JP5473601B2 - ポリイミド樹脂組成物、該ポリイミド樹脂組成物を与えるポリイミド前駆体樹脂組成物およびそれらの製造方法、ならびにポリイミドフィルムおよびその製造方法 - Google Patents

ポリイミド樹脂組成物、該ポリイミド樹脂組成物を与えるポリイミド前駆体樹脂組成物およびそれらの製造方法、ならびにポリイミドフィルムおよびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ポリイミド樹脂組成物、該ポリイミド樹脂組成物を与えるポリイミド前駆体樹脂組成物およびそれらの製造方法、ならびにポリイミドフィルムおよびその製造方法に関する。
ポリイミドは耐熱性、機械的特性、電気的特性に優れており、電気・電子部品や航空宇宙材料として広く用いられている。ポリイミドはその優れた耐薬品性から溶媒に溶解しにくいため、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸が幅広く利用されている。フィルム等の成形体を得るにはポリアミック酸の溶液をコート後、熱処理、または化学処理によりイミド化しなければならない。しかしながら、ポリアミック酸はイミド化時、つまりフィルム成形時に溶媒の揮発や脱水を伴うため、収縮応力が残留し、歪みや反りの原因となるという問題点があった。
この問題を解決する手段として、ポリアミック酸とポリアミドイミドをブレンドする技術が提案されている(特許文献1、2参照)。例えば特許文献1においてはポリアミドイミドの末端封止が必要であり、またポリアミドイミドとポリアミック酸の混合物から得られた絶縁皮膜は海島構造を有し、相溶化していなかった。そのため、そのような混合物から製造された成形体は透明性が低いことが問題となっていた。また特許文献2ではポリアミドイミドとポリアミック酸は相溶化し、透明なフィルムが得られたものの、この技術ではポリアミドイミドの必須成分構造を与えるナフタレンジイソシアネートは、高価でありかつ毒性が高いため、汎用性という観点から問題があった。
特開2008−016266号公報 特開2005−325329号公報
本発明は上記課題を解決するものであって、より安価なポリアミドイミドを用いても、成形時の残留揮発分率を低減可能で、しかも機械的特性および透明性に優れたポリイミド樹脂組成物(例えばポリイミドフィルム)を形成可能で、透明性に優れたポリイミド前駆体樹脂組成物、およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明はまた、歪みや反りが防止され、機械的特性および透明性に優れたポリイミド樹脂組成物(例えばポリイミドフィルム)を安価に提供することを目的とする。
本発明の発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定のポリアミドイミド(PAI)と特定のポリアミック酸とを含むポリイミド前駆体樹脂組成物が、上記目的を達成できることを見出し、本発明に到達した。
本発明の要旨は以下<1>〜<23>の通りである。
<1> 下記式(1)で示されるジアミンモノマー単位を含有するポリアミドイミド(A)および下記式(2p)〜(2r)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位からなる群から選択される少なくとも1種類のモノマー単位を含有するポリアミック酸(B)を含むポリイミド前駆体樹脂組成物であって、該ポリイミド前駆体樹脂組成物をイミド化して厚み40μmのフィルムとしたときのヘーズが4%以下であるポリイミド前駆体樹脂組成物。
Figure 0005473601
(式中、Rは炭素数1〜5のアルキレン基である);
Figure 0005473601
<2> 前記ポリアミック酸(B)が下記式(3)で示されるジアミンモノマー単位を含有することを特徴とする<1>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
Figure 0005473601
<3> ポリアミドイミド(A)とポリアミック酸(B)との含有比率(A/B)が質量基準で1/99〜99/1である<1>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
<4> ポリアミドイミド(A)の存在下で、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを反応させてポリアミック酸(B)を製造して得られる<1>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
<5> ポリアミドイミド(A)の存在下で、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを反応させてポリアミック酸(B)を製造することを特徴とする<1>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物を製造する方法。
<6> ポリアミドイミド(A)の存在下で、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを反応させてポリアミック酸(B)を製造し、得られた生成物に、一種以上のポリアミドイミド(A)および/または別途製造された一種以上のポリアミック酸(B)を混合することを特徴とする<1>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物を製造する方法。
