JP2019052098A - テトラカルボン酸二無水物、ポリアミド酸、ポリイミド及びポリイミド溶液 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた溶液加工性、耐熱性および熱寸法安定性を兼ね備えたポリイミドおよび、該ポリイミドのモノマーであるテトラカルボン酸二無水物の提供。【解決手段】式（１）で表されるテトラカルボン酸二無水物から得られる、式（３）で表されるポリイミド。（Ｘ１はエステル基又はエーテル基；Ａは２価の芳香族基又は脂肪族基）【選択図】なし

Description

本発明は、高溶媒溶解性、耐熱性及び寸法安定性に優れたポリイミド及び該ポリイミドを与えるテトラカルボン酸二無水物に関する。

ポリイミドは現存する樹脂の中では最高ランクの耐熱性・難燃性および優れた機械的特性を有するため、エレクトロニクス分野を中心に様々な用途の絶縁部材に適用されている。特にポリイミドの中でも、その骨格に芳香環や複素環を有するポリイミドは耐熱性・難燃性に優れる一方、一般の有機溶媒に不溶で、高温でも溶融しないため、ポリイミド自身を加工することが困難である。

そのため、骨格に芳香環や複素環を有するポリイミドフィルム等の成形品を得る為には、通常、テトラカルボン酸二無水物とジアミンをアミド系溶媒中室温で等モル重付加反応してポリアミド酸を含む溶液（ワニス）とし、該ワニスを基板上に塗布・乾燥してフィルム状に成型した後、これを３５０℃以上の高温で熱処理（脱水閉環反応または熱イミド化反応と呼ばれる）することでポリイミドフィルムを作製する工程が一般的である。この工程は通常ポリイミドフィルム単体や銅張積層板を製造する際に適用される。

しかしながら、様々な電子部品を電子回路上に実装した後にポリイミド絶縁層を形成する場合、絶縁層と共存する電子部品の破損を避ける必要があり、そのため、上記した高温処理を必須とする方法によりポリイミドフィルムを製造することができない。

この問題を解決するための方法として、溶媒溶解性（溶液加工性）ポリイミドを用いる方法が有効である。その場合、ポリイミドワニスを、絶縁層を形成させたい場所に塗布した後、乾燥するだけで容易に耐熱性絶縁層を形成することが可能になる。

そこで、元来溶媒に不溶なポリイミドに溶媒溶解性を付与するためには、一般にポリイミドの分子構造中に大きく折れ曲がった構造単位や嵩高い側鎖を導入して、分子間力を低減する方法がとられる（例えば非特許文献１参照）。

しかしながら、上記構造を有するポリイミドは、上記構造を有さないポリイミドと比べ耐熱性、より具体的にはガラス転移温度（Ｔ_ｇ）が低下する。そのため、ポリイミドの優れた溶液加工性と高い耐熱性（高いＴ_ｇ）を両立することは原理的に容易ではない。

また、近年電子回路の高精細化に伴い、ポリイミドフィルムによって形成される絶縁層自身の熱寸法安定性の要求が高まりつつある。絶縁層の熱寸法安定性が低い場合、各種デバイス製造工程における様々な熱サイクルの際に、絶縁層が大きく熱膨張―熱収縮を繰り返すこととなり、発生した応力が原因で金属層等異種接合界面における接着不良・剥離、脆弱な無機電極回路の破断、電子部品の位置ずれおよび積層体の反り等の悪影響が生じる恐れがある。

絶縁層の熱寸法安定性を改善するためには、できるだけ線熱膨張係数（以下ＣＴＥと称することがある）を低くすればよいが、上述の通り、溶液加工性を確保するためにポリイミドの分子構造中に大きく折れ曲がった構造単位や嵩高い側鎖を導入すると、ＣＴＥの増加も招くことが知られている（例えば非特許文献２参照）。そのため、ポリイミドの溶液加工性と熱寸法安定性、即ち低熱膨張特性を両立することも原理的に容易ではなかった。

J. Polym. Sci., Part A, 41, 3249-3260 (2003). Polym. J., 39, 610-621 (2007).

本発明は、優れた溶液加工性、耐熱性および熱寸法安定性を兼ね備えたポリイミドおよび、該ポリイミドのモノマーであるテトラカルボン酸二無水物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るため鋭意研究した結果、以下に示すテトラカルボン酸二無水物から得られるポリイミドが、優れた溶液加工性、耐熱性および熱寸法安定性を兼ね備えることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち本発明の要旨は以下に示すものである。

〔１〕下記一般式（１）：

（一般式（１）中、Ｘ_１はエステル基またはエーテル基を表す。）
で表されるテトラカルボン酸二無水物。

〔２〕下記一般式（２）：

（一般式（２）中、Ａは２価の芳香族基または脂肪族基を表し、Ｘ_１はエステル基またはエーテル基を表す。）
で表される繰り返し単位を有するポリアミド酸。

〔３〕下記一般式（３）：

（一般式（３）中、Ａは２価の芳香族基または脂肪族基を表し、Ｘ_１はエステル基またはエーテル基を表す。）
で表される繰り返し単位を有するポリイミド。

〔４〕〔３〕に記載のポリイミドを固形分濃度で５重量％以上含むポリイミド溶液。

〔５〕〔３〕に記載のポリイミドを含むポリイミドフィルム。

〔６〕ガラス転移温度が２５０℃以上である、〔３〕に記載のポリイミド、又は〔５〕に記載のポリイミドフィルム。

本発明によれば、前述した技術常識からは両立することが困難とされた、優れた溶液加工性と、耐熱性および熱寸法安定性（低線熱膨張性）とを同時に兼ね備えるポリイミド、及び該ポリイミドを与えるテトラカルボン酸二無水物が製造可能となる。

実施例２で得られた、ポリイミドフィルムの赤外線吸収スペクトル図である。

＜本発明のテトラカルボン酸二無水物及びその製造方法＞
本発明のポリイミドのモノマーである、本発明のテトラカルボン酸二無水物は上記一般式（１）で表される。上記一般式（１）中、Ｘ_１はエステル基またはエーテル基を表し、テトラカルボン酸二無水物の製造容易性の観点からエステル基が好ましい。

上記一般式（１）で表されるテトラカルボン酸二無水物は、スピロ[フルオレン−９，９’−キサンテン]−２，７’−ジオール（以下式（４）：

で表されるビスフェノール）から後述する方法により製造される。まずはじめに、上記式（４）で表されるビスフェノールの製造方法について詳述する。

本発明の上記式（４）で表されるビスフェノールは、酸存在下、９−フルオレノン（以下、フルオレノンと称することもある）とレゾルシン及びヒドロキノンとを反応させることにより製造される（以下、ビスフェノール化反応と称することがある）。

レゾルシン及びヒドロキノンの合計使用量は通常、フルオレノン１モルに対し２〜１５モルであり、上記式（４）で表されるビスフェノールをより収率良く得る観点から、好ましくは４〜１２モル使用する。また、レゾルシンとヒドロキノンの使用比率は通常、モル比で、レゾルシン：ヒドロキノン＝１０：９０〜９０：１０、より収率良く上記式（４）で表されるビスフェノールを得る観点から、好ましくは２０：８０〜６０：４０、さらに好ましくは、２０：８０〜５０：５０とする。

