JP3108549B2 - ポリイミドシートの製造方法 - Google Patents

ポリイミドシートの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,透明なポリイミドシー
トを容易に得ることができるポリイミドシートの製造方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリイミドは,耐熱性,機械的特性,電
気的特性,耐候性等に優れており,フィルムや成形体の
原料として有用であることが知られている。従来,ポリ
イミドフイルムは,N,N−ジメチルホルムアミド,N
−メチル−2−ピロリドン,ヘキサメチルホスホルアミ
ド,N−メチルカプロラクタム,ジメチルスルホキシ
ド,N−アセチル−2−ピロリドン,N,N−ジメチル
アセトアミドのようないわゆる非プロトン系極性溶媒に
溶解し,これを基板上に流延し,溶媒を除去して,剥離
してフィルム状としたのち加熱又は化学閉環してイミド
化することにより製造されていた。
【0003】例えば,4,4′−ジアミノジフェニルエ
ーテルとピロメリット酸二無水物から製造されるポリイ
ミドからは,優れた耐熱性を有する透明なフィルムが得
られ,このフィルムは電気絶縁用途などに広く使用され
ている。しかしポリイミド前駆体と非プロトン系極性溶
媒は,強く相互作用しているので,ポリイミド前駆体か
ら非プロトン系極性溶媒を除去することが困難であり,
厚さ100μm程度の薄いポリイミドフィルムしか得ら
れず,シート状で透明なものは得ることができなかっ
た。
【0004】一方,ポリイミド粉体を焼結成形して,所
望の形状をしたポリイミド成形体を得る方法が知られて
いるが,この方法では不透明なポリイミド成形体しか得
ることができなかった。また,工業化学雑誌,71巻,
1559頁(1968年)には,特殊な構造を有するポ
リイミド前駆体を利用した透明のポリイミドシートを製
造する方法が開示されている。この方法によれば,厚さ
3mm未満程度のポリイミドシートが得られるが,ここ
で使われるポリイミド前駆体を得るには,3段階もの合
成反応が必要であり,ポリイミドシートを得るのに実用
的な製造方法とはいい難かった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような状況に鑑
み,本発明の課題は,透明なポリイミドシートを容易に
製造する方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは,上記課題
を解決するために鋭意検討した結果,特定の溶媒を使用
すると,透明なポリイミドのシートが容易に得られるこ
とを見いだし,本発明に到達した。
【0007】 すなわち、本発明の要旨は、 水溶性エ
ーテル系化合物,水溶性アルコール系化合物,水溶性ケ
トン系化合物及び水から選ばれる混合溶媒中または同一
分子内にエーテル基とアルコール性水酸基を有する水溶
性化合物の溶媒中でテトラカルボン酸無水物とジアミン
を反応させてポリイミド前駆体溶液を調製し,次いで得
られた溶液からポリイミド前駆体シートを成形し,この
シートをイミド化することを特徴とするポリイミドシー
トの製造方法である。
【0008】以下本発明について詳細に説明する。本発
明においてポリイミドとは,非熱可塑性で耐熱性を有
し,かつポリマー鎖の繰り返し単位の80モル%以上がポ
リイミド構造を有する有機ポリマーを言う。また,ポリ
イミド前駆体とは,加熱または化学的作用により閉環し
てポリイミドとなる有機ポリマーを言う。ここで,閉環
したとは,イミド環構造が得られたことをいう。
【0009】溶媒和が強いとは溶質と溶媒が強く会合
(Association )していることを意味し,ポリイミド前
駆体溶液において,溶質であるポリイミド前駆体と溶媒
との本質的な相互作用(Interaction)を意味する。そし
て,溶媒和の程度については,例えば,次のような方法
で測定した溶媒和指数で判定することができる。すなわ
ち,6重量%のポリイミド前駆体を含有する溶液500
0mgを内径86mm,高さ18mmの標準的なガラス
シヤーレ上に均一に流し込み,室温で風乾し,流動性が
なくなった後,10mmHgの減圧下40℃で40時間
の条件で溶媒を留去した後のシヤーレ上のポリイミド前
駆体の重量をAmgとすると,溶媒和指数は次式で表す
ことができる。
【0010】
【数1】
【0011】本発明におけるポリイミドシートの厚さと
しては,0.3mm未満であってもよいが,従来の方法
では得られなかった0.3mm以上を対象とし,好まし
くは0.5mm以上であり,より好ましくは1.0mm
以上である。本発明において,ポリイミドシートの透明
性は,可視光吸収スペクトルを測定することによって,
評価することができ,本発明においては,800nmに
