JP2019108552A - ポリイミド前駆体組成物、ポリイミドの製造方法、ポリイミド、ポリイミドフィルム、及び基板 - Google Patents

ポリイミド前駆体組成物、ポリイミドの製造方法、ポリイミド、ポリイミドフィルム、及び基板 Download PDF

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Abstract

【課題】厚み方向位相差が小さく、機械的特性、透明性にも優れるポリイミドが得られるポリイミド前駆体組成物。【解決手段】下記式(1)(X1は脂環構造を有する4価の基、Y1は芳香族環を有する2価の基、R1、R2はそれぞれ独立に水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数3〜9のアルキルシリル基。)で表される繰り返し単位を含むポリイミド前駆体と、イミダゾール系化合物。【選択図】なし

Description

本発明は、厚み方向位相差(レタデーション)が小さく、機械的特性にも優れ、さらに透明性にも優れるポリイミドが得られるポリイミド前駆体を含む溶液組成物(ポリイミド前駆体組成物)、及びポリイミドの製造方法に関する。また、本発明は、透明性に優れ、厚み方向位相差が小さく、機械的特性にも優れたポリイミド、ポリイミドフィルム、及び基板にも関する。
近年、高度情報化社会の到来に伴い、光通信分野の光ファイバーや光導波路等、表示装置分野の液晶配向膜やカラーフィルター用保護膜等の光学材料の開発が進んでいる。特に表示装置分野で、ガラス基板の代替として軽量でフレキシブル性に優れたプラスチック基板の検討や、曲げたり丸めたりすることが可能なディスプレイの開発が盛んに行われている。このため、その様な用途に用いることができる、より高性能の光学材料が求められている。
芳香族ポリイミドは、分子内共役や電荷移動錯体の形成により、本質的に黄褐色に着色する。このため着色を抑制する手段として、例えば分子内へのフッ素原子の導入、主鎖への屈曲性の付与、側鎖として嵩高い基の導入などによって、分子内共役や電荷移動錯体の形成を阻害して、透明性を発現させる方法が提案されている。
また、原理的に電荷移動錯体を形成しない半脂環式または全脂環式ポリイミドを用いることにより透明性を発現させる方法も提案されている。
例えば、特許文献1〜3に、テトラカルボン酸成分として芳香族テトラカルボン酸二無水物、ジアミン成分として脂環式ジアミンを用いた、透明性が高い半脂環式ポリイミドが開示されている。
また、例えば、特許文献4〜7には、テトラカルボン酸成分として脂環式テトラカルボン酸二無水物、ジアミン成分として芳香族ジアミンを用いた種々の、透明性が高い半脂環式ポリイミドが開示されている。
非特許文献1には、テトラカルボン酸成分として、ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸二無水物を用いたポリイミドが開示されている。さらに、ここで用いているノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸二無水物は6種類の立体異性体を含んでいることが記載されている。特許文献8にも、テトラカルボン酸成分として、ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸二無水物を用いたポリイミドが開示されている。
しかしながら、用途によっては、特に表示装置などの分野においては、透明性が高いことに加え、厚み方向位相差を低下させることが望まれている。厚み方向位相差が大きいフィルムを透過することで、色が正しく表示されない、色のにじみや視野角が狭くなるといった問題が起こることがある。そのため、特に表示装置などの分野においては、厚み方向位相差が小さいポリイミドフィルムが求められている。
一方、特許文献9には、ポリイミド前駆体(ポリアミド酸)にイミダゾリン系化合物および/またはイミダゾール系化合物を配合してなる塗液を加熱することによって形成されてなるポリイミドが開示されている。より具体的には、実施例1では、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物と4,4’−ジアミノビフェニルエーテルから得られるポリアミド酸の溶液に2,4−ジメチルイミダゾリンを加えた溶液を基板上に塗布し、200℃、1時間加熱して、膜厚1000Å(0.1μm)の芳香族ポリイミド皮膜を得ている。実施例2では、ピロメリット酸二無水物と4,4’−ジアミノビフェニルエーテルから得られるポリアミド酸の溶液に2−エチルイミダゾリンおよび1,2−ジメチルイミダゾールを加えた溶液を基板上に塗布し、150℃、1時間加熱して、膜厚800Å(0.08μm)の芳香族ポリイミド皮膜を得ている。特許文献9には、イミダゾリン系化合物および/またはイミダゾール系化合物の添加により茶褐色の著しい着色は免れることになり、光線透過率の高い透明性に優れた液晶表示素子を得ることが可能となった、と記載されている。しかしながら、実施例1のポリイミド皮膜(液晶配向膜)を用いた液晶表示素子の波長400nmの光透過率は82%(ポリイミド膜厚:0.1μm)、実施例2のポリイミド皮膜(液晶配向膜)を用いた液晶表示素子の波長400nmの光透過率は83%(ポリイミド膜厚:0.08μm)であり、このポリイミドは十分な透明性を有するものではない。
また、透明性が低い芳香族ポリイミドの製造方法として、特許文献10には、ポリイミド前駆体樹脂、及び、イミダゾール、N−メチルイミダゾール等のポリイミド前駆体樹脂の硬化促進剤を有機極性溶媒に溶解したポリイミド前駆体樹脂含有溶液を基材上に塗布し、続く熱処理で乾燥及びイミド化によるポリイミド樹脂層の形成を280〜380℃の範囲内で完結するポリイミド樹脂層の形成方法が開示されており、これらの硬化促進剤を使用することで、熱線膨張係数を低く制御できることが記載されている。特許文献10には、また、硬化促進剤は、その沸点が120℃を越えるものを使用することが好ましく、沸点が、熱処理の上限温度を超えないものを選択することが好ましいことが記載されており、沸点が、例えば400℃以上の硬化促進剤は、イミド化後のポリイミド樹脂層中に残存する割合が高くなり、ポリイミド樹脂層の機能に影響を与える傾向にあることが記載されている。
特開2003−192787号公報 特開2004−83814号公報 特開2008−308550号公報 特開2003−168800号公報 国際公開第2008/146637号 特開2002−69179号公報 特開2002−146021号公報 国際公開第2011/099518号 特開昭61−267030号公報 特開2008−115378号公報
高分子論文集,Vol.68,No.3,P.127−131(2011)
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、透明性に優れるポリイミドであって、同一組成でも厚み方向位相差がより小さいポリイミド、または、厚み方向位相差が小さく、機械的特性にも優れ、さらに透明性にも優れたポリイミドが得られるポリイミド前駆体組成物(ポリイミド前駆体を含む溶液組成物)、及びポリイミドの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、以下の各項に関する。
1. 下記化学式(1)で表される繰り返し単位、または下記化学式(2)で表される繰り返し単位を含むポリイミド前駆体と、
イミダゾール系化合物を含み、
イミダゾール系化合物の含有量が、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対して4モル未満であることを特徴とするポリイミド前駆体組成物。
Figure 2019108552
Figure 2019108552
(式中、Xは脂環構造を有する4価の基であり、Yは芳香族環を有する2価の基であり、R、Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1〜6のアルキル基、または炭素数3〜9のアルキルシリル基である。)
Figure 2019108552
(式中、Xは芳香族環を有する4価の基であり、Yは脂環構造を有する2価の基であり、R、Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1〜6のアルキル基、または炭素数3〜9のアルキルシリル基である。)
2. このポリイミド前駆体組成物から得られるポリイミドが、厚さ10μmのフィルムでの波長400nmの光透過率が75%以上であることを特徴とする前記項1に記載のポリイミド前駆体組成物。
3. 前記イミダゾール系化合物の含有量が、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対して0.05モル以上2モル以下であることを特徴とする前記項1又は2に記載のポリイミド前駆体組成物。
4. 前記イミダゾール系化合物の1気圧における沸点が340℃未満であることを特徴とする前記項1〜3のいずれかに記載のポリイミド前駆体組成物。
5. 前記イミダゾール系化合物が、1,2−ジメチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、イミダゾール、またはベンゾイミダゾールのいずれかであることを特徴とする前記項1〜4のいずれかに記載のポリイミド前駆体組成物。
6. 前記項1〜5のいずれかに記載のポリイミド前駆体組成物を、最高加熱温度350℃超で加熱処理して、ポリイミド前駆体をイミド化することを特徴とするポリイミドの製造方法。
7. 前記項1〜5のいずれかに記載のポリイミド前駆体組成物を基材上に塗布する工程と、
基材上のポリイミド前駆体組成物を、最高加熱温度350℃超で加熱処理して、ポリイミド前駆体をイミド化する工程と
を有することを特徴とする前記項6に記載のポリイミドの製造方法。
8. 前記加熱処理の最高加熱温度が400℃を超えることを特徴とする前記項6又は7に記載のポリイミドの製造方法。
9. 前記項6〜8のいずれかに記載の方法により製造されるポリイミド。
10. 厚さ10μmのフィルムでの波長400nmの光透過率が75%以上であることを特徴とする前記項9に記載のポリイミド。
11. 前記項6〜8のいずれかに記載の方法により製造されるポリイミドフィルム。
12. 前記項9又は10に記載のポリイミド、又は前記項11に記載のポリイミドフィルムを含むことを特徴とするディスプレイ用、タッチパネル用、または太陽電池用の基板。
本発明によって、透明性に優れるポリイミドであって、同一組成でも厚み方向位相差がより小さいポリイミド、または、厚み方向位相差が小さく、機械的特性にも優れ、さらに透明性にも優れたポリイミドが得られるポリイミド前駆体組成物(ポリイミド前駆体を含む溶液組成物)、及びポリイミドの製造方法を提供することができる。
本発明のポリイミド前駆体組成物から得られるポリイミド(本発明のポリイミド)は、透明性が高く、且つ厚み方向位相差が小さく、また、低線熱膨張係数であって微細な回路の形成が容易であり、ディスプレイ用途などの基板を形成するために好適に用いることができる。また、本発明のポリイミドは、タッチパネル用、太陽電池用の基板を形成するためにも好適に用いることができる。
本発明のポリイミド前駆体組成物は、前記化学式(1)で表される繰り返し単位、または前記化学式(2)で表される繰り返し単位の少なくとも1種を含むポリイミド前駆体と、イミダゾール系化合物を含み、イミダゾール系化合物の含有量は、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対して4モル未満である。
前記化学式(1)で表される繰り返し単位、または前記化学式(2)で表される繰り返し単位の少なくとも1種を含むポリイミド前駆体から得られるポリイミド、すなわち半脂環式ポリイミドは、透明性が高い。このような透明性が高いポリイミドの場合、着色の要因となりえる添加物の使用は好まれない。しかしながら、イミダゾール系化合物を、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対して4モル未満、好ましくは0.05モル以上2モル以下の割合で、ポリイミド前駆体組成物に加えることにより、高い透明性を保ったまま、厚み方向位相差が小さいポリイミドが得られる。すなわち、本発明によれば、同一組成のポリイミド前駆体から、高い透明性を維持しながら、厚み方向位相差がより小さいポリイミドが得られる。また、1気圧における沸点が340℃未満であるイミダゾール系化合物を用いた場合、得られるポリイミドの透明性がさらに向上することがある。
さらに、透明性が高いポリイミドを得るためには、ポリイミド前駆体を比較的低温度で加熱処理してイミド化を完了する方が好ましいと一般に考えられているが、本発明によれば、最高加熱温度が350℃を超える、特に好ましくは400℃を超える加熱処理によってポリイミド前駆体をイミド化しても、透明性が高いポリイミドを製造することができる。その結果、イミド化のための加熱処理の最高加熱温度を、350℃を超える高温、特に好ましくは400℃を超える高温とすることが可能になるので、得られるポリイミドの機械的特性が向上する。すなわち、本発明によれば、透明性が高く、厚み方向位相差が小さく、機械的特性にも優れたポリイミドが得られる。
前記のとおり、本発明のポリイミド前駆体組成物は、前記化学式(1)で表される繰り返し単位、または前記化学式(2)で表される繰り返し単位の少なくとも1種を含むポリイミド前駆体を含む。
前記化学式(1)中のXとしては、炭素数が4〜40の脂環構造を有する4価の基が好ましく、Yとしては、炭素数が6〜40の芳香族環を有する2価の基が好ましい。
前記化学式(1)の繰り返し単位を与えるテトラカルボン酸成分としては、例えば、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、イソプロピリデンジフェノキシビスフタル酸、シクロヘキサン−1,2,4,5−テトラカルボン酸、[1,1’−ビ(シクロヘキサン)]−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸、[1,1’−ビ(シクロヘキサン)]−2,3,3’,4’−テトラカルボン酸、[1,1’−ビ(シクロヘキサン)]−2,2’,3,3’−テトラカルボン酸、4,4’−メチレンビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)、4,4’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)、4,4’−オキシビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)、4,4’−チオビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)、4,4’−スルホニルビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)、4,4’−(ジメチルシランジイル)ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)、4,4’−(テトラフルオロプロパン−2,2−ジイル)ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)、オクタヒドロペンタレン−1,3,4,6−テトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸、6−(カルボキシメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5−トリカルボン酸、ビシクロ[2.2.2]オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.2]オクタ−5−エン−2,3,7,8−テトラカルボン酸、トリシクロ[4.2.2.02,5]デカン−3,4,7,8−テトラカルボン酸、トリシクロ[4.2.2.02,5]デカ−7−エン−3,4,9,10−テトラカルボン酸、9−オキサトリシクロ[4.2.1.02,5]ノナン−3,4,7,8−テトラカルボン酸、ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸、(4arH,8acH)−デカヒドロ−1t,4t:5c,8c−ジメタノナフタレン−2c,3c,6c,7c−テトラカルボン酸、(4arH,8acH)−デカヒドロ−1t,4t:5c,8c−ジメタノナフタレン−2t,3t,6c,7c−テトラカルボン酸や、これらのテトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸シリルエステル、テトラカルボン酸エステル、テトラカルボン酸クロライド等の誘導体が挙げられる。テトラカルボン酸成分は、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。