ビスフェノール化反応に使用される酸として例えば無機酸、有機酸等各種の酸が使用可能であり、具体的に無機酸としては、硫酸、塩化水素、塩酸、リン酸、ヘテロポリ酸、ゼオライト、粘土鉱物等が例示され、有機酸としては、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、酸性イオン交換樹脂等が例示される。これら酸の中でも入手性、取扱性の観点から塩酸、又はパラトルエンスルホン酸が好適に用いられる。酸の使用量は通常、フルオレノン１モルに対し０．０１〜５．０モルであり、十分な反応速度を得る観点及び後処理の容易さの観点から好ましくはフルオレノン１モルに対し０．０５〜１．０モル使用する。これら酸は１種、あるいは必要に応じ２種以上併用してもよい。

ビスフェノール化反応を実施する際、反応速度向上の観点から含硫黄化合物を共存させてもよい。使用可能な含硫黄化合物として例えば、メルカプトカルボン酸類、アルキルメルカプタン類、アラルキルメルカプタン類及びこれらの塩類等が挙げられる。具体的に例えばチオ酢酸、β−メルカプトプロピオン酸、α−メルカプトプロピオン酸、チオグリコール酸、チオシュウ酸、メルカプトコハク酸、メルカプト安息香酸、ｎ−ブチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン等のＣ_１−１６アルキルメルカプタン等が挙げられる。これら含硫黄化合物の中でも、工業的な取扱性の良さからドデシルメルカプタン及びβ-メルカプトプロピオン酸が好適に用いられる。これら含硫黄化合物を使用する場合の使用量は、フルオレノン１重量部に対し通常０．０１〜１．０重量部、十分な反応速度を得る観点及び後処理の容易さの観点から、好ましくはフルオレノン１重量部に対し０．０１〜０．５０重量部である。これら含硫黄化合物は１種、あるいは必要に応じ２種以上併用してもよい。

ビスフェノール化反応を実施する際、必要に応じ溶媒存在下で反応を実施してもよい。使用可能な溶媒としては、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素類などが例示される。脂肪族炭化水素類としては、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン等が例示され、芳香族炭化水素類としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等が例示され、エーテル類としては、ジエチルエーテルなどのジアルキルエーテル類、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類が例示され、ハロゲン化炭化水素類としては、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等の脂肪族ハロゲン化炭化水素類、及びクロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の芳香族ハロゲン化炭化水素類が例示される。これら溶媒の中でも、入手性や取扱性、反応速度、反応選択性の観点からトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類が好適に使用される。これら溶媒を使用する場合の使用量は、フルオレノン１重量部に対し通常０．１〜２０重量部、十分な反応速度を得る観点及び経済的な観点から、好ましくはフルオレノン１重量部に対し５〜１０重量部使用する。これら溶媒は１種、あるいは必要に応じ２種以上併用してもよい。

ビスフェノール化反応にはフルオレノン、レゾルシン、ヒドロキノン及び酸、並びに必要に応じ含硫黄化合物及び溶媒を反応容器に入れ、通常内温５０〜２００℃、好ましくは８０〜１４０℃、さらに好ましくは１２０℃〜１４０℃で撹拌を行うことによって実施される。また、十分な反応速度を得る観点から必要に応じて、常圧あるいは減圧還流下、脱水しながら反応を実施してもよい。

ビスフェノール化反応後、得られた反応液を必要に応じ中和、水洗、濃縮、晶析、濾過等の常法により、上記式（４）で表されるビスフェノールを取り出すことができる。得られた上記式（４）で表されるビスフェノールは、再結晶、蒸留、吸着、カラムクロマトグラフィー等の常法により精製することも可能である。また、必要に応じ、得られた反応液をそのまま、後述する本発明のテトラカルボン酸二無水物の製造へと供してもよい。

続いて本発明のテトラカルボン酸二無水物（上記一般式（１）で表されるテトラカルボン酸二無水物）の製造方法について詳述する。まずはじめに、上記一般式（１）において、連結基Ｘ_１がエステル基の場合、即ち、下記式（５）：

で表されるテトラカルボン酸二無水物の合成方法について以下に例示する。

上記式（５）で表されるテトラカルボン酸二無水物は、上記式（４）で表されるビスフェノールとトリメリット酸無水物誘導体とを用いてエステル化反応を行うことにより製造される。その際適用できる方法として、例えば、上記式（４）で表されるビスフェノールとトリメリット酸無水物のカルボキシル基を高温で直接脱水反応させる方法、ジシクロヘキシルカルボジイミド等の脱水試薬を用いて脱水縮合させる方法、上記式（４）で表されるビスフェノールのジアセテート化体とトリメリット酸無水物とを高温で反応させ脱酢酸してエステル化する方法（エステル交換法）、トリメリット酸無水物のカルボキシル基を酸ハライドに変換し、これと上記式（４）で表されるビスフェノールとを脱酸剤（塩基）の存在下で反応させる方法（酸ハライド法）、トシルクロリド／Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド／ピリジン混合物を用いてトリメリット酸無水物中のカルボキシル基を活性化してエステル化する方法等が挙げられる。上述の方法の中でもエステル交換法及び酸ハライド法が経済性、反応性および簡便性の点で好ましく適用できる。以下に酸ハライド法による製造方法（エステル化反応）について具体的に記載する。

まず反応容器に、上記式（４）で表されるビスフェノールを脱水した溶媒に溶かし、該溶液に、更に脱酸剤として塩基を添加し混合した溶液（以下、該溶液をＡ液と称する）を調製する。また、別の反応容器に、トリメリット酸無水物の酸ハライドを、脱水した溶媒に溶解した溶液（以下、該溶液をＢ液と称する）を調製する。続いて、撹拌しながら後述する温度にてＢ液にＡ液を添加する。添加終了後、後述する温度にて更に撹拌を実施することにより反応を完結させる。なお、撹拌中、析出物により攪拌が困難となった場合、適宜溶媒を添加してもよい。

上記エステル化反応の際に使用可能な溶媒は、反応原料と反応せず、原料を十分に溶解すればよく、具体的に例えばテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン−ビス（２−メトキシエチル）エーテル等のエーテル系溶媒、ピコリン、ピリジン等の芳香族アミン系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン等のケトン系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン等の含ハロゲン溶媒、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン等のアミド系溶媒、ヘキサメチルホスホルアミド等の含リン溶媒、ジメチルスルホオキシド等の含イオウ溶媒、γ-ブチロラクトン、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒等が使用可能である。これらの溶媒は１種、あるいは必要に応じ２種類以上併用してもよい。これら溶媒の中でも、溶媒留去のしやすさの観点から、ケトン系溶媒及びエーテル系溶媒が好ましく、特にアセトン、テトラヒドロフランが好適に用いられる。

溶媒の使用量としては、上記エステル化反応における溶質濃度が通常、５〜５０重量％の範囲となる量であり、副反応の抑制、反応収率、濾過工程、溶媒留去等の観点から、１０〜４０重量％の範囲とすることが好ましい。

上記エステル化反応に使用可能なトリメリット酸無水物の酸ハライドとしては、トリメリット酸無水物クロリド、トリメリット酸無水物ブロミド等が例示される。トリメリット酸無水物ハライドの使用量としては、上記式（４）で表されるビスフェノール１モルに対し通常２〜１０モル、反応率の向上、及び反応終了後の過剰なトリメリット酸無水物の酸ハライドの除去の容易さの観点から２．１〜４モルが好ましい。