おける透過率が1%以上のシートを透明シートという。
【0012】本発明において,好ましいポリイミド前駆
体としては,芳香族系のポリイミド前駆体が挙げられ,
特に一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリ
アミド酸のホモポリマー又はコポリマー,又は部分閉環
したポリアミド酸のホモポリマー又はコポリマーが好ま
しい。
【0013】
【化1】
【0014】ここで,Rは少なくとも1つの炭素6員環
を含む4価の芳香族残基を示し,4価のうちの2価ずつ
は対をなし,炭素6員環内の隣接する炭素原子に結合し
ている。Rの具体例としては次のようなものがものが挙
げられる。
【0015】
【化2】
【0016】特に,Rとしては次のものが好ましい。
【0017】
【化3】
【0018】また,ここでR’は,1〜4個の炭素6員
環を持つ2価の芳香族残基を示す。R’の具体例として
は次のようなものが挙げられる。
【0019】
【化4】
【0020】
【化5】
【0021】また,特にR’としては,次のものが好ま
しい。
【0022】
【化6】
【0023】本発明において,溶媒はポリイミド前駆体
と強く溶媒和しないものが用いられる。溶媒における溶
媒和指数は,0.35未満,特に0.3以下であること
が好ましい。ポリイミド前駆体と強く溶媒和しない溶媒
としては,溶媒固有の性質である双極子モーメントが3
デバイ以下の溶媒が好ましく用いられる。個々の溶媒は
通常ポリイミド前駆体の貧溶媒が好ましく用いられる。
【0024】 このような溶媒としては,水溶性エーテ
ル系化合物,水溶性アルコール系化合物,水溶性ケトン
系化合物及び水から選ばれる混合溶媒中または同一分子
内にエーテル基とアルコール性水酸基を有する水溶性
合物である
【0025】水溶性エーテル系化合物,水溶性アルコー
ル系化合物,水溶性ケトン系化合物及び水から選ばれる
混合溶媒の組み合せとしては,水溶性エーテル系化合物
と水,水溶性エーテル系化合物と水溶性アルコール系化
合物,水溶性ケトン系化合物と水との組み合せが特に好
ましい。混合溶媒における溶媒の混合比率としては,水
溶性エーテル系化合物と水の場合は96:4〜79:2
1,水溶性エーテル化合物と水溶性アルコール系化合物
の場合は90:10〜56:44,水溶性ケトン系化合
物と水との組み合せの場合は90:10〜40:60
(いづれも重量比)が好ましい。
【0026】本発明において使用される水溶性エーテル
系化合物としては,テトラヒドロフラン(THF),ジ
オキサン,トリオキサン,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
リコールジエチルエーテル等が挙げられる。特に,TH
Fが好ましい。
【0027】水溶性アルコール系化合物としては,メタ
ノール,エタノール,1−プロパノール,2−プロパノ
ール,tert−ブチルアルコール,エチレングリコー
ル,1,2−プロパンジオール,1,3−プロパンジオ
ール,1,3−ブタンジオール,1,4−ブタンジオー
ル,2,3−ブタンジオール,1,5−ペンタンジオー
ル,2−ブテン−1,4−ジオール,2−メチル−2,
4−ペンタンジオール,グリセリン,2−エチル−2−
(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオール,
1,2,6−ヘキサントリオール等が挙げられる。特に
好ましくは,メタノール,エタノール,エチレングリコ
ールである。また,水溶性ケトン系化合物としては,例
えば,アセトン,メチルエチルケトン等が挙げられ,特
に,アセトンが好ましい。
【0028】同一分子内にエーテル基とアルコール性水
酸基を有する水溶性化合物としては,2−メトキシエタ
ノール,2−エトキシエタノール,2−(メトキシメト
キシ)エトキシエタノール,2−イソプロポキシエタノ
ール,2−ブトキシエタノール,テトラヒドロフルフリ
ルアルコール,ジエチレングリコール,ジエチレングリ
コールモノメチルエーテル,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,トリエチレングリコール,トリエチレングリコー
ルモノエチルエーテル,テトラエチレングリコール,1
−メトキシ−2−プロパノール,1−エトキシ−2−プ
ロパノール,ジプロピレングリコール,ジプロピレング
リコールモノメチルエーテル,ジプロピレングリコール
モノエチルエーテル,トリプロピレングリコールモノメ
チルエーテル,ポリエチレングリコール,ポリプロピレ
ングリコール等が挙げられる。特に,2−メトキシエタ
ノール,テトラヒドロフルフリルアルコールが好まし
い。
【0029】本発明においては,先に述べた溶媒中で,
テトラカルボン酸無水物とジアミンを反応させることに
よって,1段階で容易にポリイミド前駆体溶液を調製す