前記化学式(1)の繰り返し単位を与えるジアミン成分としては、例えば、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、ベンジジン、3,3'−ジアミノ−ビフェニル、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、3,3’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、m−トリジン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、3,4’−ジアミノベンズアニリド、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)テレフタルアミド、N,N’−p−フェニレンビス(p−アミノベンズアミド)、4−アミノフェノキシ−4−ジアミノベンゾエート、ビス(4−アミノフェニル)テレフタレート、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸ビス(4−アミノフェニル)エステル、p−フェニレンビス(p−アミノベンゾエート)、ビス(4−アミノフェニル)-[1,1'-ビフェニル]-4,4'-ジカルボキシレート、[1,1'-ビフェニル]-4,4'-ジイル ビス(4-アミノベンゾエート)、4,4’−オキシジアニリン、3,4’−オキシジアニリン、3,3’−オキシジアニリン、p−メチレンビス(フェニレンジアミン)、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、1,4−ビス(4−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、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、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、ビス(4−アミノフェニル)スルホン、3,3'−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、3,3’−ビス((アミノフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2’−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4−(4−アミノフェノキシ)ジフェニル)スルホン、ビス(4−(3−アミノフェノキシ)ジフェニル)スルホン、オクタフルオロベンジジン、3,3'−ジメトキシ−4,4'−ジアミノビフェニル、3,3'−ジクロロ−4,4'−ジアミノビフェニル、3,3'−ジフルオロ−4,4'−ジアミノビフェニル、2スルホンスルホン,4−ビス(4−アミノアニリノ)−6−アミノ−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(4−アミノアニリノ)−6−メチルアミノ−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(4−アミノアニリノ)−6−エチルアミノ−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(4−アミノアニリノ)−6−アニリノ−1,3,5−トリアジンが挙げられる。ジアミン成分は、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。
この前記化学式(1)で表される繰り返し単位の少なくとも1種を含むポリイミド前駆体は、前記化学式(1)で表される繰り返し単位以外の、他の繰り返し単位を含むことができる。他の繰り返し単位を与えるテトラカルボン酸成分およびジアミン成分としては、特に限定されず、他の公知の芳香族または脂肪族テトラカルボン酸類、公知の芳香族または脂肪族ジアミン類いずれも使用することができる。他のテトラカルボン酸成分も、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。他のジアミン成分も、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。
前記化学式(1)で表される繰り返し単位以外の、他の繰り返し単位の含有量は、全繰り返し単位に対して、好ましくは30モル%以下または30モル%未満、より好ましくは20モル%以下、さらに好ましくは10モル%以下であることが好ましい。
前記化学式(2)中のXとしては、炭素数が6〜40の芳香族環を有する4価の基が好ましく、Yとしては、炭素数が4〜40の脂環構造を有する2価の基が好ましい。
前記化学式(2)の繰り返し単位を与えるテトラカルボン酸成分としては、例えば、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、4−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−1,2−ジカルボン酸、ピロメリット酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、4,4’−オキシジフタル酸、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、m−ターフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸二無水物、p−ターフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸二無水物、ビスカルボキシフェニルジメチルシラン、ビスジカルボキシフェノキシジフェニルスルフィド、スルホニルジフタル酸や、これらのテトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸シリルエステル、テトラカルボン酸エステル、テトラカルボン酸クロライド等の誘導体が挙げられる。テトラカルボン酸成分は、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。
前記化学式(2)の繰り返し単位を与えるジアミン成分としては、例えば、1,4−ジアミノシクロへキサン、1,4−ジアミノ−2−メチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−エチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−n−プロピルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−イソプロピルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−n−ブチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−イソブチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2―sec―ブチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2―tert―ブチルシクロヘキサン、1,2−ジアミノシクロへキサン、1,3−ジアミノシクロブタン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ジアミノビシクロヘプタン、ジアミノメチルビシクロヘプタン、ジアミノオキシビシクロヘプタン、ジアミノメチルオキシビシクロヘプタン、イソホロンジアミン、ジアミノトリシクロデカン、ジアミノメチルトリシクロデカン、ビス(アミノシクロへキシル)メタン、ビス(アミノシクロヘキシル)イソプロピリデン6,6'-ビス(3-アミノフェノキシ)-3,3,3',3'-テトラメチル-1,1'-スピロビインダン、6,6'-ビス(4-アミノフェノキシ)-3,3,3',3'-テトラメチル-1,1'-スピロビインダンが挙げられる。ジアミン成分は、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。
この前記化学式(2)で表される繰り返し単位の少なくとも1種を含むポリイミド前駆体は、前記化学式(2)で表される繰り返し単位以外の、他の繰り返し単位を含むことができる。他の繰り返し単位を与えるテトラカルボン酸成分およびジアミン成分としては、特に限定されず、他の公知の芳香族または脂肪族テトラカルボン酸類、公知の芳香族または脂肪族ジアミン類いずれも使用することができる。他のテトラカルボン酸成分も、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。他のジアミン成分も、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。
前記化学式(2)で表される繰り返し単位以外の、他の繰り返し単位の含有量は、全繰り返し単位に対して、好ましくは30モル%以下または30モル%未満、より好ましくは20モル%以下、さらに好ましくは10モル%以下であることが好ましい。
ポリイミド前駆体は、前記化学式(1)で表される繰り返し単位の少なくとも1種と前記化学式(2)で表される繰り返し単位の少なくとも1種とを含むものであってもよい。その場合も、前記化学式(1)及び(2)で表される繰り返し単位以外の、他の繰り返し単位の含有量は、全繰り返し単位に対して、好ましくは30モル%以下または30モル%未満、より好ましくは20モル%以下、さらに好ましくは10モル%以下であることが好ましい。
ある実施態様においては、ポリイミド前駆体としては、例えば、下記化学式(1−1)で表される繰り返し単位を含むポリイミド前駆体が好ましく、下記化学式(1−2)及び下記化学式(1−3)で表される繰り返し単位を少なくとも1種含み、化学式(1−2)及び化学式(1−3)で表される繰り返し単位の合計含有量が、全繰り返し単位に対して、80モル%以上であるポリイミド前駆体がより好ましい。
Figure 2019108552
(式中、Aは芳香族環を有する2価の基であり、R、Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1〜6のアルキル基、または炭素数3〜9のアルキルシリル基である。)
Figure 2019108552
(式中、Aは芳香族環を有する2価の基であり、R、Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1〜6のアルキル基、または炭素数3〜9のアルキルシリル基である。)
Figure 2019108552
(式中、Aは芳香族環を有する2価の基であり、R、Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1〜6のアルキル基、または炭素数3〜9のアルキルシリル基である。)
ただし、前記化学式(1−1)、前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)は、2つのノルボルナン環(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン)の5位または6位の一方の酸基がアミノ基と反応してアミド結合(−CONH−)を形成しており、一方がアミド結合を形成していない−COORで表される基、または−COORで表される基であることを示す。すなわち、前記化学式(1−1)、前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)には、4つの構造異性体、すなわち(i)5位に−COORで表される基を、6位に−CONH−で表される基を有し、5’’位に−COORで表される基を、6’’位に−CONH−A−で表される基を有するもの、(ii)6位に−COORで表される基を、5位に−CONH−で表される基を有し、5’’位に−COORで表される基を、6’’位に−CONH−A−で表される基を有するもの、(iii)5位に−COORで表される基を、6位に−CONH−で表される基を有し、6’’位に−COORで表される基を、5’’位に−CONH−A−で表される基を有するもの、(iv)6位に−COORで表される基を、5位に−CONH−で表される基を有し、6’’位に−COORで表される基を、5’’位に−CONH−A−で表される基を有するもの全てが含まれる。
さらに、ポリイミド前駆体は、Aが下記化学式(1−A)で表される基である化学式(1−1)で表される繰り返し単位、より好ましくはAが下記化学式(1−A)で表される基である化学式(1−2)および/または化学式(1−3)で表される繰り返し単位を少なくとも1種含むことが好ましい。
Figure 2019108552
(式中、mは0〜3の整数を、nは0〜3の整数をそれぞれ独立に示す。V、U、Tはそれぞれ独立に水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基よりなる群から選択される1種を示し、Z、Wはそれぞれ独立に直接結合、または 式:−NHCO-、−CONH-、−COO-、−OCO-で表される基よりなる群から選択される1種を示す。)
換言すれば、ある実施態様においては、ポリイミド前駆体は、ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等、より好ましくはtrans−endo−endo−ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等および/またはcis−endo−endo−ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等(テトラカルボン酸類等とは、テトラカルボン酸と、テトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸シリルエステル、テトラカルボン酸エステル、テトラカルボン酸クロライド等のテトラカルボン酸誘導体を表す)を含むテトラカルボン酸成分と、芳香族環を有するジアミン成分、より好ましくはAが前記化学式(1−A)で表される基である化学式(1−1)、化学式(1−2)または化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるジアミン成分を含むジアミン成分から得られるポリイミド前駆体である。
前記化学式(1−1)の繰り返し単位を与えるテトラカルボン酸成分としては、ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等の、1種を単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。前記化学式(1−2)の繰り返し単位を与えるテトラカルボン酸成分としては、trans−endo−endo−ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等の、1種を単独で使用してもよく、複数種を組み合わせて使用することもできる。前記化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるテトラカルボン酸成分としては、cis−endo−endo−ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等の、1種を単独で使用してもよく、複数種を組み合わせて使用することもできる。