<7> 前記ポリアミック酸(B)がテトラカルボン酸モノマー単位として前記式(2p)〜(2r)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位からなる群から選択される1種類のモノマー単位を単独で含有するポリアミック酸(b1)であり、
該ポリアミック酸(b1)のテトラカルボン酸モノマー単位以外の他のテトラカルボン酸モノマー単位を含有するポリアミック酸(c1)をさらに含むことを特徴とする<1>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
<8> 前記ポリアミック酸(B)がテトラカルボン酸モノマー単位として前記式(2p)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位を単独で含有するポリアミック酸(b1)であり、
前記ポリアミック酸(c1)が前記式(2q)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位を含有することを特徴とする<7>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
<9> 前記ポリアミック酸(B)がテトラカルボン酸モノマー単位として前記式(2q)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位を単独で含有するポリアミック酸(b1)であり、
前記ポリアミック酸(c1)が上記式(2p)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位を含有することを特徴とする<7>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
<10> 前記ポリアミック酸(c1)が前記式(3)で示されるジアミンモノマー単位を含有することを特徴とする<7>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
<11> ポリアミドイミド(A)の存在下で、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを反応させてポリアミック酸(B)を製造し、得られた生成物に、ポリアミック酸(c1)を混合して得られる<7>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
<12> ポリアミドイミド(A)の存在下で、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを反応させてポリアミック酸(B)を製造し、得られた生成物に、ポリアミック酸(c1)を混合することを特徴とする<7>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物を製造する方法。
<13> 前記ポリアミック酸(B)がジアミンモノマー単位として前記式(3)で示されるジアミンモノマー単位を単独で含有するポリアミック酸(b2)であり、
前記式(3)で示されるジアミンモノマー単位以外の他のジアミンモノマー単位を含有するポリアミック酸(c2)をさらに含むことを特徴とする<1>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
<14> 前記ポリアミック酸(c2)が下記式(5)で示されるジアミンモノマー単位を含有することを特徴とする<13>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
Figure 0005473601
<15> 前記ポリアミック酸(c2)が前記式(2p)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位を含有することを特徴とする<13>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
<16> ポリアミドイミド(A)の存在下で、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを反応させてポリアミック酸(B)を製造し、得られた生成物に、ポリアミック酸(c2)を混合して得られる<13>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
<17> ポリアミドイミド(A)の存在下で、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを反応させてポリアミック酸(B)を製造し、得られた生成物に、ポリアミック酸(c2)を混合することを特徴とする<13>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物を製造する方法。
<18> 溶媒を含む<1>、<7>または<13>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
<19> 該溶媒がN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミドのいずれか一種あるいはそれらの混合物である<18>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
<20> 固形分濃度が5〜50質量%である<18>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