上記エステル化反応において脱酸剤として使用する塩基は、使用する溶媒に可溶であり、反応原料と反応せず、副生する酸を中和可能であればよく、具体的に例えば、ピリジン、トリエチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン等の有機３級アミン類が使用可能であり、特に経済性が高く、かつ毒性が低いことからピリジンが好適に用いられる。これら塩基は１種、あるいは必要に応じ２種以上併用してもよい。塩基の使用量として例えば、上記式（４）で表されるビスフェノール１モルに対し２．１〜２０モルであり、反応率の向上、及び反応終了後の過剰な塩基の除去の容易さの観点から３ 〜１０モルがより好ましい。

上記エステル化反応は、Ｂ液にＡ液を添加する際は通常−７８℃〜５℃、好ましくは−３０〜５℃で実施する。添加後、同温度で０．５〜４８時間、好ましくは１〜２４時間撹拌を行う。なお、前記撹拌後、エステル化を完結させるため、更に０〜１００℃、好ましくは１０〜５０℃で０．５〜４８時間、好ましくは１〜２４時間撹拌してもよい。

上述したエステル化反応終了後、反応により析出した析出物をそのまま濾別しても良く、また、生成物の回収率を高めるため、反応で使用した溶媒の一部又は全部を留去した後、析出物を濾別してもよい。

濾別した析出物は上記式（５）で表されるテトラカルボン酸二無水物と副生成物（塩酸塩）、および過剰量のトリメリット酸無水物の酸ハライドとの混合物であるため、まず析出物を無極性溶媒で洗浄して過剰のトリメリット酸無水物の酸ハライドを除去し、次いで水で洗浄し塩酸塩および過剰の塩基を除去することにより、上記式（５）で表されるテトラカルボン酸二無水物を得ることができる。なお、水洗後、該水洗工程により上記式（５）で表されるテトラカルボン酸二無水物の一部が加水分解を受ける場合があるため、得られた上記式（５）で表されるテトラカルボン酸二無水物を加熱真空乾燥することにより、閉環脱水処理を行ってもよい。また、前述の方法により得られた上記式（５）で表されるテトラカルボン酸二無水物は必要に応じ、再結晶、吸着、カラムクロマトグラフィー等の常法により精製してもよい。

続いて本発明のテトラカルボン酸二無水物（上記一般式（１）で表されるテトラカルボン酸二無水物）の内、上記一般式（１）において、連結基Ｘ_１がエーテル基の場合、即ち、下記式（６）：

で表されるテトラカルボン酸二無水物の合成方法について以下に例示する。

上記式（６）で表されるテトラカルボン酸二無水物は、上記式（４）で表されるビスフェノールと、以下一般式（７）

（一般式（７）中、Ｒ_１は分岐を有してもよい炭素数１ 〜８のアルキル基または炭素数６ 〜２０の単環式もしくは縮合多環式芳香族基を示す。）
で表されるＮ―置換ニトロフタルイミドとを縮合反応させて芳香族ビスイミド化合物を得、該芳香族ビスイミド化合物をアルカリ加水分解してテトラカルボン酸の塩とし、得られたテトラカルボン酸の塩を酸性化することでテトラカルボン酸とし、さらに脱水することにより得ることができる。

上記式（４）で表されるビスフェノールと、上記一般式（７）で表されるＮ―置換ニトロフタルイミドとの縮合反応は、上記式（４）で表されるビスフェノールをジフェノキシドのアルカリ金属塩とし、これに対してＮ―置換ニトロフタルイミドを、温度２０〜２５０℃ 、好ましくは２０〜１５０℃ にて反応させることにより実施される。

上記一般式（７）で表されるＮ―置換ニトロフタルイミドとして例えば、Ｎ−フェニル−４−ニトロフタルイミド、Ｎ−メチル−４−ニトロフタルイミド等が挙げられる。上記一般式（７）で表されるＮ―置換ニトロフタルイミドの使用量として例えば、上記式（４）で表されるビスフェノール１モルに対し２モル以上、好ましくは２〜３モルである。

縮合反応の際使用可能な有機溶媒として例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類；１，２−ジクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類；１，２−ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキサン、１，４−ジオキサン等のエーテル類， Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、スルホラン等の非プロトン性極性溶媒等を挙げることができる。これら有機溶媒は１種、あるいは必要に応じ２種以上併用してもよい。また、これら有機溶媒の使用量として例えば、縮合反応における溶質濃度が通常１〜８０重量％の範囲となる量であり、３０〜６０重量％の範囲とすることが好ましい。

上記縮合反応により得られた芳香族ビスイミド化合物の、テトラカルボン酸塩への加水分解は例えば、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等の塩基と、芳香族ビスイミド化合物とを加熱撹拌することにより実施される。加水分解後、得られたテトラカルボン酸塩は例えば塩酸、硫酸等の鉱酸の水溶液によって酸性化することによりテトラカルボン酸とすることができ、得られたテトラカルボン酸を、例えば無水酢酸等の脱水剤を用いて加熱撹拌することによって脱水し、上記式（６）で表される酸二無水物とすることができる。前述の方法により得られた上記式（６）で表されるテトラカルボン酸二無水物は必要に応じ、再結晶、蒸留、吸着、カラムクロマトグラフィー等の定法により精製してもよい。

＜本発明のポリアミド酸及びポリイミド＞
本発明のポリアミド酸は上記一般式（２）で表され、本発明のポリイミドは上記一般式（３）で表される。上記一般式（２）及び（３）中、Ｘ_１はエステル基又はエーテル基を表し、上記一般式（１）で表されるテトラカルボン酸二無水物の製造容易性の観点からエステル基が好ましい。

上記一般式（２）及び（３）中、Ａは２価の芳香族基または脂肪族基を表す。本発明における２価の芳香族基または脂肪族基とは、上記一般式（１）で表されるテトラカルボン酸二無水物と後述する方法によって反応（重合）させる２価のアミン類（ジアミン）に由来する。

２価の芳香族基を構成させる芳香族ジアミンとして例えば、ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、２，４−ジアミノトルエン、２，５−ジアミノトルエン、２，４−ジアミノキシレン、２，４−ジアミノデュレン、４，４’−メチレンジアニリン、４，４’−メチレンビス（３−メチルアニリン）、４，４’−メチレンビス（３−エチルアニリン）、４，４’−メチレンビス（２−メチルアニリン）、４，４’−メチレンビス（２−エチルアニリン）、４，４’−メチレンビス（３，５−ジメチルアニリン）、４，４’−メチレンビス（３，５−ジエチルアニリン）、４，４’−メチレンビス（２，６−ジメチルアニリン）、４，４’−メチレンビス（２，６−ジエチルアニリン）、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−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、２，４’−ジアミノジフェニルエーテル、２，２’−ジアミノジフェニルエーテル、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スルホン、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、４，４’−ジアミノベンズアニリド、ベンジジン、３，３’−ジヒドロキシベンジジン、３，３’−ジメトキシベンジジン、ｏ−トリジン、ｍ−トリジン、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）ベンジジン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、ビス（４−（３−アミノフェノキシ)フェニル）スルホン、ビス（４−（４−アミノフェノキシ)フェニル）スルホン、２，２−ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）プロパン、２，２−ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、ｐ−ターフェニレンジアミン等が挙げられる。これらジアミンは、１種、あるいは必要に応じ２種以上併用してもよい。