なお、より好ましい形態のポリイミド前駆体においては、前記化学式(1−2)の繰り返し単位を与えるテトラカルボン酸成分(trans−endo−endo−ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等)の1種以上のみを使用してもよく、前記化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるテトラカルボン酸成分(cis−endo−endo−ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等)の1種以上のみを使用してもよく、前記化学式(1−2)の繰り返し単位を与えるテトラカルボン酸成分(trans−endo−endo−ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等)の1種以上と、前記化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるテトラカルボン酸成分(cis−endo−endo−ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等)の1種以上の両方を使用してもよい。
ポリイミド前駆体は、前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)で表される繰り返し単位の合計含有量が、全繰り返し単位に対して、80モル%以上であることが好ましく、すなわち、前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)で表される繰り返し単位を少なくとも1種含み、その繰り返し単位を全繰り返し単位中に、合計で、好ましくは80モル%以上、より好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは95モル%以上、特に好ましくは99モル%以上含むことが好ましい。前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)で表される繰り返し単位を少なくとも1種含み、その繰り返し単位を全繰り返し単位中に、合計で、好ましくは80モル%以上含むことで、得られるポリイミドの線熱膨張係数が小さくなる。
前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)、前記化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるジアミン成分は、Aが前記化学式(1−A)で表される基であるものを与えるジアミンを含むことが好ましい。
Aが前記化学式(1−A)の構造である化学式(1−1)、または化学式(1−2)、化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるジアミン成分は、芳香環を有し、芳香環を複数有する場合は芳香環同士をそれぞれ独立に、直接結合、アミド結合、またはエステル結合で連結したものである。芳香環同士の連結位置は特に限定されないが、アミノ基もしくは芳香環同士の連結基に対して4位で結合することで直線的な構造となり、得られるポリイミドが低線熱膨張になることがある。また、芳香環にメチル基やトリフルオロメチル基が置換されていてもよい。なお、置換位置は特に限定されない。
Aが前記化学式(1−A)の構造である化学式(1−1)、または化学式(1−2)、化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるジアミン成分としては、特に限定するものではないが、例えば、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、ベンジジン、3,3’−ジアミノ−ビフェニル、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、3,3’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、m−トリジン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、3,4’−ジアミノベンズアニリド、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)テレフタルアミド、N,N’−p−フェニレンビス(p−アミノベンズアミド)、4−アミノフェノキシ−4−ジアミノベンゾエート、ビス(4−アミノフェニル)テレフタレート、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸ビス(4−アミノフェニル)エステル、p−フェニレンビス(p−アミノベンゾエート)、ビス(4−アミノフェニル)−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジカルボキシレート、[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジイルビス(4−アミノベンゾエート)等が挙げられ、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。これらのうち、p−フェニレンジアミン、m−トリジン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、4−アミノフェノキシ−4−ジアミノベンゾエート、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、ベンジジン、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)テレフタルアミド、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸ビス(4−アミノフェニル)エステルが好ましく、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンがより好ましい。ジアミン成分として、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンを使用することで、得られるポリイミドが高耐熱性と高透過率を両立する。これらのジアミンは、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。なお、o−トリジンは危険性が高いことから好ましくない。
前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)、前記化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるジアミン成分としては、Aが前記化学式(1−A)の構造のものを与えるジアミン成分以外の、他のジアミンを併用することができる。他のジアミン成分としては、他の芳香族または脂肪族ジアミン類を使用することができる。他のジアミン成分として、例えば、4,4’−オキシジアニリン、3,4’−オキシジアニリン、3,3’−オキシジアニリン、ビス(4-アミノフェニル)スルフィド、p−メチレンビス(フェニレンジアミン)、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、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、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、ビス(4−アミノフェニル)スルホン、3,3−ビス((アミノフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4−(4−アミノフェノキシ)ジフェニル)スルホン、ビス(4−(3−アミノフェノキシ)ジフェニル)スルホン、オクタフルオロベンジジン、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジフルオロ−4,4’−ジアミノビフェニル、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、1,4−ジアミノシクロへキサン、1,4−ジアミノ−2−メチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−エチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−n−プロピルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−イソプロピルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−n−ブチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−イソブチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−sec−ブチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−tert−ブチルシクロヘキサン、1,2−ジアミノシクロへキサン、1,4−ジアミノシクロへキサン、1,3−ジアミノシクロブタン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ジアミノビシクロヘプタン、ジアミノメチルビシクロヘプタン、ジアミノオキシビシクロヘプタン、ジアミノメチルオキシビシクロヘプタン、イソホロンジアミン、ジアミノトリシクロデカン、ジアミノメチルトリシクロデカン、ビス(アミノシクロへキシル)メタン、ビス(アミノシクロヘキシル)イソプロピリデン6,6'-ビス(3-アミノフェノキシ)-3,3,3',3'-テトラメチル-1,1'-スピロビインダン、6,6'-ビス(4-アミノフェノキシ)-3,3,3',3'-テトラメチル-1,1'-スピロビインダン等やこれらの誘導体が挙げられ、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。
本発明のポリイミド前駆体は、Aが前記化学式(1−A)で表されるものである前記化学式(1−1)の繰り返し単位を少なくとも1種、より好ましくは、Aが前記化学式(1−A)で表されるものである前記化学式(1−2)の繰り返し単位を少なくとも1種および/またはAが前記化学式(1−A)で表されるものである前記化学式(1−3)の繰り返し単位を少なくとも1種含むことが好ましい。換言すれば、前記化学式(1−1)の繰り返し単位、より好ましくは前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるジアミン成分が、Aが前記化学式(1−A)の構造のものを与えるジアミン成分を含むことが好ましい。前記化学式(1−1)の繰り返し単位、より好ましくは前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)中のAを与えるジアミン成分が前記化学式(1−A)の構造のものを与えるジアミン成分であることで、得られるポリイミドの耐熱性が向上する。
本発明のポリイミド前駆体は、前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)中のAを与えるジアミン成分100モル%中、前記化学式(1−A)の構造を与えるジアミン成分の割合が、合計で、好ましくは50モル%以上、より好ましくは70モル%以上、より好ましくは80モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上、特に好ましくは100モル%であることが好ましい。換言すれば、Aが前記化学式(1−A)の構造である前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)の繰り返し単位の1種以上の割合が、合計で、前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)で表される全繰り返し単位中、好ましくは50モル%以上、より好ましくは70モル%以上、より好ましくは80モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上、特に好ましくは100モル%であることが好ましい。前記化学式(1−A)の構造を与えるジアミン成分の割合が、50モル%より小さい場合、得られるポリイミドの線熱膨張係数が大きくなることがある。ある実施態様においては、得られるポリイミドの機械的特性の点から、前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)中のAを与えるジアミン成分100モル%中、前記化学式(1−A)の構造を与えるジアミン成分の割合が、合計で、好ましくは80モル%以下、より好ましくは90モル%以下または90モル%未満であることが好ましいことがある。例えば、4,4’−オキシジアニリン等の他の芳香族または脂肪族ジアミン類を、前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるジアミン成分100モル%中、好ましくは20モル%未満、より好ましくは10モル%以下、より好ましくは10モル%未満で使用することができる。
ある実施態様においては、本発明の前記化学式(1−1)で表される繰り返し単位を含むポリイミド前駆体は、Aが前記化学式(1−A)で表されるものである化学式(1−1)の繰り返し単位を少なくとも2種含むことが好ましいことがある。ある実施態様においては、本発明の前記化学式(1−2)で表される繰り返し単位および/または前記化学式(1−3)で表される繰り返し単位を含むポリイミド前駆体は、Aが前記化学式(1−A)で表されるものである化学式(1−2)または化学式(1−2)の繰り返し単位を少なくとも2種含むことが好ましいことがある。換言すれば、前記化学式(1−1)の繰り返し単位を与えるジアミン成分、または、前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるジアミン成分が、Aが前記化学式(1−A)の構造であるものを与えるジアミン成分を少なくとも2種含むことが好ましいことがある。前記化学式(1−1)中のA、または、前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)中のAを与えるジアミン成分が前記化学式(1−A)の構造のものを与えるジアミン成分の少なくとも2種類を含むことで、得られるポリイミドの高透明性と低線熱膨張性のバランスが取れる(すなわち、透明性が高く、且つ、低線熱膨張係数であるポリイミドが得られる)。
なお、本発明のポリイミド前駆体は、Aが前記化学式(1−A)の構造である前記化学式(1−2)の繰り返し単位を少なくとも2種含むものであってもよく、また、Aが前記化学式(1−A)の構造である前記化学式(1−3)の繰り返し単位を少なくとも2種含むものであってもよく、また、Aが前記化学式(1−A)の構造である前記化学式(1−2)の繰り返し単位を少なくとも1種と、Aが前記化学式(1−A)の構造である前記化学式(1−3)の繰り返し単位を少なくとも1種含むものであってもよい。
ある実施態様においては、本発明のポリイミド前駆体は、
(i)Aが、mおよび/またはnが1〜3であり、Zおよび/またはWが、それぞれ独立に、−NHCO−、−CONH−、−COO−、または−OCO−のいずれかである前記化学式(1−A)の構造である前記化学式(1−1)、好ましくは前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)の繰り返し単位(I)を少なくとも1種含み、
(ii)Aが、mおよびnが0である前記化学式(1−A)の構造であるか、または、mおよび/またはnが1〜3であり、ZおよびWが直接結合である前記化学式(1−A)の構造である前記化学式(1−1)、好ましくは前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)の繰り返し単位(II)を少なくとも1種含むことがより好ましいことがある。