<21> <1>、<7>または<13>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物がイミド化されてなることを特徴とするポリイミド樹脂組成物。
<22> <1>、<7>または<13>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物をイミド化することを特徴とするポリイミド樹脂組成物の製造方法。
<23> <21>に記載のポリイミド樹脂組成物からなるポリイミドフィルム。
<24> <18>に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物をキャストし、乾燥し、イミド化を行うことを特徴とするポリイミドフィルムの製造方法。
本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物によれば、より安価なポリアミドイミドを使用する場合であっても、ポリイミド前駆体溶液乾燥時の残留揮発分率が低減されるので、イミド化の際の歪みや反りの発生が抑制される。しかも機械的特性および外観等に優れたポリイミド樹脂組成物が得られる。特に、本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物は、ポリアミドイミドとポリアミック酸との相溶性が優れるので、透明性にも優れる。そのため、本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物をイミド化してフィルムとしたとき、当該フィルムのヘーズを有効に低減できる。このような材料は電気・電子部品、航空宇宙材料などの分野において有用である。
本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物の製造方法によれば、本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物が簡便に得られる。また、ポリアミドイミドおよびポリアミック酸の両成分が十分に相溶した透明なポリイミド前駆体樹脂組成物が簡便に得られる。
本明細書中、ポリイミド前駆体とは、加熱又は化学的作用により閉環してポリイミドとなる、いわゆるポリアミック酸の構造を含む化合物を意味するものとする。
ポリイミド前駆体樹脂組成物は、後で詳述するように、特定のポリアミドイミドおよび特定のポリアミック酸を含むものである。そのようなポリイミド前駆体樹脂組成物の中でも、特に溶媒をさらに含むものをポリイミド前駆体溶液と呼ぶものとする。
ポリイミド樹脂組成物は、そのようなポリイミド前駆体樹脂組成物がイミド化されたものを意味するものとする。
(ポリイミド前駆体樹脂組成物)
本発明に係るポリイミド前駆体樹脂組成物は、ポリイミド樹脂組成物を製造するための樹脂組成物であり、特定のポリアミドイミド(A)および特定のポリアミック酸(B)を含むものである。
本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物に含まれるポリアミドイミド(A)は、ジアミンモノマー単位およびポリカルボン酸モノマー単位を含有するものであって、ジアミンモノマー単位として少なくとも式(1)で示されるジアミンモノマー単位(以下、DAモノマー単位(1)という)を含有するものである。
Figure 0005473601
式(1)中、Rは炭素数1〜5、好ましくは1〜3のアルキレン基であり、例えば、メチレン基、ジメチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基等が挙げられる。より好ましいRはメチレン基である。
ポリアミドイミド(A)中のDAモノマー単位(1)の含有比率は、ポリアミドイミド(A)の全ジアミンモノマー単位に対して60モル%以上、特に60〜100モル%が好ましく、より好ましくは80〜100モル%であり、最も好ましくは100モル%である。DAモノマー単位(1)の含有比率が少なすぎると、ポリイミド前駆体溶液においてポリアミドイミド(A)とポリアミック酸(B)とが相溶化せずに濁り、得られるポリイミド樹脂組成物の機械的物性が不十分となる場合がある。
ポリアミドイミド(A)に含まれるジアミンモノマー単位の含有比率は原料として使用されるジアミン成分の組成比率から算出可能である。ジアミン成分はその組成比率に基づいて反応し、化学量論的にポリアミドイミドが生成するためである。
ポリアミドイミド(A)にDAモノマー単位(1)を導入する方法は特に限定されず、例えば、原料としてDAモノマー単位(1)を含有するジイソシアネートまたは/およびジアミン成分を用いる方法を挙げることができる。
DAモノマー単位(1)を含有するジイソシアネート成分の具体例として、例えば、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、4,4’−ジフェニルエタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルプロパンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルブタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルペンタンジイソシアネート等が挙げられる。
DAモノマー単位(1)を含有するジアミン成分の具体例として、例えば、4,4’−ジフェニルメタンジアミン、4,4’−ジフェニルエタンジアミン、4,4’−ジフェニルプロパンタンジアミン、4,4’−ジフェニルブタンジアミン、4,4’−ジフェニルペンタンジアミン等が挙げられる。