２価の脂肪族基を構成させる脂肪族ジアミンとして例えば、４，４’−メチレンビス（シクロヘキシルアミン）、４，４’−メチレンビス（３−メチルシクロヘキシルアミン）、４，４’−メチレンビス（３−エチルシクロヘキシルアミン）、４，４’−メチレンビス（３，５−ジメチルシクロヘキシルアミン）、４，４’−メチレンビス（３，５−ジエチルシクロヘキシルアミン）、イソホロンジアミン、トランス−１，４−シクロヘキサンジアミン、シス−１，４−シクロヘキサンジアミン、１，４−シクロヘキサンビス（メチルアミン）、２，５−ビス（アミノメチル）ビシクロ〔２．２．１〕ヘプタン、２，６−ビス（アミノメチル）ビシクロ〔２．２．１〕ヘプタン、３，８−ビス（アミノメチル）トリシクロ〔５．２．１．０〕デカン、１，３−ジアミノアダマンタン、２，２−ビス（４−アミノシクロヘキシル）プロパン、２，２−ビス（４−アミノシクロヘキシル）ヘキサフルオロプロパン、１，３−プロパンジアミン、１，４−テトラメチレンジアミン、１，５−ペンタメチレンジアミン、１，６−ヘキサメチレンジアミン、１，７−ヘプタメチレンジアミン、１，８−オクタメチレンジアミン、１，９−ノナメチレンジアミン等が挙げられる。これらジアミンは、１種、あるいは必要に応じ２種以上併用してもよい。

上述した芳香族または脂肪族ジアミンの中でも、剛直かつ直線的な構造のジアミンが好ましく、例えば２，２’−ビス（トリフルオロメチル）ベンジジン（以下ＴＦＭＢと称することがある）、が好適に用いられる。

本発明のポリアミド酸及びポリイミドには、本発明にかかるポリイミドを重合する際の重合反応性およびポリイミドの特性を著しく損なわない範囲で、上記一般式（１）で表されるテトラカルボン酸二無水物以外の芳香族または脂肪族テトラカルボン酸二無水物由来の構成単位を有していてもよい。併用可能な芳香族テトラカルボン酸二無水物として例えば、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、２，３，２’，３’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ハイドロキノン−ビス（トリメリテートアンハイドライド）、メチルハイドロキノン−ビス（トリメリテートアンハイドライド）、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、３，４，３’，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、２，３，３’，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、２，３，２’，３’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，４，３’，４’−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、３，４，２’，３’−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、２，３，２’，３’−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、３，４，３’，４’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、３，４，２’，３’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、２，３，２’，３’−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酸二無水物、２，２’−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン酸二無水物等が挙げられる。

併用可能な脂肪族テトラカルボン酸二無水物として例えば、ビシクロ［２．２．２］オクト−７−エン−２，３，５，６−テトラカルボン酸二無水物、５−（ジオキソテトラヒドロフリル−３−メチル−３−シクロヘキセン−１，２−ジカルボン酸無水物、４−（２，５−ジオキソテトラヒドロフラン−３−イル）テトラリン−１，２−ジカルボン酸無水物、テトラヒドロフラン−２，３，４，５−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ−３，３’，４，４’−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、１，２，３，４−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。これらテトラカルボン酸二無水物は、１種、あるいは必要に応じ２種以上併用してもよい。

本発明のポリイミドは、耐熱性（物理的耐熱性）の観点から、該ポリイミドのガラス転移温度が２３０℃以上であることが好ましく、２５０℃以上であることがより好ましい。ガラス転移温度の測定法については実施例の項で後述する。

＜本発明のポリイミド溶液＞
本発明のポリイミド溶液は、上述したポリイミドと有機溶媒とを含有する。ポリイミド溶液中のポリイミド濃度は、ポリイミドフィルムの製造容易性の観点から、固形分濃度で５重量％以上であることが好ましく、ポリイミド溶液を用いて塗工されたフィルムの平滑性を確保する観点から５〜４０重量％、特に５〜２０重量％であることが好ましい。

本発明のポリイミド溶液に含まれる有機溶媒として例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドおよびＮ−メチル−２−ピロリドン等のアミド系溶媒；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノンおよびシクロヘキサノン等のケトン系溶媒；テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソランおよび１，４−ジオキサン等のエーテル系溶媒；酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、γ−ブチロラクトン、α−アセトラクトン、β−プロピオラクトンおよびδ−バレロラクトン等のエステル系溶媒；メチルモノグライム（１，２−ジメトキシエタン）、メチルジグライム（ビス（２−メトキシエチル）エーテル）、メチルトリグライム（１，２−ビス（２−メトキシエトキシ）エタン）、メチルテトラグライム（ビス［２−（２−メトキシエトキシエチル）］エーテル）、エチルモノグライム（１，２−ジエトキシエタン）、エチルジグライム（ビス（２−エトキシエチル）エーテル）およびブチルジグライム（ビス（２−ブトキシエチル）エーテル）等の対称グリコールジエーテル系溶媒；ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールｎ−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールｎ−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールｎ−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルおよびエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル系溶媒等を挙げることができる。これら有機溶媒は１種、あるいは必要に応じ２種以上併用してもよい。

上述した有機溶媒の中でもアミド系溶媒、ケトン系溶媒またはエーテル系溶媒、あるいはこれらの混合溶媒が好ましく、更には、ケトン系溶媒またはエーテル系溶媒単体か、あるいはこれらの混合溶媒での使用がより好ましい。これら有機溶媒の中でも、アミド系溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドおよびＮ−メチル−２−ピロリドン、ケトン系溶媒としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノンおよびシクロヘキサノン、エーテル系溶媒としてはメチルモノグライム（１，２−ジメトキシエタン）、メチルジグライム（ビス（２−メトキシエチル）エーテル）およびメチルトリグライム（１，２−ビス（２−メトキシエトキシ）エタン）等が特に好ましい。

本発明のポリイミド溶液には、得られるポリイミドフィルムの要求特性を損なわない範囲で、無機フィラー、接着促進剤、剥離剤、難燃剤、紫外線安定剤、界面活性剤、レベリング剤、消泡剤、蛍光増白剤、架橋剤、重合開始剤、感光剤等各種添加剤が含まれていてもよい。

本発明のポリイミド溶液から、公知の方法を適用することで容易にポリイミドフィルムを製造することができる。具体的に例えば、ガラス基板などの支持体上にポリイミド溶液を公知の方法、例えば、ドクターブレードなどを用いて塗布後、乾燥し、ポリイミドフィルムを作製することができる。また、銅箔等の金属箔上に公知の方法、例えば、ドクターブレードなどを用いて塗布後、乾燥し、ポリイミド／金属箔の積層フィルムを得ることができ、更に前記ポリイミド溶液を半導体やフレキシブル配線基板用の絶縁材料に適用する場合であれば、直接デバイス上にコーティングし、溶媒を乾燥させることで絶縁層が容易に形成できる。

＜本発明のポリアミド酸の製造方法＞
本発明のポリアミド酸を製造する方法は特に限定されず、公知の方法を適用することができる。より具体的には、上述した本発明のポリアミド酸及びポリイミドを構成するジアミンを後述する重合溶媒に溶解し、これに上記一般式（１）で表されるテトラカルボン酸二無水物、及び必要に応じ併用するテトラカルボン酸二無水物を徐々に添加し、０〜１００℃、好ましくは２０〜６０℃で、０．５〜１００時間、好ましくは１〜７２時間攪拌する。