この実施態様において、前記繰り返し単位(I)としては、例えば、Aが下記化学式(D−1)〜(D−3)のいずれかで表されるものである前記化学式(1−1)の繰り返し単位が好ましく、Aが下記化学式(D−1)〜(D−2)のいずれかで表されるものである前記化学式(1−1)の繰り返し単位がより好ましい。なお、Aが下記化学式(D−1)または下記化学式(D−2)で表されるものである前記化学式(1−1)の繰り返し単位を与えるジアミン成分は4,4’−ジアミノベンズアニリドであり、Aが下記化学式(D−3)で表されるものである前記化学式(1−1)の繰り返し単位を与えるジアミン成分はビス(4−アミノフェニル)テレフタレートであり、これらのジアミンは、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。
Figure 2019108552
この実施態様において、前記繰り返し単位(II)としては、例えば、Aが下記化学式(D−4)〜(D−6)のいずれかで表されるものである前記化学式(1−1)の繰り返し単位が好ましく、Aが下記化学式(D−4)〜(D−5)のいずれかで表されるものである前記化学式(1−1)の繰り返し単位がより好ましい。なお、Aが下記化学式(D−4)で表されるものである前記化学式(1−1)の繰り返し単位を与えるジアミン成分はp−フェニレンジアミンであり、Aが下記化学式(D−5)で表されるものである前記化学式(1−1)の繰り返し単位を与えるジアミン成分は2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンであり、Aが下記化学式(D−6)で表されるものである前記化学式(1−1)の繰り返し単位を与えるジアミン成分はm−トリジンであり、これらのジアミンは、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。
Figure 2019108552
この実施態様のポリイミド前駆体において、前記繰り返し単位(I)1種以上の割合が、合計で、前記化学式(1−1)で表される全繰り返し単位中、30モル%以上70モル%以下であり、前記繰り返し単位(II)1種以上の割合が、合計で、前記化学式(1−1)で表される全繰り返し単位中、30モル%以上70モル%以下であることが好ましく、前記繰り返し単位(I)1種以上の割合が、合計で、前記化学式(1−1)で表される全繰り返し単位中、40モル%以上60モル%以下であり、前記繰り返し単位(II)1種以上の割合が、合計で、前記化学式(1−1)で表される全繰り返し単位中、40モル%以上60モル%以下であることが特に好ましい。ある実施態様においては、前記繰り返し単位(I)の割合が、合計で、前記化学式(1−1)で表される全繰り返し単位中、60モル%未満であることがより好ましく、50モル%以下であることがより好ましく、40モル%以下であることが特に好ましい。また、ある実施態様においては、前記繰り返し単位(I)及び前記繰り返し単位(II)以外の、他の前記化学式(1−1)で表される繰り返し単位(例えば、Aが複数の芳香環を有し、芳香環同士がエーテル結合(−O−)で連結されているもの)を、前記化学式(1−1)で表される全繰り返し単位中、好ましくは20モル%未満、より好ましくは10モル%以下、特に好ましくは10モル%未満で含むことが好ましいことがある。さらに、ある実施態様においては、前記繰り返し単位(I)1種以上の割合が、合計で、前記化学式(1−1)で表される全繰り返し単位中、20モル%以上80モル%以下であり、前記繰り返し単位(II)1種以上の割合が、合計で、前記化学式(1−1)で表される全繰り返し単位中、20モル%以上80モル%以下であることが好ましいこともある。
ある実施態様においては、本発明の前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)および/または前記化学式(1−3)の繰り返し単位を含むポリイミド前駆体は、前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)中のAを与えるジアミン成分(前記化学式(1−1)の繰り返し単位、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるジアミン成分)が前記化学式(1−A)の構造を与えるジアミン成分の少なくとも2種類を含み、そのうちの1種が4,4’−ジアミノベンズアニリドであることが好ましい。前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)中のAを与えるジアミン成分が前記化学式(1−A)の構造を与えるジアミン成分の少なくとも2種類を含み、そのうちの1種が4,4’−ジアミノベンズアニリドであることで、高透明性と低線熱膨張性に加え、高い耐熱性も兼ね備えたポリイミドが得られる。
ある実施態様においては、本発明の前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)および/または前記化学式(1−3)の繰り返し単位を含むポリイミド前駆体は、前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)中のAを与えるジアミン成分(前記化学式(1−1)の繰り返し単位、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるジアミン成分)が2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン及びp−フェニレンジアミンから選択される少なくとも1種類と、4,4’−ジアミノベンズアニリドを含むことが特に好ましい。これらのジアミン成分を組み合わせることで、高い透明性と低線熱膨張性、耐熱性を兼ね備えたポリイミドが得られる。
この実施態様においては、前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)中のAを与えるジアミン成分(前記化学式(1−1)の繰り返し単位、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるジアミン成分)としては、好ましくは4,4’−ジアミノベンズアニリドを20モル%以上、80モル%以下で含み、且つ、p−フェニレンジアミンと2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンのどちらか一方、又は両方で20モル%以上、80モル%以下で含むことが好ましく、より好ましくは4,4’−ジアミノベンズアニリドを30モル%以上、70モル%以下で含み、且つ、p−フェニレンジアミンと2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンのどちらか一方、又は両方で30モル%以上、70モル%以下で含むことが好ましく、特に好ましくは4,4’−ジアミノベンズアニリドを40モル%以上、60モル%以下で含み、且つ、p−フェニレンジアミンと2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンのどちらか一方、又は両方で40モル%以上、60モル%以下で含むことがより好ましい。前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)中のAを与えるジアミン成分として、4,4’−ジアミノベンズアニリドを30モル%以上、70モル%以下で含み、且つ、p−フェニレンジアミンと2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンのどちらか一方、又は両方で30モル%以上、70モル%以下で含むことにより、高い透明性と低線熱膨張性、耐熱性を兼ね備えたポリイミドが得られる。ある実施態様においては、前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)中のAを与えるジアミン成分(前記化学式(1−1)の繰り返し単位、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるジアミン成分)としては、4,4’−ジアミノベンズアニリドを60モル%未満で含むことがより好ましく、50モル%以下で含むことがより好ましく、40モル%以下で含むことが特に好ましい。
本発明のポリイミド前駆体は、前記化学式(1−1)、または前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)で表される繰り返し単位以外の、他の繰り返し単位を含むことができる。
他の繰り返し単位を与えるテトラカルボン酸成分としては、他の芳香族または脂肪族テトラカルボン酸類を使用することができる。例えば、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、4−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−1,2−ジカルボン酸、ピロメリット酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、4,4’−オキシジフタル酸、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、m−ターフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸二無水物、p−ターフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸二無水物、ビスカルボキシフェニルジメチルシラン、ビスジカルボキシフェノキシジフェニルスルフィド、スルホニルジフタル酸、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、イソプロピリデンジフェノキシビスフタル酸、シクロヘキサン−1,2,4,5−テトラカルボン酸、[1,1’−ビ(シクロヘキサン)]−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸、[1,1’−ビ(シクロヘキサン)]−2,3,3’,4’−テトラカルボン酸、[1,1’−ビ(シクロヘキサン)]−2,2’,3,3’−テトラカルボン酸、4,4’−メチレンビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)、4,4’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)、4,4’−オキシビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)、4,4’−チオビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)、4,4’−スルホニルビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)、4,4’−(ジメチルシランジイル)ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)、4,4’−(テトラフルオロプロパン−2,2−ジイル)ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)、オクタヒドロペンタレン−1,3,4,6−テトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸、6−(カルボキシメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5−トリカルボン酸、ビシクロ[2.2.2]オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.2]オクタ−5−エン−2,3,7,8−テトラカルボン酸、トリシクロ[4.2.2.02,5]デカン−3,4,7,8−テトラカルボン酸、トリシクロ[4.2.2.02,5]デカ−7−エン−3,4,9,10−テトラカルボン酸、9−オキサトリシクロ[4.2.1.02,5]ノナン−3,4,7,8−テトラカルボン酸、(4arH,8acH)−デカヒドロ−1t,4t:5c,8c−ジメタノナフタレン−2c,3c,6c,7c−テトラカルボン酸、(4arH,8acH)−デカヒドロ−1t,4t:5c,8c−ジメタノナフタレン−2t,3t,6c,7c−テトラカルボン酸等の誘導体や、これらの酸二無水物が挙げられ、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。これらのうちでは、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.2]オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸、(4arH,8acH)−デカヒドロ−1t,4t:5c,8c−ジメタノナフタレン−2c,3c,6c,7c−テトラカルボン酸、(4arH,8acH)−デカヒドロ−1t,4t:5c,8c−ジメタノナフタレン−2t,3t,6c,7c−テトラカルボン酸等の誘導体や、これらの酸二無水物が、ポリイミドの製造が容易であり、得られるポリイミドの耐熱性に優れることからより好ましい。これらの酸二無水物は、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。
また、前記化学式(1−2)および/または前記化学式(1−3)の繰り返し単位を含むポリイミド前駆体の場合、他の繰り返し単位を与えるテトラカルボン酸成分として、cis−endo−endo−ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等、及びtrans−endo−endo−ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等以外の、他のノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等(例えば、ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸二無水物)の4種類の立体異性体を使用することもできる。
他の繰り返し単位を与えるジアミン成分は、前記化学式(1−A)の構造を与えるジアミン成分であってもよい。換言すれば、他の繰り返し単位を与えるジアミン成分として、Aが前記化学式(1−A)の構造である前記化学式(1−1)の繰り返し単位、またはAが前記化学式(1−A)の構造である前記化学式(1−2)及び前記化学式(1−3)の繰り返し単位を与えるジアミン成分として例示したジアミンを使用することができる。これらのジアミンは、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。
他の繰り返し単位を与えるジアミン成分としては、他の芳香族または脂肪族ジアミン類を使用することができる。例えば、4,4’−オキシジアニリン、3,4’−オキシジアニリン、3,3’−オキシジアニリン、ビス(4-アミノフェニル)スルフィド、p−メチレンビス(フェニレンジアミン)、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、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、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、ビス(4−アミノフェニル)スルホン、3,3−ビス((アミノフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4−(4−アミノフェノキシ)ジフェニル)スルホン、ビス(4−(3−アミノフェノキシ)ジフェニル)スルホン、オクタフルオロベンジジン、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジフルオロ−4,4’−ジアミノビフェニル、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、1,4−ジアミノシクロへキサン、1,4−ジアミノ−2−メチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−エチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−n−プロピルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−イソプロピルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−n−ブチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−イソブチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−sec−ブチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノ−2−tert−ブチルシクロヘキサン、1,2−ジアミノシクロへキサン、1,4−ジアミノシクロへキサン、1,3−ジアミノシクロブタン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ジアミノビシクロヘプタン、ジアミノメチルビシクロヘプタン、ジアミノオキシビシクロヘプタン、ジアミノメチルオキシビシクロヘプタン、イソホロンジアミン、ジアミノトリシクロデカン、ジアミノメチルトリシクロデカン、ビス(アミノシクロへキシル)メタン、ビス(アミノシクロヘキシル)イソプロピリデン6,6'-ビス(3-アミノフェノキシ)-3,3,3',3'-テトラメチル-1,1'-スピロビインダン、6,6'-ビス(4-アミノフェノキシ)-3,3,3',3'-テトラメチル-1,1'-スピロビインダン等やこれらの誘導体が挙げられ、単独で使用してもよく、また複数種を組み合わせて使用することもできる。