ポリアミドイミドには、DAモノマー単位(1)以外の他のジアミンモノマー単位が含有されてもよい。
他のジアミンモノマー単位を与える原料として、例えば、以下に示すようなジイソシアネート成分およびジアミン成分が例示できる。
ジイソシアネート成分の具体例として、例えば、エチレンジイソシアネート、1,2−プロピレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイシシアネート等の脂肪族ジイソシアネート;1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネート;m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルエーテルジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネートが挙げられる。
ジアミン成分の具体例として、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン;1,4−シクロヘキサンジアミン、1,3−シクロヘキサンジアミン等の脂環族ジアミン;m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルなどの芳香族ジアミン等が挙げられる。
ポリアミドイミド(A)に含有されるポリカルボン酸モノマー単位は通常、トリカルボン酸モノマー単位であり、当該トリカルボン酸モノマー単位を与える酸成分(原料)として、トリメリット酸無水物が好ましく用いられる。トリカルボン酸モノマー単位はトリカルボン酸一無水物由来のものである。本発明のポリアミドイミド(A)の合成に用いられる酸成分としては、本発明の目的を損なわない範囲で、ポリカルボン酸モノマー成分の一部を、ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ビフェニルスルホンテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルエーテルテトラカルボン酸、エチレングリコールアンヒドロビストリメリテート、プロピレングリコールアンヒドロビストリメリテート等のテトラカルボン酸及びこれらの無水物などに置き換えることができる。ポリアミドイミド(A)中のトリカルボン酸モノマー単位の含有比率は、ポリアミドイミド(A)の全ポリカルボン酸モノマー単位)に対して80モル%以上、特に80〜100モル%が好ましく、より好ましくは90〜100モル%であり、最も好ましくは100モル%である。トリカルボン酸モノマー単位の含有比率もまた、原料として使用されるポリカルボン酸成分の組成比率から算出可能である。
ポリアミドイミド(A)の製造は、ジイソシアネートまたはジアミンを、溶媒中でトリメリット酸無水物等の酸成分と反応させることにより行うことができる。このとき用いる溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N’−ジメチルアセトアミド、N,N’−ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン等の極性溶媒が挙げられる。
その他の製造条件は特に限定されず、一般的な方法で製造したものでよいが、例えば、ジイソシアネート/ジアミン成分と酸成分の反応温度としては、室温〜200℃の範囲で適宜選択される。得られたポリアミドイミドの構造は、H−NMR等により分析することができる。
ポリアミドイミド(A)の数平均分子量は、本発明の目的が達成される限り特に制限されないが、好ましくは1000〜100000、特に6000〜30000のものを用いる。また、溶媒NMP、溶質濃度15質量%で測定したときの粘度が、好ましくは0.5〜50Pa・s/30℃、特に1〜30Pa・s/30℃のものを用いる。
本明細書中、数平均分子量はHP1100(Hewlett Packerd社製)によって測定された値を、粘度はDVL−B2(トキメック社製)によって測定された値を用いている。
ポリアミドイミド(A)は市販のものを用いてもよい。市販のポリアミドイミドとしては、東洋紡製バイロマックスHR11NN、HR14ET,HR15ET,HR16NNなど、また、日立化成工業製HPC−5000、HPC−7200,HPC−9000,HPC−9200などを挙げることができる。なお、このような市販のポリアミドイミドは通常、NMP等の有機溶媒の溶液として市販されている。
ポリアミドイミド(A)は、分子末端の官能基がブロック剤で封止されていない、いわゆるブロック剤フリーの形態のものを使用することができる。そのようなブロック剤フリーのポリアミドイミド(A)を使用しても、高粘度化等の問題を引き起こすことなく、ポリアミドイミドとポリアミック酸との十分な相溶化を達成できる。
本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物に含まれるポリアミック酸(B)は、テトラカルボン酸モノマー単位およびジアミンモノマー単位を含有するものであって、テトラカルボン酸モノマー単位として、式(2p)〜(2r)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位からなる群から選択される少なくとも1種類のモノマー単位(以下、これらのモノマー単位を包含してTCモノマー単位(2)という)を含有するものである。TCモノマー単位(2)が含まれていないと、ポリイミド前駆体溶液においてポリアミドイミド(A)とポリアミック酸(B)とを相溶化させにくくなり、得られるポリイミド樹脂組成物の機械的物性が低下する場合がある。テトラカルボン酸モノマー単位はテトラカルボン酸二無水物由来のものである。
