JP2021187934A - ポリアミド酸、ポリイミド及びポリイミドフィルム - Google Patents
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Abstract
Description
[1]酸二無水物残基及びジアミン残基を含むポリアミド酸であって、
ジアミン残基が、式(1):
[2]全ジアミン残基に占める、式(1)で示されるジアミンから誘導される残基と屈曲性ジアミンから誘導される残基の合計の割合が、30モル%以上である、[1]のポリアミド酸。
[3]全ジアミン残基に占める、式(1)で示されるジアミンから誘導される残基の割合が20モル%以上59モル%以下であり、屈曲性ジアミンから誘導される残基の割合が1モル%以上10モル%以下である、[1]又は[2]のポリアミド酸。
[4]屈曲性ジアミンが、式:
[5]屈曲性ジアミンが、7.10eV以上のイオン化ポテンシャルを有する、[1]〜[4]のいずれかのポリアミド酸。
[6]ジアミン残基が、式:
[7]酸二無水物が、式:
[8]酸二無水物が、2.25eV以下の電子親和力を有する、[1]〜[7]のいずれかのポリアミド酸。
[9][1]〜[8]のいずれかのポリアミド酸のイミド化物であるポリイミド。
[10][9]のポリイミドを含むポリイミドフィルム。
[11]フィルム厚40〜150μmでの全光線透過率が90%以上であり、イエローインデックスが3以下である、[10]のポリイミドフィルム。
本発明のポリアミド酸は、ジアミン残基として、式(1):
式(1)で示されるジアミンは、エステル結合で連結されるベンゼン環2つの一方は、アミノ基が結合する以外の位置において非置換であるのに対し、他方のベンゼン環は芳香族基を含有する基によって、少なくとも1つの位置において置換されている。このような構造により、主鎖の剛直性を維持したまま溶媒への可溶性を高められるため、溶液の加工性と塗膜の熱的、機械的特性を両立させることができる。
炭素原子数6〜10のフェノキシ基としては、メチルフェノキシ基、エチルフェノキシ基、プロピルフェノキシ基、ジメチルフェノキシ基、ジエチルフェノキシ基、メトキシフェノキシ基、エトキシフェノキシ基及びジメトキシフェノキシ基等が挙げられる。
炭素原子数6〜10のベンジル基としては、ベンジル基、メチルベンジル基、エチルベンジル基、プロピルベンジル基、ジメチルベンジル基、メトキシベンジル基、エトキシベンジル基及びメトキシベンジル基等が挙げられる。
炭素原子数6〜10のベンジルオキシ基としては、メチルベンジルオキシ基としては、ベンジルオキシ基、ベチルベンジルオキシ基、エチルベンジルオキシ基、プロピルベンジルオキシ基、ジメチルベンジルオキシ基、メトキシベンジルオキシ基及びエトキシベンジルオキシ基等が挙げられる。
上記した中でも、透明性という観点からは、炭素原子数6〜10の芳香族基がより好ましく、フェニル基、トリル基、メチルフェニル基、ジメチルフェニル基、エチルフェニル基及びジエチルフェニル基がさらに好ましく、フェニル基が特に好ましい。
屈曲性ジアミンは、−O−、−CH2−、−C(CH3)2−、−C(CF3)2−、−C(=O)−、−S(=O)2−、−S−等の屈曲基を主鎖中に含むジアミンであるか、屈曲基を有さない場合、2個のアミノ基の窒素原子とそれらと結合する炭素原子が一直線に並ばない構造を有するジアミンをいう。ただし、屈曲性ジアミンには、式(1)で示されるジアミンは包含されないこととする。このような構造のジアミンを配合することにより、フィルム中の複数の秩序領域間に跨って位置する結束分子鎖を増加させ、機械的柔軟性を向上させることができる。
上記において、化学構造式の下の数値は、イオン化ポテンシャル(eV)である。イオン化ポテンシャルは、Gaussian16Wを用いたDFT法により、汎関数としてB3LYP、分子軌道を構成する基底関数として6−311++G(d,p)を用い、各ジアミンの構造パラメータとしてB3LYP/6−311G(d)基底で最適化したものを用いて求めた値である。
全ジアミン残基に占める、式(1)のジアミン残基と屈曲性ジアミン残基の合計の割合は、ポリイミドにおける高硬度と強靭性の両立の点から、30モル%以上であることが好ましく、より好ましくは35モル%以上である。式(1)のジアミン残基と屈曲性ジアミン残基の合計の割合は100モル%であってもよいが、溶解性、必要粘度に応じて、その他のジアミンから誘導される残基(「その他のジアミン残基」ともいう。)を導入することができる。例えば、式(1)のジアミン残基と屈曲性ジアミンの合計が30モル%以上60モル%以下であり、その他のジアミン残基が40モル%以上70モル%以下であることができ、好ましくは式(1)のジアミン残基と屈曲性ジアミンの合計が35モル%以上55モル%以下であり、その他のジアミン残基が45モル%以上65モル%以下である。
その他のジアミン残基を誘導するジアミンとしては、ポリイミドの主鎖剛直性と無色透明性向上の点から、非屈曲性ジアミンであり、かつイオンポテンシャルが7.10eV以上のものが好ましい。例えば、式:
本発明のポリアミド酸は、酸二無水物から誘導される残基である酸二無水物残基を含む。酸二無水物残基は、特に限定されず、公知の酸二無水物から誘導される残基であることができる。
本発明のポリアミド酸は、酸二無水物とジアミンとを重合させることにより、得ることができる。反応に用いる酸二無水物とジアミンは、高分子化の点から、モル比で、0.95:1〜1.05:1とすることができ、好ましくは0.97:1〜1.03:1である。
反応温度は、反応速度向上の点から、20℃以上とすることができ、好ましくは60℃以上であり、また、100℃以下とすることができ、好ましくは80℃以下である。