なお、ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等の合成方法は、特に限定されないが、特許文献8に記載の方法等で合成できる。非特許文献1に記載されているように、合成方法によっては立体異性体を数種類含むこともある。ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等、もしくは、その中間体をカラム等で精製することで、立体異性体をそれぞれ単独で、もしくは、数種の混合物を分取することが出来る。
trans−endo−endo−ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等、及びcis−endo−endo−ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等の単独物、もしくはそれらの混合物についても、ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸類等、もしくは、その中間体をカラム等で精製することで得られる。
テトラカルボン酸成分及びジアミン成分が異性体を含む場合、その異性体を単離して重合等に使用してもよく、また、異性体を混合物のまま重合等に使用してもよい。
本発明のポリイミド前駆体において、前記化学式(1)のR、R、前記化学式(2)のR、Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1〜6、好ましくは炭素数1〜3のアルキル基、または炭素数3〜9のアルキルシリル基のいずれかである。R及びR、R及びRは、後述する製造方法によって、その官能基の種類、及び、官能基の導入率を変化させることができる。
及びR、R及びRが水素である場合、ポリイミドの製造が容易である傾向がある。
また、R及びR、R及びRが炭素数1〜6、好ましくは炭素数1〜3のアルキル基である場合、ポリイミド前駆体の保存安定性に優れる傾向がある。この場合、R及びR、R及びRはメチル基もしくはエチル基であることがより好ましい。
更に、R及びR、R及びRが炭素数3〜9のアルキルシリル基である場合、ポリイミド前駆体の溶解性が優れる傾向がある。この場合、R及びR、R及びRはトリメチルシリル基もしくはt−ブチルジメチルシリル基であることがより好ましい。
官能基の導入率は、特に限定されないが、アルキル基もしくはアルキルシリル基を導入する場合、R及びR、R及びRはそれぞれ、25%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは75%以上をアルキル基もしくはアルキルシリル基にすることができる。
本発明のポリイミド前駆体は、R及びR、R及びRが取る化学構造によって、1)ポリアミド酸(R及びR、R及びRが水素)、2)ポリアミド酸エステル(R及びR、R及びRの少なくとも一部がアルキル基)、3)4)ポリアミド酸シリルエステル(R及びR、R及びRの少なくとも一部がアルキルシリル基)に分類することができる。そして、本発明のポリイミド前駆体は、この分類ごとに、以下の製造方法により容易に製造することができる。ただし、本発明のポリイミド前駆体の製造方法は、以下の製造方法に限定されるものではない。
1)ポリアミド酸
本発明のポリイミド前駆体は、溶媒中でテトラカルボン酸成分としてのテトラカルボン酸二無水物とジアミン成分とを略等モル、好ましくはテトラカルボン酸成分に対するジアミン成分のモル比[ジアミン成分のモル数/テトラカルボン酸成分のモル数]が好ましくは0.90〜1.10、より好ましくは0.95〜1.05の割合で、例えば120℃以下の比較的低温度でイミド化を抑制しながら反応することによって、ポリイミド前駆体溶液組成物として好適に得ることができる。
限定するものではないが、より具体的には、有機溶剤にジアミンを溶解し、この溶液に攪拌しながら、テトラカルボン酸二無水物を徐々に添加し、0〜120℃、好ましくは5〜80℃の範囲で1〜72時間攪拌することで、ポリイミド前駆体が得られる。80℃以上で反応させる場合、分子量が重合時の温度履歴に依存して変動し、また熱によりイミド化が進行することから、ポリイミド前駆体を安定して製造できなくなる可能性がある。上記製造方法でのジアミンとテトラカルボン酸二無水物の添加順序は、ポリイミド前駆体の分子量が上がりやすいため、好ましい。また、上記製造方法のジアミンとテトラカルボン酸二無水物の添加順序を逆にすることも可能であり、析出物が低減することから、好ましい。
また、テトラカルボン酸成分とジアミン成分のモル比がジアミン成分過剰である場合、必要に応じて、ジアミン成分の過剰モル数に略相当する量のカルボン酸誘導体を添加し、テトラカルボン酸成分とジアミン成分のモル比を略当量に近づけることができる。ここでのカルボン酸誘導体としては、実質的にポリイミド前駆体溶液の粘度を増加させない、つまり実質的に分子鎖延長に関与しないテトラカルボン酸、もしくは末端停止剤として機能するトリカルボン酸とその無水物、ジカルボン酸とその無水物などが好適である。
2)ポリアミド酸エステル
テトラカルボン酸二無水物を任意のアルコールと反応させ、ジエステルジカルボン酸を得た後、塩素化試薬(チオニルクロライド、オキサリルクロライドなど)と反応させ、ジエステルジカルボン酸クロライドを得る。このジエステルジカルボン酸クロライドとジアミンを−20〜120℃、好ましくは−5〜80℃の範囲で1〜72時間攪拌することで、ポリイミド前駆体が得られる。80℃以上で反応させる場合、分子量が重合時の温度履歴に依存して変動し、また熱によりイミド化が進行することから、ポリイミド前駆体を安定して製造できなくなる可能性がある。また、ジエステルジカルボン酸とジアミンを、リン系縮合剤や、カルボジイミド縮合剤などを用いて脱水縮合することでも、簡便にポリイミド前駆体が得られる。
この方法で得られるポリイミド前駆体は、安定なため、水やアルコールなどの溶剤を加えて再沈殿などの精製を行うこともできる。
3)ポリアミド酸シリルエステル(間接法)
あらかじめ、ジアミンとシリル化剤を反応させ、シリル化されたジアミンを得る。必要に応じて、蒸留等により、シリル化されたジアミンの精製を行う。そして、脱水された溶剤中にシリル化されたジアミンを溶解させておき、攪拌しながら、テトラカルボン酸二無水物を徐々に添加し、0〜120℃、好ましくは5〜80℃の範囲で1〜72時間攪拌することで、ポリイミド前駆体が得られる。80℃以上で反応させる場合、分子量が重合時の温度履歴に依存して変動し、また熱によりイミド化が進行することから、ポリイミド前駆体を安定して製造できなくなる可能性がある。
ここで用いるシリル化剤として、塩素を含有しないシリル化剤を用いることは、シリル化されたジアミンを精製する必要がないため、好適である。塩素原子を含まないシリル化剤としては、N,O−ビス(トリメチルシリル)トリフルオロアセトアミド、N,O−ビス(トリメチルシリル)アセトアミド、ヘキサメチルジシラザンが挙げられる。フッ素原子を含まず低コストであることから、N,O−ビス(トリメチルシリル)アセトアミド、ヘキサメチルジシラザンが特に好ましい。
また、ジアミンのシリル化反応には、反応を促進するために、ピリジン、ピペリジン、トリエチルアミンなどのアミン系触媒を用いることができる。この触媒はポリイミド前駆体の重合触媒として、そのまま使用することができる。
4)ポリアミド酸シリルエステル(直接法)
1)の方法で得られたポリアミド酸溶液とシリル化剤を混合し、0〜120℃、好ましくは5〜80℃の範囲で1〜72時間攪拌することで、ポリイミド前駆体が得られる。80℃以上で反応させる場合、分子量が重合時の温度履歴に依存して変動し、また熱によりイミド化が進行することから、ポリイミド前駆体を安定して製造できなくなる可能性がある。
ここで用いるシリル化剤として、塩素を含有しないシリル化剤を用いることは、シリル化されたポリアミド酸、もしくは、得られたポリイミドを精製する必要がないため、好適である。塩素原子を含まないシリル化剤としては、N,O−ビス(トリメチルシリル)トリフルオロアセトアミド、N,O−ビス(トリメチルシリル)アセトアミド、ヘキサメチルジシラザンが挙げられる。フッ素原子を含まず低コストであることから、N,O−ビス(トリメチルシリル)アセトアミド、ヘキサメチルジシラザンが特に好ましい。
前記製造方法は、いずれも有機溶媒中で好適に行なうことができるので、その結果として、ポリイミド前駆体を含む溶液または溶液組成物を容易に得ることができる。
ポリイミド前駆体を調製する際に使用する溶媒は、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、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性溶媒が好ましく、特にN,N−ジメチルアセトアミドが好ましいが、原料モノマー成分と生成するポリイミド前駆体が溶解すれば、どんな種類の溶媒であっても問題はなく使用できるので、特にその構造には限定されない。溶媒として、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−メチルピロリドン等のアミド溶媒、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−ブチロラクトン等の環状エステル溶媒、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溶媒、トリエチレングリコール等のグリコール系溶媒、m−クレゾール、p−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、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などが好ましく採用される。さらに、その他の一般的な有機溶剤、即ちフェノール、o−クレゾール、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソブチル、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、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロへキサノン、メチルエチルケトン、アセトン、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も使用できる。なお、溶媒は、複数種を組み合わせて使用することもできる。
本発明において、ポリイミド前駆体の対数粘度は、特に限定されないが、30℃での濃度0.5g/dLのN,N−ジメチルアセトアミド溶液における対数粘度が0.2dL/g以上、より好ましくは0.3dL/g以上、特に好ましくは0.4dL/g以上であることが好ましい。対数粘度が0.2dL/g以上では、ポリイミド前駆体の分子量が高く、得られるポリイミドの機械強度や耐熱性に優れる。
本発明のポリイミド前駆体組成物は、ポリイミド前駆体と、イミダゾール系化合物とを含むものであり、前記製造方法により得られるポリイミド前駆体溶液または溶液組成物にイミダゾール系化合物を加えて調製することができる。また、必要に応じて、溶媒を除去または加えてもよく、イミダゾール系化合物以外の所望の成分を添加してもよい。また、溶媒にテトラカルボン酸成分(テトラカルボン酸二無水物等)とジアミン成分とイミダゾール系化合物を加え、イミダゾール系化合物の存在下で、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とを反応させて、本発明のポリイミド前駆体組成物(ポリイミド前駆体と、イミダゾール系化合物とを含む溶液組成物)を得ることもできる。
本発明において用いるイミダゾール系化合物は、イミダゾール骨格を有する化合物であれば特に限定されない。イミダゾール系化合物を添加することによって、厚み方向位相差が小さいポリイミドが得られる。
ある実施態様においては、イミダゾール系化合物として、1気圧における沸点が340℃未満、好ましくは330℃以下、より好ましくは300℃以下、特に好ましくは270℃以下の化合物を用いることが好ましい。1気圧における沸点が340℃未満、好ましくは330℃以下、より好ましくは300℃以下、特に好ましくは270℃以下のイミダゾール系化合物を添加することによって、より透明性が高いポリイミドが得られることがある。
本発明において用いるイミダゾール系化合物としては、特に限定されないが、1,2−ジメチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、イミダゾール、ベンゾイミダゾールなどが挙げられる。1,2−ジメチルイミダゾール(1気圧における沸点:205℃)、1−メチルイミダゾール(1気圧における沸点:198℃)、2−メチルイミダゾール(1気圧における沸点:268℃)、イミダゾール(1気圧における沸点:256℃)などが好ましく、1,2−ジメチルイミダゾール、1−メチルイミダゾールが特に好ましい。イミダゾール系化合物は、1種を単独で使用してもよく、複数種を組み合わせて使用することもできる。
本発明において、ポリイミド前駆体組成物のイミダゾール系化合物の含有量は、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対して4モル未満である。イミダゾール系化合物の含有量がポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対して4モル以上になると、ポリイミド前駆体組成物の保存安定性が悪くなる。イミダゾール系化合物の含有量は、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対して0.05モル以上であることが好ましく、また、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対して2モル以下であることが好ましい。なお、ここで、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルは、テトラカルボン酸成分1モルに対応する。
本発明のポリイミド前駆体組成物は、通常、溶媒を含む。本発明のポリイミド前駆体組成物に用いる溶媒としては、ポリイミド前駆体が溶解すれば問題はなく、特にその構造は限定されない。溶媒として、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−ブチロラクトン等の環状エステル溶媒、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溶媒、トリエチレングリコール等のグリコール系溶媒、m−クレゾール、p−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、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などが好ましく採用される。さらに、その他の一般的な有機溶剤、即ちフェノール、o−クレゾール、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソブチル、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、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロへキサノン、メチルエチルケトン、アセトン、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も使用できる。また、これらを複数種組み合わせて使用することもできる。なお、ポリイミド前駆体組成物の溶媒は、ポリイミド前駆体を調製する際に使用した溶媒をそのまま使用することができる。