Figure 0005473601
ポリアミック酸(B)中のTCモノマー単位(2)の含有比率は、ポリアミック酸(B)の全テトラカルボン酸モノマー単位に対して30モル%以上、特に35〜100モル%であり、より好ましくは100モル%である。ポリアミドイミド(A)との相溶性およびポリイミド前駆体樹脂組成物の製造容易性の観点から、ポリアミック酸(B)は、テトラカルボン酸モノマー単位として、前記式(2p)〜(2r)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位からなる群から選択される1種類のモノマー単位を単独で含有することが好ましい。
ポリアミック酸に含まれるテトラカルボン酸モノマー単位の含有比率は原料として使用されるテトラカルボン酸成分の組成比率から算出可能である。テトラカルボン酸成分はその組成比率に基づいて反応し、化学量論的にポリアミック酸が生成するためである。
ポリアミック酸(B)においてTCモノマー単位(2)は、原料として3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)等の酸成分を用いることによって導入することができる。BPDA由来のテトラカルボン酸モノマー単位は、式(2p)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位(以下、TCモノマー単位(2p)という)に相当するものである。PMDA由来のテトラカルボン酸モノマー単位は、式(2q)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位(以下、TCモノマー単位(2q)という)に相当するものである。BTDA由来のテトラカルボン酸モノマー単位は、式(2r)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位(以下、TCモノマー単位(2r)という)に相当するものである。
ポリアミック酸(B)には、TCモノマー単位(2)以外の他のテトラカルボン酸モノマー単位が含有されてもよい。
他のテトラカルボン酸モノマー単位を与える酸成分(原料)としては、二無水物の形態を有し得るテトラカルボン酸である限り特に制限されず、例えば、芳香族テトラカルボン酸成分が挙げられる。
芳香族テトラカルボン酸成分は芳香環を含有するテトラカルボン酸二無水物であり、具体例としては、例えば、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,6,6’−ビフェニル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、1,2,5,6−ナフタレ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)プロパン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、ナフタレン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物、ベンゼン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物などが挙げられ、単独で又は二種以上の混合物として用いてもよい。
ポリアミック酸(B)が上記他のテトラカルボン酸モノマー単位を含有する場合、当該モノマー単位の含有比率は、ポリアミック酸(B)の全テトラカルボン酸モノマー単位に対して40モル%以下、特に20モル%以下であることが好ましい。
ポリアミック酸(B)に含有されるジアミンモノマー単位は特に制限されず、例えば、芳香族ジアミンモノマー単位が好ましい。
芳香族ジアミンモノマー単位を与える芳香族ジアミン成分は芳香環を含有するジアミン化合物であり、具体例として、例えば、メタフェニレンジアミン(MPD)、パラフェニレンジアミン(PPD)、4,4’−ジアミノジフェニルプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、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、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(4,4’−ODA)、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル(3,4’−ODA)、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,1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE−Q)、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE−R)及びこれらの誘導体などであり、単独で又は混合物として用いられる。中でも、ポリアミドイミド(A)との相溶性の点から、好ましくは少なくとも4,4’−ODAを用い、より好ましくは4,4’−ODAを単独で用いる。機械的物性の向上および製造コストの低減の観点からは、ジアミン成分としては、PPDを、4,4’−ODAと併用することが好ましい。4,4’−ODA由来のジアミンモノマー単位は、式(3)で示されるジアミンモノマー単位(以下、DAモノマー単位(3)という)に相当するものである。PPD由来のジアミンモノマー単位は、式(5)で示されるジアミンモノマー単位(以下、DAモノマー単位(5)という)に相当するものである。