ることができ,これを必要があればその濃度を調整する
ことにより,ポリイミドシートの製造に使用することが
できる。ポリイミド前駆体溶液中におけるポリイミド前
駆体の濃度は,0.1〜60重量%が好ましく,1〜25
重量%がより好ましく,5〜20重量%が更に好まし
い。
【0030】本発明において,ポリイミドシートを得る
には,例えば,ポリイミド前駆体溶液を,所望の厚さに
なるように任意の容器に注型し,20〜50℃におい
て,残留溶媒量が20〜40重量%になるまで乾燥さ
せ,一旦ポリイミド前駆体シートを得,得られたポリイ
ミド前駆体シートを窒素などの不活性ガス雰囲気下で1
50〜300℃で1〜150時間加熱処理し,ポリイミ
ドシートに変換する。昇温速度は,室温から徐々に加温
していくのが好ましく,例えば,1℃/時間で昇温する
のが好ましい。
【0031】
【実施例】以下,実施例により本発明を具体的に説明す
る。 実施例1 THF/メタノール混合溶媒(重量比80/20)37
5g中で,ピロメリット酸二無水物21.8gとジアミ
ノジフェニルエーテル20.0gを反応させて,10重
量%濃度のポリアミド酸溶液を調製した。この溶液30
0gを底面がフラットなガラス製容器(底面20×20
cm,高さ2cm)に注型し,30℃で50時間静置し
て乾燥し,平滑で透明なポリアミド酸シート45gを得
た。得られたポリアミド酸シートを窒素雰囲気下1℃/
時間の昇温速度で30℃から200℃まで加熱し,さら
に5℃/時間の昇温速度で加熱し,300℃で2時間加
熱処理して,厚さ0.6mmの褐色透明なポリイミドシ
ート(18.5×18.0×0.06cm,26.5
g)を得た。このシートの800nmにおける透過率は
38%であった。
【0032】実施例2 THF/水混合溶媒(重量比95/5)300g中で,
ピロメリット酸二無水物21.8gとジアミノジフェニ
ルエーテル20.0gを反応させて,12重量%濃度の
ポリアミド酸溶液を調製した。この溶液300gを底面
がフラットなガラス製容器(底面20×20cm,高さ
2cm)に注型し,30℃で50時間静置して乾燥し,
ポリアミド酸シート49gを得た。得られたポリアミド
酸シートを窒素雰囲気下1℃/時間の昇温速度で30℃
から200℃まで加熱し,さらに5℃/時間の昇温速度
で加熱し,300℃で2時間加熱処理して,厚さ0.6
5mmの褐色透明なポリイミドシート(18.5×1
8.0×0.06cm,30.2g)を得た。このシー
トの800nmにおける透過率は30%であった。
【0033】実施例3 2−メトキシエタノール375g中で,ピロメリット酸
二無水物21.8gとジアミノジフェニルエーテル2
0.0gを反応させて,10重量%濃度のポリアミド酸
溶液を調製した。この溶液300gを底面がフラットな
ガラス製容器(底面20×20cm,高さ2cm)に注
型し,30℃で50時間静置して乾燥し,ポリアミド酸
シート47gを得た。得られたポリアミド酸シートを窒
素雰囲気下1℃/時間の昇温速度で30℃から200℃
まで加熱し,さらに5℃/時間の昇温速度で加熱し,3
00℃で2時間加熱処理して,厚さ0.6mmの褐色透
明なポリイミドシート(18.5×18.0×0.06
cm,26.5g)を得た。このシートの800nmに
おける透過率は35%であった。
【0034】比較例1 実施例1において,THF/メタノール混合溶媒をN−
メチル−2−ピロリドンに変更してポリアミド酸溶液を
調製し,次に実施例1と同じ条件で注型,乾燥,加熱処
理を行ったが,含有溶媒をむらなく除去することが困難
であり,均一な厚さのポリイミドシートは得られなかっ
た。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば,特定の溶媒を使用する
ことによって,1段階でポリイミド前駆体溶液を調製す
ることができるので,透明性に優れたポリイミドシート
を容易に製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 5/18 CFG C08G 73/10 C08J 7/00 301 C08J 7/02 C08L 79/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水溶性エーテル系化合物,水溶性アルコ
    ール系化合物,水溶性ケトン系化合物及び水から選ばれ
    る混合溶媒中または同一分子内にエーテル基とアルコー
    ル性水酸基を有する水溶性化合物の溶媒中でテトラカル
    ボン酸無水物とジアミンを反応させてポリイミド前駆体
    溶液を調製し,次いで得られた溶液からポリイミド前駆
    体シートを成形し,このシートをイミド化することを特
    徴とするポリイミドシートの製造方法。
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