本発明において、テトラカルボン酸成分とジアミン成分との合計量は、溶媒とテトラカルボン酸成分とジアミン成分との合計量に対して、5質量%以上、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上の割合であることが好適である。なお、通常は、テトラカルボン酸成分とジアミン成分との合計量は、溶媒とテトラカルボン酸成分とジアミン成分との合計量に対して、60質量%以下、好ましくは50質量%以下であることが好適である。この濃度は、ポリイミド前駆体に起因する固形分濃度にほぼ近似される濃度であるが、この濃度が低すぎると、例えばポリイミドフィルムを製造する際に得られるポリイミドフィルムの膜厚の制御が難しくなることがある。
本発明において、ポリイミド前駆体組成物の粘度(回転粘度)は、特に限定されないが、E型回転粘度計を用い、温度25℃、せん断速度20sec−1で測定した回転粘度が、0.01〜1000Pa・secが好ましく、0.1〜100Pa・secがより好ましい。また、必要に応じて、チキソ性を付与することもできる。上記範囲の粘度では、コーティングや製膜を行う際、ハンドリングしやすく、また、はじきが抑制され、レベリング性に優れるため、良好な被膜が得られる。
本発明のポリイミド前駆体組成物は、必要に応じて、化学イミド化剤(無水酢酸などの酸無水物や、ピリジン、イソキノリンなどのアミン化合物)、酸化防止剤、フィラー(シリカ等の無機粒子など)、染料、顔料、シランカップリング剤などのカップリング剤、プライマー、難燃材、消泡剤、レベリング剤、レオロジーコントロール剤(流動補助剤)、剥離剤などを含有することができる。
本発明のポリイミドは、前記のような本発明のポリイミド前駆体組成物をイミド化する(すなわち、ポリイミド前駆体を脱水閉環反応する)ことで得ることができる。イミド化の方法は特に限定されず、公知の熱イミド化、または化学イミド化の方法を好適に適用することができる。得られるポリイミドの形態は、フィルム、ポリイミドフィルムと他の基材との積層体、コーティング膜、粉末、ビーズ、成型体、発泡体などを好適に挙げることができる。
本発明においては、ポリイミド前駆体組成物を、最高加熱温度350℃超で加熱処理して、ポリイミド前駆体をイミド化することが好ましい。イミド化のための加熱処理の最高加熱温度は、380℃を超えることがより好ましく、400℃を超えることが特に好ましい。イミド化のための加熱処理の最高加熱温度を、350℃を超える温度、より好ましくは380℃を超える温度、特に好ましくは400℃を超える温度とすることにより、得られるポリイミドの機械的特性が向上する。加熱処理の最高加熱温度の上限は特に限定されないが、通常、500℃以下が好ましい。
例えば、本発明のポリイミド前駆体組成物を基材上に流延・塗布し、この基材上のポリイミド前駆体組成物を最高加熱温度350℃超、より好ましくは380℃超、特に好ましくは400℃を超える温度で加熱処理して、ポリイミド前駆体をイミド化することにより、ポリイミドを好適に製造することができる。なお、加熱プロファイルは特に限定されず、適宜選択することができるが、生産性の点からは、加熱処理する時間は短い方が好ましい。
また、本発明のポリイミド前駆体組成物を基材上に流延・塗布し、好ましくは180℃以下の温度範囲で乾燥して、基材上にポリイミド前駆体組成物の膜を形成し、得られたポリイミド前駆体組成物の膜を基材上から剥離して、その膜の端部を固定した状態で、最高加熱温度350℃超、より好ましくは380℃超、特に好ましくは400℃を超える温度で加熱処理して、ポリイミド前駆体をイミド化することによっても、ポリイミドを好適に製造することができる。
より具体的な本発明のポリイミド(ポリイミドフィルム/基材積層体、もしくはポリイミドフィルム)の製造方法の一例については、後述する。
本発明のポリイミド前駆体組成物から得られるポリイミド(本発明のポリイミド)は、特に限定されないが、フィルムにしたときの150℃から250℃までの線熱膨張係数が、好ましくは60ppm/K以下、より好ましくは50ppm/K以下、さらに好ましくは45ppm/K以下、さらに好ましくは40ppm/K以下、特に好ましくは35ppm/K以下であることができる。線熱膨張係数が大きいと、金属などの導体との線熱膨張係数の差が大きく、回路基板を形成する際に反りが増大するなどの不具合が生じることがある。
本発明のポリイミド前駆体組成物から得られるポリイミド(本発明のポリイミド)は、特に限定されないが、厚さ10μmのフィルムでの全光透過率(波長380nm〜780nmの平均光透過率)が、好ましくは86%以上、より好ましくは87%以上、特に好ましくは88%以上であることができる。ディスプレイ用途等で使用する場合、全光透過率が低いと光源を強くする必要があり、エネルギーがかかるといった問題等を生じることがある。
特にディスプレイ用途などのポリイミドフィルムを光が透過する用途に使用する場合、ポリイミドフィルムは透明性が高い方が望ましい。本発明のポリイミド前駆体組成物から得られるポリイミド(本発明のポリイミド)は、特に限定されないが、厚さ10μmのフィルムでの波長400nmにおける光透過率が、好ましくは75%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは80%超、さらに好ましくは81%以上、特に好ましくは82%以上であることができる。
なお、本発明のポリイミド前駆体組成物から得られるポリイミド(本発明のポリイミド)からなるフィルムは、用途にもよるが、フィルムの厚みとしては、好ましくは0.1μm〜250μm、より好ましくは1μm〜150μm、さらに好ましくは1μm〜50μm、特に好ましくは1μm〜30μmである。ポリイミドフィルムを光が透過する用途に使用する場合、ポリイミドフィルムが厚すぎると光透過率が低くなる恐れがある。
本発明のポリイミド前駆体組成物から得られるポリイミド(本発明のポリイミド)は、特に限定されないが、ポリイミドフィルムの耐熱性の指標である1%重量減少温度が、好ましくは395℃以上、より好ましくは430℃以上、さらに好ましくは440℃以上、特に好ましくは470℃以上であることができる。ポリイミド上にトランジスタを形成する等で、ポリイミド上にガスバリア膜等を形成する場合、耐熱性が低いと、ポリイミドとバリア膜との間で、ポリイミドの分解に伴うアウトガスにより膨れが生じることがある。
本発明のポリイミド前駆体組成物から得られるポリイミド(本発明のポリイミド)は、特に限定されないが、ポリイミドフィルムの厚み方向位相差が、好ましくは1000nm以下、より好ましくは800nm以下、さらに好ましくは700nm以下、特に好ましくは600nm以下であることができる。厚み方向の位相差が大きいと、透過光の色が正しく表示されない、色のにじみや視野角が狭くなるといった問題が起こることがある。
本発明のポリイミド前駆体組成物から得られるポリイミド、すなわち本発明のポリイミドは、膜厚方向の位相差が小さく、高い透明性、折り曲げ耐性、高耐熱性などの優れた特性を有し、さらに極めて低い線熱膨張係数を有することから、ディスプレイ用透明基板、タッチパネル用透明基板、或いは太陽電池用基板の用途において、好適に用いることができる。
以下では、本発明のポリイミド前駆体組成物を用いた、ポリイミドフィルム/基材積層体、もしくはポリイミドフィルムの製造方法の一例について述べる。ただし、以下の方法に限定されるものではない。
例えばセラミック(ガラス、シリコン、アルミナなど)、金属(銅、アルミニウム、ステンレスなど)、耐熱プラスチックフィルム(ポリイミドフィルムなど)等の基材に、本発明のポリイミド前駆体組成物(ワニス)を流延し、真空中、窒素等の不活性ガス中、或いは空気中で、熱風もしくは赤外線を用いて、20〜180℃、好ましくは20〜150℃の温度範囲で乾燥する。次いで、得られたポリイミド前駆体フィルムを基材上で、もしくはポリイミド前駆体フィルムを基材上から剥離し、そのフィルムの端部を固定した状態で、真空中、窒素等の不活性ガス中、或いは空気中で、熱風もしくは赤外線を用い、例えば200〜500℃、好ましくは最高加熱温度350℃超、より好ましくは380℃超、特に好ましくは400℃を超える温度で加熱イミド化することでポリイミドフィルム/基材積層体、もしくはポリイミドフィルムを製造することができる。なお、得られるポリイミドフィルムが酸化劣化するのを防ぐため、加熱イミド化は、真空中、或いは不活性ガス中で行うことが望ましい。ここでのポリイミドフィルム(ポリイミドフィルム/基材積層体の場合は、ポリイミドフィルム層)の厚さは、以後の工程の搬送性のため、好ましくは1〜250μm、より好ましくは1〜150μmである。
また、ポリイミド前駆体のイミド化反応は、前記のような加熱処理による加熱イミド化に代えて、ポリイミド前駆体をピリジンやトリエチルアミン等の3級アミン存在下、無水酢酸等の脱水環化試薬を含有する溶液に浸漬するなどの化学的処理によって行うことも可能である。また、これらの脱水環化試薬をあらかじめ、ポリイミド前駆体組成物(ワニス)中に投入・攪拌し、それを基材上に流延・乾燥することで、部分的にイミド化したポリイミド前駆体を作製することもでき、これを更に前記のような加熱処理することで、ポリイミドフィルム/基材積層体、もしくはポリイミドフィルムを得ることができる。
この様にして得られたポリイミドフィルム/基材積層体、もしくはポリイミドフィルムは、その片面もしくは両面に導電性層を形成することによって、フレキシブルな導電性基板を得ることができる。
フレキシブルな導電性基板は、例えば次の方法によって得ることができる。すなわち、第一の方法としては、ポリイミドフィルム/基材積層体を基材からポリイミドフィルムを剥離せずに、そのポリイミドフィルム表面に、スパッタ、蒸着、印刷などによって、導電性物質(金属もしくは金属酸化物、導電性有機物、導電性炭素など)の導電層を形成させ、導電性層/ポリイミドフィルム/基材の導電性積層体を製造する。その後必要に応じて、基材より導電性層/ポリイミドフィルム積層体を剥離することによって、導電性層/ポリイミドフィルム積層体からなる透明でフレキシブルな導電性基板を得ることができる。
第二の方法としては、ポリイミドフィルム/基材積層体の基材からポリイミドフィルムを剥離して、ポリイミドフィルムを得、そのポリイミドフィルム表面に、導電性物質(金属もしくは金属酸化物、導電性有機物、導電性炭素など)の導電層を、第一の方法と同様にして形成させ、導電性層/ポリイミドフィルム積層体、導電性層/ポリイミドフィルム積層体/導電性層からなる透明でフレキシブルな導電性基板を得ることができる。
なお、第一、第二の方法において、必要に応じて、ポリイミドフィルムの表面に導電層を形成する前に、スパッタ、蒸着やゲル−ゾル法などによって、水蒸気、酸素などのガスバリヤ層、光調整層などの無機層を形成しても構わない。
また、導電層は、フォトリソグラフィ法や各種印刷法、インクジェット法などの方法によって、回路が好適に形成される。
このようにして得られる本発明の基板は、本発明のポリイミドによって構成されたポリイミドフィルムの表面に、必要に応じてガスバリヤ層や無機層を介し、導電層の回路を有するものである。この基板は、フレキシブルであり、高い透明性、折り曲げ性、耐熱性が優れ、さらに極めて低い線熱膨張係数や優れた耐溶剤性を併せ有するので微細な回路の形成が容易である。したがって、この基板は、ディスプレイ用、タッチパネル用、または太陽電池用の基板として好適に用いることができる。
すなわち、この基板に、蒸着、各種印刷法、或いはインクジェット法などによって、さらにトランジスタ(無機トランジスタ、有機トランジスタ)が形成されてフレキシブル薄膜トランジスタが製造され、そして、表示デバイス用の液晶素子、EL素子、光電素子として好適に用いられる。
以下、実施例及び比較例によって本発明を更に説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
以下の各例において評価は次の方法で行った。
<ポリイミド前駆体溶液(ワニス)の評価>
[保存安定性]
23℃でワニスを保存し、3日後に流動性のある均一な状態であれば○、
3日後に白濁、もしくはゲル化していれば×とする。
<ポリイミドフィルムの評価>
[400nm光透過率、全光透過率]
紫外可視分光光度計/V−650DS(日本分光製)を用いて、膜厚約10μmのポリイミド膜の400nmにおける光透過率と、全光透過率(380nm〜780nmにおける平均透過率)を測定した。測定した400nmにおける光透過率と、全光透過率を反射率を10%としてランベルト・ベール式を用いて、10μm厚の400nmにおける光透過率と、全光透過率を算出した。算出式を下記に示す。
Log10((T+10)/100)=10/L×(Log10((T’+10)/100))
Log10((T+10)/100)=10/L×(Log10((T’+10)/100))
:反射率を10%としたときの10μm厚のポリイミドフィルムの400nmにおける光透過率(%)
’:測定した400nmにおける光透過率(%)
:反射率を10%としたときの10μm厚のポリイミドフィルムの全光透過率(%)
’:測定した全光透過率(%)
L:測定したポリイミドフィルムの膜厚(μm)
[弾性率、破断点伸度]
膜厚約10μmのポリイミドフィルムをIEC450規格のダンベル形状に打ち抜いて試験片とし、ORIENTEC社製TENSILONを用いて、チャック間長30mm、引張速度2mm/分で、初期の弾性率、破断点伸度を測定した。
[線熱膨張係数(CTE)]
膜厚約10μmのポリイミドフィルムを幅4mmの短冊状に切り取って試験片とし、TMA/SS6100 (エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)を用い、チャック間長15mm、荷重2g、昇温速度20℃/分で500℃まで昇温した。得られたTMA曲線から、150℃から250℃までの線熱膨張係数を求めた。
[1%重量減少温度]
膜厚約10μmのポリイミドフィルムを試験片とし、TAインスツルメント社製 熱量計測定装置(Q5000IR)を用い、窒素気流中、昇温速度10℃/分で25℃から600℃まで昇温した。得られた重量曲線から、1%重量減少温度を求めた。
[フィルムの厚み方向位相差(Rth)]
膜厚10μmのポリイミドフィルムを試験片とし、王子計測器社製 位相差測定装置(KOBRA−WR)を用い、入射角を40°としてフィルムの位相差測定を行った。得られた位相差より、膜厚10μmのフィルムの厚み方向の位相差を求めた。
以下の各例で使用した原材料の略称、純度等は、次のとおりである。
[ジアミン成分]
tra−DACH:トランス−1,4−ジアミノシクロヘキサン〔純度:99.1%(GC分析)〕
DABAN: 4,4’−ジアミノベンズアニリド〔純度:99.90%(GC分析)〕
PPD: p−フェニレンジアミン〔純度:99.9%(GC分析)〕
4,4’−ODA: 4,4’−オキシジアニリン〔純度:99.9%(GC分析)〕
BAPB: 4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル〔純度:99.93%(HPLC分析)〕
[テトラカルボン酸成分]
s−BPDA:3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物〔純度99.9%(H−NMR分析)〕
a−BPDA:2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物〔純度99.6%(H−NMR分析)〕
PMDA−HS: 1R,2S,4S,5R−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物〔純度:99.9%(GC分析)〕