ポリアミド酸を製造する際の溶媒（重合溶媒）は、モノマーおよび生成するポリアミド酸を溶解し、これらと反応しなければよく、具体的に例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のアミド系溶媒、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトン、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソブチル等のエステル系溶媒、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒、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、トリエチレングリコールジメチルエーテル等のグリコール系溶媒、フェノール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｏ−クレゾール、３−クロロフェノール、４−クロロフェノール等のフェノール系溶媒、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジブチルエーテル等のエーテル系溶媒、その他汎用溶媒として、アセトフェノン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、プロピレングリコールメチルアセテート、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、２−メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、ブタノール、エタノール、キシレン、トルエン、クロルベンゼン、ターペン、ミネラルスピリット、石油ナフサ系溶媒などが挙げられる。これら溶媒は１種、あるいは必要に応じ２種以上併用してもよい。

溶媒の使用量は、モノマー濃度が５〜５０重量％、好ましくは１０〜４０重量％となる範囲とする。前記モノマー濃度範囲で重合を行うことにより均一で高重合度のポリアミド酸溶液を得ることができる。ポリアミド酸の重合度が増加しすぎて、重合溶液が攪拌しにくくなった場合、適宜前述した溶媒で希釈してもよい。

テトラカルボン酸二無水物（上記一般式（１）で表されるテトラカルボン酸二無水物及び、必要に応じ併用するテトラカルボン酸二無水物の総量）とジアミンの使用比率（モル比）は、通常、テトラカルボン酸二無水物：ジアミン＝０．９：１〜１：０．９の範囲であるが、ポリアミド酸の重合度をできるだけ高くするとの観点から０．９５：１〜１：０．９５の範囲であることがより好ましく、１：１であることが更に好ましい。

ポリアミド酸の重合溶液はそのまま後述するポリイミドの製造に供してもよく、また、大量の水やメタノール等の貧溶媒中に滴下・濾過・乾燥し、粉末として単離してもよい。

上述した方法にて得られる本発明のポリアミド酸の固有粘度は、本発明のポリイミドフィルムの靭性、およびポリアミド酸溶液のハンドリング性の観点から、通常０．３〜１０．０ｄＬ／ｇの範囲であり、０．５〜５．０ｄＬ／ｇの範囲であることが好ましい。なお、固有粘度の測定法は、実施例の項で後述する。

＜本発明のポリイミドの製造方法＞
本発明のポリイミドは、上記の方法で得られたポリアミド酸を脱水閉環反応（イミド化反応）することで製造することができる。イミド化反応の方法としては、熱イミド化反応と化学イミド化反応が例示される。

熱イミド化反応は、ポリアミド酸溶液を無機ガラス、銅、アルミニウム、ステンレス、シリコン等からなる基板上に流延し、４０〜１５０℃、好ましくは５０〜１２０℃で乾燥することで、ポリアミド酸フィルムを形成する。これを基板上で真空中または窒素等の不活性ガス雰囲気中、２００〜４００℃、好ましくは２５０〜３５０℃で加熱することにより実施される。熱イミド化反応は真空中あるいは不活性ガス中で行うことが望ましいが、空気中で行うことも可能である。なお、ポリアミド酸溶液を調製するための溶媒としては、上述したポリアミド酸を製造する際に用いる溶媒と同様の溶媒が使用可能である。また、イミド化反応の副生成物である水を共沸留去するために、トルエンやキシレン等の水と共沸する溶媒を添加してもよく、またイミド化触媒としてγ―ピコリン等の塩基を添加してもよい。

また、本発明のポリイミドは、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを溶媒中高温で反応させることにより、ポリアミド酸を単離することなく、一段階で重合（ワンポット重合）することもできる。この際の重合温度は、溶媒の沸点にもよるが、通常１５０〜２５０℃の範囲である。またポリイミドが用いた溶媒に不溶な場合、ポリイミドは沈殿として得られ、可溶な場合はポリイミドのワニスとして得られる。

ワンポット重合の際に使用可能な溶媒として例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン等の非プロトン性溶媒及びフェノール、クレゾール等のフェノール系溶媒が挙げられる。また、ワンポット重合の際に、イミド化反応の副生成物である水を共沸留去するために、トルエンやキシレン等を添加してもよく、イミド化触媒としてγ―ピコリン等の塩基を添加してもよい。

続いて化学イミド化反応について詳述する。化学イミド化反応は、前記方法で得られたポリアミド酸溶液に上述したポリアミド酸を製造する際に使用可能な溶媒、特に前記ポリアミド酸製造時に用いた溶媒と同一の溶媒を加えて撹拌し易い適度な溶液粘度とし、撹拌しながら、有機酸の無水物と、塩基性触媒として３級アミンからなる脱水閉環剤（化学イミド化剤）を滴下し、０〜１００℃、好ましくは１０〜５０℃で１〜７２時間撹拌することで化学的にイミド化を完結させることができる。

化学イミド化反応の際に使用可能な有機酸無水物として例えば、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、無水イソ酪酸等が挙げられる。試薬の取り扱いや分離のし易さから無水酢酸が好適に使用される。また塩基性触媒としては、ピリジン、ピコリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジエチルアニリン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン等が使用でき、試薬の取り扱いや分離のし易さからピリジンが好適に用いられる。有機酸無水物量の使用量は通常、ポリアミド酸の理論脱水量の１〜２０倍モルの範囲であり、より好ましくは１〜１０倍モルである。また、塩基性触媒の使用量は、有機酸無水物１モルに対して０．１〜２倍モルの範囲であり、より好ましくは０．１〜１倍モルの範囲である。

化学イミド化反応の完結は、化学イミド化後の反応溶液からポリイミドを粉末として単離したものを重水素化溶媒に溶解して^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを測定し、ポリアミド酸由来のアミド基（ＮＨＣＯ）のプロトンピークやカルボキシル基（ＣＯＯＨ）のプロトンピークの完全な消失より確認することができる。また、ポリイミドフィルムを作製するか、ポリイミド粉末を用いてＫＢｒ法により赤外線吸収スペクトルを測定し、例えばポリアミド酸由来のアミドＣ＝Ｏ伸縮振動吸収帯の完全な消失とイミドＣ＝Ｏ伸縮振動吸収帯の出現から化学イミド化の完結を確認することができる。

前記化学イミド化法で得られた反応溶液はそのまま、前述したポリイミド溶液としても良く、また、反応溶液に含まれる塩基や未反応の化学イミド化剤、有機酸などの副生成物（以下、不純物という）を除去するため、精製操作に供してもよい。精製は公知の方法が利用できる。例えば、最も簡便な方法としては、イミド化した反応溶液を撹拌しながら大量の貧溶媒中に滴下してポリイミドを析出させた後、ポリイミド粉末を回収して不純物が除去されるまで繰返し洗浄し、減圧乾燥して、ポリイミド粉末を得る方法が適用できる。

上記した精製操作を実施するにあたり使用可能な貧溶媒としては、ポリイミドを析出させ、不純物を効率よく除去でき、乾燥し易い溶媒であればよく、例えば、水やメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類が挙げられ、これらを混合して用いてもよい。貧溶媒の量はポリイミド溶液中の溶媒やポリイミドの種類に応じ適宜調整する。