反応時間は、反応の完結と作業効率の点から、1時間以上とすることができ、好ましくは2時間以上であり、また、10時間以下とすることができ、好ましくは8時間以下である。
ここで、重量平均分子量はポリスチレン標準を用いたサイズ排除クロマトグラフィーにより測定した値である。
本発明はまた、上記ポリアミド酸のイミド化物であるポリイミドに関する。ポリイミドは、酸二無水物残基及びジアミン残基を含み、ジアミン残基が、式(1)のジアミン残基及び屈曲性ジアミン残基を含む。酸二無水物残基、ジアミン残基、式(1)のジアミン残基及び屈曲性ジアミン残基について、上記の例示及び好適例が適用される。
縮合剤は、1種であっても、2種以上の組み合わせであってもよい。
縮合剤の使用量は、反応速度向上の点から、酸二無水物に対して、1当量以上とすることができ、2当量以上が好ましく、また、5当量以下とすることができ、4当量以下が好ましい。
反応促進剤は、1種であっても、2種以上の組み合わせであってもよい。
反応促進剤の使用量は、反応速度向上と無色透明性維持の点から、酸二無水物に対して、0.1当量以上とすることができ、0.2当量以上が好ましく、また、2当量以下とすることができ、1当量以下が好ましい。
反応時間は、反応完結と作業効率の点から、1時間以上とすることができ、好ましくは2時間以上であり、また、4時間以下とすることができ、好ましくは3時間以下である。
また、反応雰囲気は、無色透明性維持の点から、窒素雰囲気であることが好ましい。
ここで、重量平均分子量はポリスチレン標準を用いたサイズ排除クロマトグラフィーにより測定した値である。
本発明はまた、上記ポリイミドを含むポリイミドフィルムに関する。
高硬度としては、6.0GPa以上の引張弾性率が挙げられ、より好ましくは6.5GPa以上である。
強靭性としては、10%以上の破断伸びが挙げられ、より好ましくは15%以上である。
これらの測定は、後述の実施例の測定方法により行うことができる。
無色透明性としては、3以下のイエローインデックス、90%以上の全光線透過率、1以下のヘイズが挙げられ、より好ましくは2以下のイエローインデックス、91%以上の全光線透過率、0.5以下のヘイズである。
これらの測定は、後述の実施例の測定方法により行うことができる。
<引張弾性率(GPa)、最大強度(MPa)、破断伸び(%)>
ポリイミドフィルムをサンプルカッターでフィルム幅5mmに裁断したものを測定試料として用いた。測定装置として、島津製作所社製「EZ−LX」を用いて、ASTM D882に準拠した測定を行った。掴み具間距離は30mm、試験速度は3mm/minで、1サンプルにつき5〜7回測定し、各特性において高い3点の平均値を測定結果とした。
ポリイミドフィルムをそのまま測定試料として用いた。測定装置として、日本電色工業社製「ヘーズメーターNDH7000」を用いて、JIS K7361−1に準拠した測定を行い、測定結果を得た。
ポリイミドフィルムをそのまま測定試料として用い、測定装置としてはコニカミノルタ株式会社製の「測色分光計CM−5」を用いて、ASTM E313に準拠した測定を行うことにより求めた。
50mLサンプル管に1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)1.022g(5.21mmol)と9,9−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)フルオレン二無水物(BPAF)0.796g(1.74mmol)、trans−1,4−シクロヘキサンジアミン(tCHDA)19.8mg(0.17mmol)、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)1.157g(3.61mmol)、2−フェニル−4,4’−ジアミノベンズアニリド(PHBAAB。式(1)において、R3がフェニル、R1、R2及びR4が水素原子の化合物)1.005g(3.30mmol)を投入し、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)12gに溶解させた。この溶液を60℃に維持し、2時間反応させることでポリアミド酸溶液を得た。
表1に示される種類及び量の酸二無水物及びジアミンを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜12、比較例1〜2、4〜8のポリイミドフィルムを作製した。比較例3は、化学イミド化の段階でゲル化し製膜できず、比較例9及び10は、成分が不溶でフィルムの作製ができなかった。比較例2で用いたmTolは、下記式で示される非屈曲性ジアミンであり、イオン化ポテンシャルは7.08eVである。
Claims (11)
- 全ジアミン残基に占める、式(1)で示されるジアミンから誘導される残基と屈曲性ジアミンから誘導される残基の合計の割合が、30モル%以上である、請求項1記載のポリアミド酸。
- 全ジアミン残基に占める、式(1)で示されるジアミンから誘導される残基の割合が20モル%以上59モル%以下であり、屈曲性ジアミンから誘導される残基の割合が1モル%以上10モル%以下である、請求項1又は2記載のポリアミド酸。
- 屈曲性ジアミンが、7.10eV以上のイオン化ポテンシャルを有する、請求項1〜4のいずれか1項記載のポリアミド酸。
- 酸二無水物が、2.25eV以下の電子親和力を有する、請求項1〜7のいずれか1項記載のポリアミド酸。
- 請求項1〜8のいずれか1項記載のポリアミド酸のイミド化物であるポリイミド。
- 請求項9記載のポリイミドを含むポリイミドフィルム。
- フィルム厚40〜150μmでの全光線透過率が90%以上であり、イエローインデックスが3以下である、請求項10記載のポリイミドフィルム。
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