CpODA−tee:trans−endo−endo−ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸二無水物
CpODA−cee:cis−endo−endo−ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸二無水物
CpODA:CpODA−teeとCpODA−ceeの混合物
PACDA:N,N’−(1,4−フェニレン)ビス(1,3−ジオキソオクタヒドロイソベンゾフラン−5−カルボキシアミド)
Figure 2019108552
[溶媒]
NMP: N−メチル−2−ピロリドン
表1−1に実施例、比較例で使用したテトラカルボン酸成分、表1−2に実施例、比較例で使用したジアミン成分、表1−3に実施例、比較例で使用したイミダゾール・イミダゾリン化合物の構造式を記す。
Figure 2019108552
Figure 2019108552
Figure 2019108552
〔合成例1〕
窒素ガスで置換した反応容器中にDABAN 90.91g(0.4モル)とPPD 64.88g(0.6モル)を入れ、N−メチル−2−ピロリドンを、仕込みモノマー総質量(ジアミン成分とカルボン酸成分の総和)が 16質量%となる量の2835.90gを加え、室温で1時間攪拌した。この溶液にCpODA 384.38g(1.0モル)を徐々に加えた。室温で12時間撹拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液(ワニスA)を得た。
〔合成例2〕
窒素ガスで置換した反応容器中にDABAN 90.91g(0.4モル)とPPD 54.07g(0.5モル)とBAPB 36.84g(0.1モル)を入れ、N−メチル−2−ピロリドンを、仕込みモノマー総質量(ジアミン成分とカルボン酸成分の総和)が 16質量%となる量の2972.56gを加え、室温で1時間攪拌した。この溶液にCpODA 384.38g(1.0モル)を徐々に加えた。室温で12時間撹拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液(ワニスB)を得た。
〔合成例3〕
窒素ガスで置換した反応容器中にDABAN 22.73g(0.100モル)を入れ、N−メチル−2−ピロリドンを、仕込みモノマー総質量(ジアミン成分とカルボン酸成分の総和)が 16質量%となる量の3211.16gを加え、室温で1時間攪拌した。この溶液にCpODA 38.44g(0.100モル)を徐々に加えた。室温で12時間撹拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液(ワニスC)を得た。
〔合成例4〕
窒素ガスで置換した反応容器中にDABAN 15.91g(0.070モル)とPPD 3.24g(0.030モル)を入れ、N−メチル−2−ピロリドンを、仕込みモノマー総質量(ジアミン成分とカルボン酸成分の総和)が 16質量%となる量の302.35gを加え、室温で1時間攪拌した。この溶液にCpODA 38.44g(0.100モル)を徐々に加えた。室温で12時間撹拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液(ワニスD)を得た。
〔合成例5〕
窒素ガスで置換した反応容器中にDABAN 11.36g(0.050モル)とPPD 4.34g(0.040モル)と4,4’−ODA 2.00g(0.010モル)を入れ、N−メチル−2−ピロリドンを、仕込みモノマー総質量(ジアミン成分とカルボン酸成分の総和)が 16質量%となる量の294.74gを加え、室温で1時間攪拌した。この溶液にCpODA 38.44g(0.100モル)を徐々に加えた。室温で12時間撹拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液(ワニスE)を得た。
〔合成例6〕
窒素ガスで置換した反応容器中に4,4’−ODA 20.02g(0.100モル)を入れ、N−メチル−2−ピロリドンを、仕込みモノマー総質量(ジアミン成分とカルボン酸成分の総和)が 17質量%となる量の207.21gを加え、室温で1時間攪拌した。この溶液にPMDA−HS 22.41g(0.100ミリモル)を徐々に加えた。室温で12時間撹拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液(ワニスF)を得た。
〔合成例7〕
窒素ガスで置換した反応容器中にDABAN 22.73g(0.100モル)を入れ、N−メチル−2−ピロリドンを、仕込みモノマー総質量(ジアミン成分とカルボン酸成分の総和)が 20質量%となる量の296.29gを加え、室温で1時間攪拌した。この溶液にPACDA 51.35g(0.100モル)を徐々に加えた。室温で12時間撹拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液(ワニスG)を得た。
〔合成例8〕
窒素ガスで置換した反応容器中にtra−DACH 10.81g(0.100モル)を入れ、N−メチル−2−ピロリドンを、仕込みモノマー総質量(ジアミン成分とカルボン酸成分の総和)が 12質量%となる量の2950.64gを加え、室温で1時間攪拌した。この溶液にs−BPDA 28.69g(0.0975モル)とa−BPDA 0.74g(0.0025モル)を徐々に加えた。50℃で12時間撹拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液(ワニスH)を得た。
〔実施例1〕
1,2−ジメチルイミダゾール 0.05g(0.5ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.05gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対して、1,2−ジメチルイミダゾールは0.05モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔実施例2〕
1,2−ジメチルイミダゾール 0.15g(1.6ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.15gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対して、1,2−ジメチルイミダゾールは0.16モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔実施例3〕
1,2−ジメチルイミダゾール 0.19g(2.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.19gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対して、1,2−ジメチルイミダゾールは0.2モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔実施例4〕
1,2−ジメチルイミダゾール 0.96g(10.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.38gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する1,2−ジメチルイミダゾールは1.0モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔実施例5〕
1,2−ジメチルイミダゾール 1.92g(20.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.38gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する1,2−ジメチルイミダゾールは2.0モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔実施例6〕
1−メチルイミダゾール 0.04g(0.5ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.04gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する1−メチルイミダゾールは0.05モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔実施例7〕
1−メチルイミダゾール 0.08g(1.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.08gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する1−メチルイミダゾールは0.1モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔実施例8〕
1−メチルイミダゾール 0.16g(2.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.16gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する1−メチルイミダゾールは0.2モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔実施例9〕
1−メチルイミダゾール 0.33g(4.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.33gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する1−メチルイミダゾールは0.4モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔実施例10〕
2−メチルイミダゾール 0.16g(2.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.16gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する2−メチルイミダゾールは0.2モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔実施例11〕
イミダゾール 0.14g(2.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.14gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、イミダゾールは0.2モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔実施例12〕
2−フェニルイミダゾール 0.29g(2.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.29gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、2−フェニルイミダゾールは0.2モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔実施例13〕
ベンゾイミダゾール 0.24g(2.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.24gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、ベンゾイミダゾールは0.2モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔比較例1〕
PTFE製メンブレンフィルターでろ過した合成例1で得られたワニスAをガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔比較例2〕
1,2−ジメチルイミダゾール 1.92g(40.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.38gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、1,2−ジメチルイミダゾールは4.0モルである。得られたポリイミド前駆体溶液を23℃で保管すると、3日目までにポリイミド前駆体溶液がゲル化した。
〔参考例1〕
1,2−ジメチルイミダゾール 0.19g(2.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.19gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例1で得られたワニスA 33.76g(ワニスA中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、1,2−ジメチルイミダゾールは0.2モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から350℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−1に示す。
〔実施例14〕
1,2−ジメチルイミダゾール 0.05g(0.5ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.05gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例2で得られたワニスB 35.39g(ワニスB中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、1,2−ジメチルイミダゾールは0.05モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−2に示す。
〔実施例15〕
1,2−ジメチルイミダゾール 0.10g(1.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.10gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例2で得られたワニスB 35.39g(ワニスB中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、1,2−ジメチルイミダゾールは0.1モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−2に示す。
〔実施例16〕
1,2−ジメチルイミダゾール 0.19g(2.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.19gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例2で得られたワニスB 35.39g(ワニスB中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、1,2−ジメチルイミダゾールは0.2モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−2に示す。
〔実施例17〕
1−メチルイミダゾール 0.16g(2.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.16gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例2で得られたワニスB 35.39g(ワニスB中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、1−メチルイミダゾールは0.2モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−2に示す。
〔比較例3〕
PTFE製メンブレンフィルターでろ過した合成例2で得られたワニスBをガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−2に示す。
〔比較例4〕