また、貧溶媒中に滴下する反応溶液に含まれるポリイミドの固形分濃度は、高すぎると析出するポリイミドが粒塊となり、その粗大な粒子中に不純物が残留する場合や、得られたポリイミド粉末を溶媒に再溶解する際に長時間要する場合がある。一方、濃度を薄くし過ぎると、多量の貧溶媒が必要となり、廃溶剤処理による環境負荷増大や製造コスト高になる場合がある。したがって、貧溶媒中に滴下する反応溶液に含まれるポリイミドの固形分濃度は、２０重量％以下、より好ましくは１０重量％以下である。反応溶液中のポリイミドの固形分濃度が前記範囲にない場合、適宜濃縮、あるいは溶媒を追加することにより調整可能である。

前述の方法により貧溶媒中に析出させたポリイミド粉末は回収し、残留溶媒を真空乾燥や熱風乾燥などで除去する。乾燥温度と時間は、ポリイミドが変質しない温度であれば制限はなく、３０〜１５０℃で３〜２４時間乾燥させることが好ましい。

前述した方法によって得られたポリイミド粉末は、２００〜４５０℃、好ましくは２５０〜４００℃で加熱圧縮することでポリイミドの成型体としてもよく、また、有機溶媒に再溶解させ、前述したポリイミド溶液としてもよい。

また、ポリアミド酸溶液中にＮ，Ｎ−ジシクロヘキシルカルボジイミドやトリフルオロ無水酢酸等の脱水試薬を添加・撹拌して０〜１００℃、好ましくは０〜６０℃で反応させることにより、ポリイミドの異性体であるポリイソイミドへ変換することができる。ポリイソイミドはポリイミドよりも溶媒溶解性に優れるため、固形分濃度を高くするのに適している。ポリイソイミド溶液は、無機ガラス、銅、アルミニウム、ステンレス、シリコン等からなる基板上に流延した後、２５０〜４５０℃、好ましくは２７０〜４００℃で熱処理することにより、熱力学的により安定なポリイミドへ容易に変換することができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、これら実施例に限定されるものではない。なお、以下の例における物性値は、次の方法により測定した。

１．上記式（４）で表されるビスフェノールの製造例における分析条件

〔１〕ＨＰＬＣ分析
・装置：（株）島津製作所製 ＬＣ−２０１０Ｃ
・カラム：一般財団法人 化学物質評価研究機構製 Ｌ−ｃｏｌｕｍｎ ＯＤＳ（５μｍ、４．６ｍｍφ×２５０ｍｍ）
・移動相：Ａ液＝５０％メタノール水、Ｂ液＝メタノール。なお、Ｂ液濃度に付、下記の通り濃度を変化させ分析を行った。
・Ｂ液濃度：０％（０分）→１００％（３０分）→１００％（４０分）。
・流量：１．０ｍｌ／分
・カラム温度：４０℃
・検出波長：ＵＶ ２５４ｎｍ
なお、以下実施例にて記載した各成分の含量及び純度は上記条件で測定したＨＰＬＣの面積百分率である。

〔２〕ＮＭＲ測定
^１Ｈ−ＮＭＲ及び^１３Ｃ−ＮＭＲは、内部標準としてテトラメチルシランを用い、溶媒としてＤＭＳＯ−ｄ_６を用いて、ＪＥＯＬ−ＥＳＣ４００分光計によって記録した。

〔３〕ＬＣ−ＭＳ測定
・装置：Ｗａｔｅｒｓ社製 Ｘｅｖｏ Ｇ２ Ｑ−Ｔｏｆ
・カラム：化学物質評価研究機構製 Ｌ−Ｃｏｌｕｍｎ２ ＯＤＳ（２μｍ、２．１ｍｍφ×１００ｍｍ）
・カラム温度：４０℃
・検出波長：ＵＶ ２２０−５００ｎｍ
・移動相：Ａ液＝１０ｍＭ酢酸アンモニウム水、Ｂ液＝メタノール。なお、Ｂ液濃度に付、下記の通り濃度を変化させ分析を行った。
Ｂ液濃度：６０％（０ｍｉｎ）→６５％（２５ｍｉｎ）→１００％（３５ｍｉｎ）
・移動相流量：０．３ｍｌ／ｍｉｎ
・検出法：Ｑ−Ｔｏｆ
・イオン化法：ＥＳＩ（＋、−）法
・Ｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ：電圧（＋）２．０ｋＶ、（−）１．５ｋＶ、温度１２０℃
・Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｃｏｎｅ ：電圧 ３０Ｖ、ガスフロー５０Ｌ／ｈ
・Ｄｅｓｏｌｖａｔｉｏｎ Ｇａｓ：温度５００℃、ガスフロー１０００Ｌ／ｈ

２．上記一般式（１）で表されるテトラカルボン酸二無水物の製造例における分析条件

〔１〕赤外線吸収スペクトル
フーリエ変換赤外分光光度計（日本分光社製ＦＴ−ＩＲ４１００）を用い、ＫＢｒプレート法にて本発明のテトラカルボン酸二無水物の赤外線吸収スペクトルを測定した。

〔２〕ＮＭＲ測定
^１Ｈ−ＮＭＲ及び^１３Ｃ−ＮＭＲは、内部標準としてテトラメチルシランを用い、溶媒としてＤＭＳＯ−ｄ_６を用いて、ＪＥＯＬ−ＥＣＰ４００分光計によって記録した。

〔３〕テトラカルボン酸二無水物の融点
ネッチジャパン社製示差走査熱量分析装置（ＤＳＣ３１００）を用いて、窒素雰囲気中、昇温速度５℃／分で測定した。

〔４〕元素分析
本発明のジアミンが十分高い純度を有していることを確認するため、ジェイ・サイエンス・ラボ（株）社製 有機微量元素分析装置（ＪＭ１０）を用いて、元素分析を行った。

３．上記一般式（２）で表されるポリアミド酸及び上記一般式（３）で表されるポリイミドの製造例における分析条件

〔１〕赤外線吸収スペクトル
フーリエ変換赤外分光光度計（日本分光社製ＦＴ−ＩＲ４１００）を用い、透過法にて本発明のポリイミド薄膜の赤外線吸収スペクトルを測定した。

〔２〕固有粘度
ポリイミドの粉末をＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）に溶解し、またはポリアミド酸ワニスを希釈して０．５重量％のＤＭＡｃ溶液とし、オストワルド粘度計を用いて３０℃で還元粘度を測定した。この値は実質的に固有粘度と見なすことができ、この値が高い程分子量が高いことを表す。

〔３〕ガラス転移温度（Ｔ_ｇ）
ネッチジャパン社製熱機械分析装置（ＴＭＡ４０００）を用いて動的粘弾性測定により、周波数０．１Ｈｚ、昇温速度５℃／分における損失エネルギー曲線のピーク温度からポリイミドフィルム（膜厚約２０μｍ）のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）を求めた。Ｔ_ｇが高いほど、物理的耐熱性が高いことを表す。

〔４〕線熱膨張係数（ＣＴＥ）
ネッチジャパン社製熱機械分析装置（ＴＭＡ４０００）を用いて、熱機械分析により、荷重０．５ｇ／膜厚１μｍ、昇温速度５℃／分における試験片の伸びより、１００〜２００℃の範囲での平均値としてポリイミドフィルム（膜厚約２０μｍ）のＣＴＥを求めた。この値が低い程、熱寸法安定性に優れていることを表す。

