <Preparation of Liquid Polyimide Composition HPMDA-HDAM>
5.3 parts of ODA1 is 2.3 parts of 4,4′-diaminodicyclohexylmethane (HDAM), and 2.4 parts of PMDA is 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride (HPMDA). Except having replaced with 5 parts, operation similar to Example 1 was performed and the liquid polyimide composition was obtained.
実施例1〜5及び比較例2で得た液状ポリイミド組成物について、以下の測定法により数平均分子量、多分散度、エステル基の解離率及びガラス転移温度を測定した結果を表1に示す。尚、表1における化合物の略号は以下の通りである。 Table 1 shows the results of measuring the number average molecular weight, polydispersity, ester group dissociation rate, and glass transition temperature of the liquid polyimide compositions obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Example 2 by the following measurement methods. In addition, the symbol of the compound in Table 1 is as follows.
[化合物の略号]
(1)ジアミン成分
ODA:4,4’−ジアミノジフェニルエーテル
HDAM:4,4’−ジアミノジシクロへキシルメタン
ODA1:ビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)エチル}−4−アミノフェニル]エーテル
ODA2:ビス[2−{1−(2−エチルブタノイルオキシ)プロピル}−4−アミノフェニル]エーテル
ODA3:ビス[2−{1−(2−エチルヘキサノイルオキシ)プロピル}−4−アミノフェニル]エーテル
(2)酸無水物成分
PMDA:ピロメリット酸二無水物
BPDA:3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
BTDA:3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物
HPMDA:1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物
[Abbreviation of compound]
(1) Diamine component ODA: 4,4′-diaminodiphenyl ether HDAM: 4,4′-diaminodicyclohexylmethane ODA1: bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) ethyl} -4-aminophenyl ] Ether ODA2: bis [2- {1- (2-ethylbutanoyloxy) propyl} -4-aminophenyl] ether ODA3: bis [2- {1- (2-ethylhexanoyloxy) propyl} -4- Aminophenyl] ether (2) acid anhydride component PMDA: pyromellitic dianhydride BPDA: 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride BTDA: 3,3 ′, 4,4′- Benzophenone tetracarboxylic dianhydride HPMDA: 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride
[数平均分子量及び多分散度の測定方法]
実施例1〜5及び比較例2で製造したポリイミド組成物を乾燥後、ジメチルホルムアミドに0.1%となるように溶解し、測定用試料を調整した。該試料溶液について、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて、以下の測定条件により、標準ポリエチレングリコール換算の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、多分散度(Mw/Mn)を求めた。
装置:島津製作所 RID−6A
カラム:ShodexGPC AD802−S、AD803−S、AD804−S
及びAD805−S
カラム温度:40℃
溶離液:(0.01M臭化リチウム+0.01Mリン酸)/ジメチルホルムアミド
流速:1.0mL/分
検出器:RI
[Method for measuring number average molecular weight and polydispersity]
The polyimide compositions produced in Examples 1 to 5 and Comparative Example 2 were dried and then dissolved in dimethylformamide so as to be 0.1% to prepare a measurement sample. For the sample solution, using gel permeation chromatography (GPC), the number average molecular weight (Mn), weight average molecular weight (Mw), and polydispersity (Mw / Mn) in terms of standard polyethylene glycol are measured under the following measurement conditions. Asked.
Equipment: Shimadzu RID-6A
Column: ShodexGPC AD802-S, AD803-S, AD804-S
And AD805-S
Column temperature: 40 ° C
Eluent: (0.01 M lithium bromide + 0.01 M phosphoric acid) / dimethylformamide Flow rate: 1.0 mL / min Detector: RI
[エステル基の解離率の測定方法]
実施例1〜5で作製した液状ポリイミド組成物をスライドガラス(76mm×26mm、厚さ1.0mm)上にバーコーター(No.6)を用いて塗布した。塗膜を室温で12時間自然乾燥させた後、窒素気流下、180℃で30分間熱風乾燥(加熱処理)を行った。フーリエ変換赤外分光光度計(島津製作所 FTIR−8400S)を使用して、180℃での加熱処理前後でのエステル基の吸収(1700cm-1 付近)のピーク強度の変化から、エステル基の解離度を算出した。
[Method for measuring dissociation rate of ester group]
The liquid polyimide compositions prepared in Examples 1 to 5 were applied on a slide glass (76 mm × 26 mm, thickness 1.0 mm) using a bar coater (No. 6). The coating film was naturally dried at room temperature for 12 hours, followed by hot-air drying (heat treatment) at 180 ° C. for 30 minutes under a nitrogen stream. Using a Fourier transform infrared spectrophotometer (Shimadzu Corporation FTIR-8400S), the degree of ester group dissociation from the change in peak intensity of ester group absorption (around 1700 cm −1 ) before and after heat treatment at 180 ° C. Was calculated.
[ガラス転移温度の測定方法]
上記エステル基の解離率の測定における乾燥操作と同様にして得たポリイミド膜をスライドガラスから剥離後、裁断して、示差熱走査熱量計(パーキンエルマー社 DSC−7)を使用して、毎分10℃の昇温速度で昇温したときの変曲点をガラス転移温度とした。
[Measurement method of glass transition temperature]
The polyimide film obtained in the same manner as the drying operation in the measurement of the dissociation rate of the ester group was peeled off from the slide glass and then cut, and each minute using a differential thermal scanning calorimeter (Perkin Elmer DSC-7). The inflection point when the temperature was raised at a rate of 10 ° C. was taken as the glass transition temperature.
表1に示す通り、実施例1〜5で作製した液状ポリイミド組成物を用いて得られるポリイミド膜は、比較例2のポリイミド膜よりも大幅に高いガラス転移温度を示し、優れた耐熱性を有することがわかる。 As shown in Table 1, the polyimide film obtained using the liquid polyimide composition prepared in Examples 1 to 5 shows a glass transition temperature significantly higher than that of the polyimide film of Comparative Example 2, and has excellent heat resistance. I understand that.
本発明の液状ポリイミド組成物は、耐熱性に優れたポリイミド膜を提供できるため、電気・電子材料分野において各種基材の保護、絶縁用のコーティング用材料として有用である。特に、フレキシブルプリント配線回路用基板、テープオートメーションボンディング用基材、半導体素子の保護膜及び集積回路の層間絶縁膜として有用である。 Since the liquid polyimide composition of the present invention can provide a polyimide film having excellent heat resistance, it is useful as a coating material for protection and insulation of various substrates in the field of electrical and electronic materials. In particular, it is useful as a substrate for flexible printed wiring circuits, a substrate for tape automation bonding, a protective film for semiconductor elements, and an interlayer insulating film for integrated circuits.
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