2−エチル−2−イミダゾリン 0.10g(1.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.20gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例2で得られたワニスB 35.39g(ワニスB中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、2−エチル−2−イミダゾリンは0.1モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−2に示す。
〔比較例5〕
2−エチル−2−イミダゾリン 0.20g(2.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.40gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例2で得られたワニスB 35.39g(ワニスB中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加えるとワニスがゲル化した。そのまま室温で3時間攪拌しても、均一なポリイミド前駆体溶液を得られなかった。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、2−エチル−2−イミダゾリンは0.2モルである。
〔比較例6〕
2−エチル−2−イミダゾリン 0.49g(5.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.98gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例2で得られたワニスB 35.39g(ワニスB中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加えるとワニスがゲル化した。そのまま室温で3時間攪拌しても、均一なポリイミド前駆体溶液を得られなかった。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、2−エチル−2−イミダゾリンは0.5モルである。
〔比較例7〕
2−メチル−2−イミダゾリン 0.25g(3.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.25gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例2で得られたワニスB 35.39g(ワニスB中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、2−メチル−2−イミダゾリンは0.3モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−2に示す。
〔比較例8〕
2−フェニルイミダゾリン 0.44g(3.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.44gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例2で得られたワニスB 35.39g(ワニスB中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、2−フェニルイミダゾリンは0.3モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−2に示す。
〔実施例18〕
1,2−ジメチルイミダゾール 0.10g(1.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.10gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例3で得られたワニスC 38.23g(ワニスC中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、1,2−ジメチルイミダゾールは0.1モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−3に示す。
〔比較例9〕
PTFE製メンブレンフィルターでろ過した合成例3で得られたワニスCをガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−3に示す。
〔実施例19〕
1,2−ジメチルイミダゾール 0.10g(1.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.10gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例4で得られたワニスD 35.99g(ワニスD中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、1,2−ジメチルイミダゾールは0.1モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−3に示す。
〔比較例10〕
PTFE製メンブレンフィルターでろ過した合成例4で得られたワニスDをガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−3に示す。
〔実施例20〕
1,2−ジメチルイミダゾール 0.10g(1.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.10gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例5で得られたワニスE 35.09g(ワニスE中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、1,2−ジメチルイミダゾールは0.1モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−3に示す。
〔比較例11〕
PTFE製メンブレンフィルターでろ過した合成例5で得られたワニスEをガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から410℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−3に示す。
〔実施例21〕
1,2−ジメチルイミダゾール 0.19g(2.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.19gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例6で得られたワニスF 24.97g(ワニスF中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、1,2−ジメチルイミダゾールは0.2モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から400℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−3に示す。
〔比較例12〕
PTFE製メンブレンフィルターでろ過した合成例6で得られたワニスFをガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から400℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−3に示す。
〔実施例22〕
1,2−ジメチルイミダゾール 0.19g(2.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.19gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例7で得られたワニスG 37.04g(ワニスG中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、1,2−ジメチルイミダゾールは0.2モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から350℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−3に示す。
〔比較例13〕
PTFE製メンブレンフィルターでろ過した合成例7で得られたワニスGをガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から350℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−3に示す。
〔実施例23〕
1,2−ジメチルイミダゾール 0.19g(2.0ミリモル)とN−メチル−2−ピロリドン 0.19gを反応容器に加え均一な溶液を得た。その溶液に合成例8で得られたワニスH 33.53g(ワニスH中のポリイミド前駆体の繰返しユニットの分子量に対して、10ミリモル)加え、室温で3時間攪拌し、均一で粘稠なポリイミド前駆体溶液を得た。仕込み量から計算すると、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対する、1,2−ジメチルイミダゾールは0.2モルである。
PTFE製メンブレンフィルターでろ過したポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から370℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−3に示す。
〔比較例14〕
PTFE製メンブレンフィルターでろ過した合成例8で得られたワニスHをガラス基板に塗布し、窒素雰囲気下(酸素濃度200ppm以下)、そのままガラス基板上で室温から370℃まで加熱して熱的にイミド化を行い、無色透明なポリイミドフィルム/ガラス積層体を得た。次いで、得られたポリイミドフィルム/ガラス積層体を水に浸漬した後剥離し、乾燥して、膜厚が約10μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの特性を測定した結果を表2−3に示す。
Figure 2019108552
Figure 2019108552
Figure 2019108552
表2−1〜2−3に示した結果から、イミダゾール系化合物(1,2−ジメチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、ベンゾイミダゾール、またはイミダゾール)を含むポリイミド前駆体組成物から得られたポリイミドは、厚み方向位相差が小さいことが分かる(実施例1〜13と比較例1、実施例14〜17と比較例3、実施例18と比較例9、実施例19と比較例10、実施例20と比較例11、実施例21と比較例12、実施例22と比較例13、実施例23と比較例14)。また、1,2−ジメチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、またはイミダゾールを用いた場合には、透過率も向上していることが分かる(実施例1〜11と比較例1、実施例14〜17と比較例3、実施例18と比較例9、実施例19と比較例10、実施例20と比較例11、実施例21と比較例12、実施例22と比較例13、実施例23と比較例14)。さらに、イミダゾール系化合物の含有量が、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対して4モル未満であると、保存安定性にも優れることが分かる(実施例1〜13と比較例2)。また、機械的特性に関して、イミド化のための加熱処理の最高加熱温度を350℃を超えて410℃とすることで、破断点伸度が大きくなることが分かる(実施例3と参考例1)。
前記のとおり、本発明のポリイミド前駆体組成物から得られたポリイミドは、厚み方向位相差が小さいことに加え、優れた光透過性、機械的特性、低線熱膨張係数を有しており。本発明のポリイミドフィルムは、ディスプレイ用途などの無色透明で微細な回路形成可能な透明基板として好適に用いることができる。
本発明によって、透明性に優れるポリイミドであって、同一組成でも厚み方向位相差がより小さいポリイミド、または、厚み方向位相差が小さく、透明性に優れ、機械的特性にも優れたポリイミドが得られるポリイミド前駆体組成物(ポリイミド前駆体を含む溶液組成物)、及びポリイミドの製造方法を提供することができる。このポリイミド前駆体組成物から得られるポリイミドは、透明性が高く、且つ厚み方向位相差が小さく、また、低線熱膨張係数であって微細な回路の形成が容易であるので、特にディスプレイ用、タッチパネル用、太陽電池用などの基板を形成するために好適に用いることができる。

Claims (12)

  1. 下記化学式(1)で表される繰り返し単位、または下記化学式(2)で表される繰り返し単位を含むポリイミド前駆体と、
    イミダゾール系化合物を含み、
    イミダゾール系化合物の含有量が、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対して4モル未満であることを特徴とするポリイミド前駆体組成物。
    Figure 2019108552
    (式中、Xは脂環構造を有する4価の基であり、Yは芳香族環を有する2価の基であり、R、Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1〜6のアルキル基、または炭素数3〜9のアルキルシリル基である。)
    Figure 2019108552
    (式中、Xは芳香族環を有する4価の基であり、Yは脂環構造を有する2価の基であり、R、Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1〜6のアルキル基、または炭素数3〜9のアルキルシリル基である。)
  2. このポリイミド前駆体組成物から得られるポリイミドが、厚さ10μmのフィルムでの波長400nmの光透過率が75%以上であることを特徴とする請求項1に記載のポリイミド前駆体組成物。
  3. 前記イミダゾール系化合物の含有量が、ポリイミド前駆体の繰り返し単位1モルに対して0.05モル以上2モル以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のポリイミド前駆体組成物。
  4. 前記イミダゾール系化合物の1気圧における沸点が340℃未満であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のポリイミド前駆体組成物。
  5. 前記イミダゾール系化合物が、1,2−ジメチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、イミダゾール、またはベンゾイミダゾールのいずれかであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のポリイミド前駆体組成物。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載のポリイミド前駆体組成物を、最高加熱温度350℃超で加熱処理して、ポリイミド前駆体をイミド化することを特徴とするポリイミドの製造方法。
  7. 請求項1〜5のいずれかに記載のポリイミド前駆体組成物を基材上に塗布する工程と、
    基材上のポリイミド前駆体組成物を、最高加熱温度350℃超で加熱処理して、ポリイミド前駆体をイミド化する工程と
    を有することを特徴とする請求項6に記載のポリイミドの製造方法。
  8. 前記加熱処理の最高加熱温度が400℃を超えることを特徴とする請求項6又は7に記載のポリイミドの製造方法。
  9. 請求項6〜8のいずれかに記載の方法により製造されるポリイミド。
  10. 厚さ10μmのフィルムでの波長400nmの光透過率が75%以上であることを特徴とする請求項9に記載のポリイミド。
  11. 請求項6〜8のいずれかに記載の方法により製造されるポリイミドフィルム。
  12. 請求項9又は10に記載のポリイミド、又は請求項11に記載のポリイミドフィルムを含むことを特徴とするディスプレイ用、タッチパネル用、または太陽電池用の基板。
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