〔５〕５％重量減少温度（Ｔ_ｄ ^５）
ネッチジャパン社製熱重量分析装置（ＴＧ−ＤＴＡ２０００）を用いて、窒素中（Ｔ_ｄ ^５ _Ｎ２）または空気中（Ｔ_ｄ ^５ _air）、昇温速度１０℃／分での昇温過程において、ポリイミドフィルム（膜厚約２０μｍ）の初期重量が５％減少した時の温度を測定した。Ｔ_ｄ ^５の値が高いほど、熱安定性が高いことを表す。

〔６〕溶媒溶解性
得られたポリイミド粉末１０ｍｇに対し、有機溶媒１ｍＬ（固形分濃度約１重量％）をサンプル管に入れ、試験管ミキサーを用いて５分間撹拌して溶解状態を目視で確認した。評価基準は以下の通り。
＋＋：室温で溶解
＋：加熱して溶解
―：不溶

４．上記式（４）で表されるビスフェノールの合成例

＜製造例１＞

攪拌器、冷却器及び温度計を備えたガラス製反応容器に、９−フルオレノン４５．００ｇ（０．２５０ｍｏｌ）、ハイドロキノン１２３．７４ｇ（１．１２４ｍｏｌ）、レゾルシン４１．２５ｇ（０．３７５ｍｏｌ）、ｐ−トルエンスルホン酸４．７５ｇ（０．０２５ｍｏｌ）及びｐ−キシレン４５０．００ｇを仕込み、１１０℃まで昇温した。同温度で３時間攪拌した後、反応液をＨＰＬＣにより分析したところ、９−フルオレノンのピークは検出されなかった。

続いて得られた反応液にイオン交換水を加えて７０℃まで冷却し、同温度にて２４重量％水酸化ナトリウム水溶液を加え中和した後、ｐ−キシレン４５．００ｇを添加した。その後、反応液を８６℃まで昇温し、８６℃で濾過することにより無機塩を除去した。濾過後、ろ液にｐ−キシレンと酢酸イソプロピルを添加、撹拌、静置後、水相を分液除去した。次いで、有機相を８０℃でイオン交換水を用いて洗浄した後、有機相を濃縮乾固することにより、淡橙色結晶６９．８７ｇを得た。得られた結晶をＨＰＬＣにて分析した所、上記式（４）で表されるビスフェノールの含量は５４．９％であった。

次いで、得られた結晶１５．０ｇを、シリカゲルカラム（展開溶媒 クロロホルム：酢酸エチル＝１２/１）で精製することで、上記式（４）で表されるビスフェノールの含量が９３．９％の結晶２．５９ｇ、及び上記式（４）で表されるビスフェノールの含量が８８．７％の結晶４．９３ｇを得た。

上記実施例にて得られた結晶の内、含量（純度）が９３．９％の結晶に付、¹Ｈ−ＮＭＲ、^１３Ｃ−ＮＭＲ及びＬＣ−ＭＳ分析を実施した。それぞれの分析結果を下記する。

¹Ｈ-ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ_６，４００ＭＨｚ，ＴＭＳ）δ（ｐｐｍ）：９．２０（ｂｓ、２Ｈ）、７．９３（ｄ、４Ｈ、Ｊ＝７．６Ｈｚ）、７．３６（ｄｔ、４Ｈ、Ｊ＝７．２Ｈｚ、０．８Ｈｚ）、７．２３（ｄｔ、４Ｈ、Ｊ＝８．０Ｈｚ、１．２Ｈｚ）、７．０５（ｄ、２Ｈ、Ｊ＝８．８Ｈｚ）、７．０４（ｄ、４Ｈ、Ｊ＝８．０Ｈｚ）、６．５８（ｄｄ、２Ｈ、Ｊ＝８．８Ｈｚ、２．８Ｈｚ）、６．５５（ｄ、２Ｈ、Ｊ＝２．０Ｈｚ）、６．２１（ｄｄ、２Ｈ、Ｊ＝８．４Ｈｚ、２．８Ｈｚ）、６．００（ｄ、２Ｈ、J＝８．８Ｈｚ）、５．６４（ｄ、２Ｈ、Ｊ＝２．８Ｈｚ）。

^１３Ｃ-ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ_６，４００ＭＨｚ，ＴＭＳ）δ（ｐｐｍ）：１５７．６、１５４．７、１５２．７、１５１．８、１４３．８、１３９．１、１２８．４、１２８．１、１２７．８、１２７．６、１２５．３、１２５．１、１２０．３、１１７．４、１１５．６、１１３．８、１１２．３、１１１．３、１０２．５、５３．６。

マススペクトル値（ＭＨ⁻）：３６３．１０

５．テトラカルボン酸二無水物の合成例

＜実施例１＞
製造例１に記載の方法と同様の製法により製造した、上記式（４）で表されるビスフェノール１．８３３ｇ（５．０ｍｍｏｌ）を脱水アセトン２７ｍＬに溶かし、更に脱酸剤としてピリジン２．４３ｍＬ（３０．０ｍｍｏｌ）を添加し、セプタムキャップで密栓してＡ液とした。次に別の三口フラスコ中、トリメリット酸無水物クロリド３．１６１ｇ（１５．０ｍｍｏｌ）を脱水アセトン９．４ｍＬに溶解し、セプタムキャップで密栓してＢ液とした。Ｂ液を氷浴で冷却し、マグネチックスターラーで攪拌しながら、Ｂ液にＡ液をシリンジでゆっくりと滴下した。滴下終了後、冷却下で数時間攪拌し、更に室温で１２時間撹拌した。反応終了後、アセトンをエバポレーターにて留去した。析出物をトルエンで洗浄したのち、塩化物イオンが検出されなくなるまで水で洗浄した。これを２００℃で１２時間真空乾燥することで、淡黄色の粗生成物２．４１ｇ（収率：７２％）を得た。

得られた粗生成物の内、１．５３ｇをトルエン及び無水酢酸の混合溶液（体積比２５：２）を用いて再結晶し、２００℃で１２時間真空乾燥することで、黄色粉末１．０５ｇ（通算収率５０％）を得た。この粉末の分析結果を以下に示す。

・融点：２９４℃（ＤＳＣ）。
・ＦＴ−ＩＲスペクトル（ＫＢｒ、ｃｍ^−１）：３０６６（芳香族Ｃ−Ｈ伸縮振動）、１８６３／１７８０（酸無水物Ｃ＝Ｏ伸縮振動）、１７３６（エステルＣ＝Ｏ伸縮振動）、１４８８（置換フェニル基）、１２２３（エステル＋キサンテン基Ｃ−Ｏ−Ｃ伸縮振動）。
^１Ｈ−ＮＭＲスペクトル（４００ＭＨｚ，ＤＭＳＯ−ｄ_６，δ，ｐｐｍ）：８．６３−８．５９（ｍ、２Ｈ、無水フタル酸３，６−プロトン）、８．４８−８．４５（ｍ、２Ｈ、無水フタル酸３’，６’−プロトン）、８．２８（ｄ、１Ｈ、、Ｊ＝７．９Ｈｚ、無水フタル酸５−プロトン）、８．１６（ｄ、１Ｈ、、Ｊ＝７．８Ｈｚ、無水フタル酸５’−プロトン）、８．０２（ｄ、２Ｈ、Ｊ＝７．６Ｈｚ、フルオレン基４，８−プロトン）、７．５０−７．４５（ｍ、４Ｈ、フルオレン基３，７−プロトン＋キサンテン基の４，７−プロトン）、７．３７−７．３１（ｍ、３Ｈ、フルオレン基２，６−プロトン＋キサンテン基８−プロトン）、６．９２（ｄｄ、１Ｈ、Ｊ＝８．６、２．３Ｈｚ、キサンテン基２−プロトン）、６．３７−６．３５（ｍ、２Ｈ、キサンテン基１，５−プロトン）。
・元素分析（分子量７１２．６３）：推定値（％）Ｃ；７２．４７、Ｈ；２．８３、分析値Ｃ；７２．４４、Ｈ；３．１６。

上記した分析結果より、上記の粉末は以下式（５）で表される、目的とする本発明のテトラカルボン酸二無水物であることが確認された。

６．ポリアミド酸及びポリイミドの製造例及びポリイミドフィルムの特性評価

＜実施例２＞
よく乾燥した密閉反応容器に、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）ベンジジン（ＴＦＭＢ）１ｍｍｏｌを入れ、モレキュラーシーブス４Ａで十分に脱水したＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（以下、ＤＭＡｃと称することがある）を入れて溶解した。この溶液に、実施例１と同様の方法により製造した、上記式（５）で表されるテトラカルボン酸二無水物１ｍｍｏｌを加え、初期の全溶質濃度３０重量％より重合反応を開始した。反応開始後、室温で７２時間攪拌することで均一で粘稠なポリアミド酸溶液が得られた。なお、反応中、溶液粘度が高くなりすぎたため、ＤＭＡｃを適宜追加し、最終溶質濃度は２１％であった。

反応終了後、ポリアミド酸の固有粘度を、ＤＭＡｃ中、３０℃、０．５重量％の濃度でオストワルド粘度計にて測定した結果、固有粘度は１．４８ｄＬ／ｇであり、十分高分子量体であることを確認した。

続いて、上記の通り得られたポリアミド酸溶液をＤＭＡｃにて希釈し、理論脱水量の５倍の無水酢酸を含む化学イミド化剤（無水酢酸／ピリジンの体積比：７／３）を滴下して、室温で２４時間攪拌することで化学イミド化反応を行い、本発明のポリイミドを含むポリイミド溶液を得た。得られたポリイミド溶液をＤＭＡｃにて希釈し、大量のメタノール中に滴下することでポリイミド粉末を析出させ、該粉末を濾過・乾燥することによりポリイミド粉末を単離した。このポリイミド粉末を重水素化ジメチルスルホオキシドに溶解し^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを測定したところ、化学イミド化反応が完結していることが確認された。また、得られたポリイミド粉末の固有粘度を測定した所、１．８５ｄＬ／ｇであった。

このポリイミド粉末をシクロペンタノン（ＣＰＮ）に再溶解することで、固形分濃度１５重量％のポリイミド溶液を得た。得られたポリイミド溶液をガラス基板に塗布し、熱風乾燥器中、６０℃で２時間乾燥後、基板ごと真空中２００℃で１時間乾燥することによりポリイミドフィルムとした後、更に該フィルムを基板から剥がして、２５０℃で１時間熱処理を行った。

得られたポリイミドフィルムについて、上述した条件にてガラス転移温度、ＣＴＥ及び５％重量減少温度を測定した。結果を以下に示す。
・ガラス転移温度（Ｔｇ）：２６８℃
・ＣＴＥ：２５．４ｐｐｍ／Ｋ
・５％重量減少温度；窒素中：４９９℃、空気中：４７５℃。

なお、ＣＴＥが２５．４ｐｐｍ／Ｋと低い値を示した理由としては、本発明のポリイミドの主鎖構造が剛直で直線性が高いことに由来して、キャスト製膜工程の際にポリイミド主鎖がフィルム面に対して平行な方向に著しく配向したことによるものと考えられる。

得られたポリイミドの溶媒溶解性を表１に示す。また、ポリイミドフィルムの赤外線吸収スペクトルを図１に示す。

＜実施例３＞
ジアミンとしてＴＦＭＢの代わりに、４，４’−オキシジアニリン（ＯＤＡ）を用いた以外は、実施例２に記載した方法に従ってポリアミド酸を重合し、化学イミド化、ワニス化、製膜、および膜物性評価を行った。得られたポリイミドの溶媒溶解性を表１に、各物性値を表２に記載する。

＜実施例４＞
テトラカルボン酸二無水物として、上記式（５）で表されるテトラカルボン酸二無水物を単独で使用する代わりに、上記式（５）で表されるテトラカルボン酸二無水物と他のテトラカルボン酸二無水物として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酸二無水物（６ＦＤＡ）をモル比で１：１の比率で併用し共重合した以外は、実施例２に記載した方法に従って、ポリアミド酸の重合、化学イミド化、ワニス化、製膜および特性評価を行った。得られたポリイミドの溶媒溶解性を表１に、各物性値を表２に記載する。

＜比較例１＞
テトラカルボン酸二無水物成分としてピロメリット酸無水物（ＰＭＤＡ）を用いる以外は実施例３に準じてを行った後、熱イミド化工程を経てポリイミドフィルムを作製し、膜物性評価を行った。得られたポリイミドは如何なる溶媒にも不溶であり、溶液加工性を有していなかった。

＜比較例２＞
テトラカルボン酸二無水物成分として以下式（８）：

で表されるテトラカルボン酸二無水物を用いる以外は実施例２に準じて重合、化学イミド化及び製膜し、膜物性評価を行った。得られたポリイミドの溶媒溶解性を表１に、各物性値を表２に記載する。

＜比較例３＞
テトラカルボン酸二無水物成分として上記式（８）で表されるテトラカルボン酸二無水物を用いる以外は実施例３に準じて重合、化学イミド化及び製膜し、膜物性評価を行った。得られたポリイミドの溶媒溶解性を表１に、各物性値を表２に記載する。

上記表１における溶媒の略称について
ＤＭＦ：Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド
ＤＭＡｃ：Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド
ＮＭＰ：Ｎ−メチルピロリドン
ＧＢＬ：γ―ブチロラクトン
ＴＨＦ：テトラヒドロフラン
ＣＰＮ：シクロペンタノン

Claims (6)

1. 下記一般式（１）：
   

   

   
   （一般式（１）中、Ｘ_１はエステル基またはエーテル基を表す。）
   で表されるテトラカルボン酸二無水物。
2. 下記一般式（２）：
   

   

   （一般式（２）中、Ａは２価の芳香族基または脂肪族基を表し、Ｘ_１はエステル基またはエーテル基を表す。）
   で表される繰り返し単位を有するポリアミド酸。
3. 下記一般式（３）：
   

   

   （一般式（３）中、Ａは２価の芳香族基または脂肪族基を表し、Ｘ_１はエステル基またはエーテル基を表す。）
   で表される繰り返し単位を有するポリイミド。
4. 請求項３に記載のポリイミドを固形分濃度で５重量％以上含むポリイミド溶液。
5. 請求項３に記載のポリイミドを含むポリイミドフィルム。
6. ガラス転移温度が２５０℃以上である、請求項３に記載のポリイミド、又は請求項５に記載のポリイミドフィルム。

Images