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ポリアミック酸(B)がDAモノマー単位(3)(4,4’−ODAモノマー単位)を含有する場合、当該モノマー単位の含有比率は、ポリアミック酸(B)の全ジアミンモノマー単位に対して30モル%以上、特に35〜100モル%が好ましく、最も好ましくは100モル%である。
ポリアミック酸(B)がさらにDAモノマー単位(5)(PPDモノマー単位)を含有する場合、当該モノマー単位の含有比率は、ポリアミック酸(B)の全ジアミンモノマー単位に対して80モル%以下、特に50〜70モル%であることが好ましい。
ポリアミック酸に含まれるジアミンモノマー単位の含有比率は原料として使用されるジアミン成分の組成比率から算出可能である。ジアミン成分はその組成比率に基づいて反応し、化学量論的にポリアミック酸が生成するためである。
ポリアミック酸(B)のポリアミドイミド(A)に対する含有比率(A/B)は質量基準で通常、1/99〜99/1であり、好ましくは10/90〜90/10、より好ましくは30/70〜80/20である。ポリイミドアミド(A)の含有比率が少なすぎると、残留揮発分率が高くなるため、結果として収縮応力が残留し、歪みや反りの原因となる。一方、当該含有比率が高すぎると、機械的物性が十分なポリイミド樹脂組成物(特にフィルム)を得ることが出来ない。
ポリアミドイミド(A)とポリアミック酸(B)との含有比率はそれぞれの原料として使用されるモノマー成分の合計量の比率から算出された値を用いている。
ポリアミック酸(B)は、所定の酸成分と所定のジアミン成分との重付加によって製造できる。詳しくは後で詳述するようなポリイミド前駆体樹脂組成物の製造過程において製造され得る。
本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物において、ポリアミドイミド(A)の末端基の一部とポリアミック酸(B)の末端基の一部とが反応によって結合していてもよい。
例えば、ポリアミドイミド(A)の末端基がカルボキシル基であって、ポリアミック酸の末端基がアミノ基であるとき、これらの末端基はアミド結合を形成し得る。
また例えば、ポリアミドイミド(A)の末端基がアミノ基であって、ポリアミック酸の末端基がカルボキシル基であるとき、これらの末端基はアミド結合を形成し得る。
また例えば、ポリアミドイミド(A)の末端基がイソシアネート基であって、ポリアミック酸の末端基がアミノ基であるとき、これらの末端基は尿素結合を形成し得る。
また例えば、ポリアミドイミド(A)の末端基がイソシアネート基であって、ポリアミック酸の末端基がカルボキシル基であるとき、これらの末端基はアミド結合を形成し得る。
本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物は、ポリアミック酸(B)とは少なくとも組成が異なる別のポリアミック酸(C)を含んでも良い。ポリアミック酸(B)およびポリアミック酸(C)の組成を制御することにより、ポリイミド前駆体樹脂組成物またはポリイミド樹脂組成物における各種特性を向上させることができる。特に、ポリアミック酸のモノマー構成として、2種類以上のテトラカルボン酸成分を併用しようとする場合(I)、または2種類以上のジアミン成分を併用しようとする場合(II)、機械的物性の向上効果ならびに製造コストの低減効果をより一層、有効に発揮できる。
上記場合(I)では、例えば、ポリアミック酸(B)として以下に示すポリアミック酸(b1)を用い、ポリアミック酸(C)として以下に示すポリアミック酸(c1)を用いる。これによって、機械的物性をさらに向上させることができる。
ポリアミック酸(b1)は、前記ポリアミック酸(B)のうち、テトラカルボン酸モノマー単位として、前記したTCモノマー単位(2p)〜(2r)からなる群から選択される1種類のモノマー単位を単独で含有するものである。
ポリアミック酸(b1)に含有されるジアミンモノマー単位は特に制限されず、例えば、ポリアミック酸(B)においてと同様の芳香族ジアミンモノマー単位が挙げられる。残留揮発分率の低減、相溶性の観点から好ましいポリアミック酸(b1)はMPD、PPD、3,4’−ODA、4,4’−ODA、TPE-Q、TPE-Rからなる群から選択される1種類以上の芳香族ジアミン成分由来のモノマー単位を含有し、より好ましくは少なくともDAモノマー単位(3)(4,4’−ODAモノマー単位)を含有し、最も好ましくはジアミンモノマー単位としてDAモノマー単位(3)を単独で含有する。
ポリアミック酸(b1)におけるDAモノマー単位(3)の含有比率は、ポリアミック酸(b1)の全ジアミンモノマー単位)に対して50モル%以上、特に70〜100モル%以上が好ましく、より好ましくは100モル%である。
ポリアミック酸(c1)は、テトラカルボン酸モノマー単位およびジアミンモノマー単位を含有するものであって、テトラカルボン酸モノマー単位として、ポリアミック酸(b1)のテトラカルボン酸モノマー単位以外の他のテトラカルボン酸モノマー単位を含有するものである。
ポリアミック酸(c1)に含有されるテトラカルボン酸モノマー単位としては、例えば、前記したポリアミック酸(B)のテトラカルボン酸成分のうち、ポリアミック酸(b1)のテトラカルボン酸モノマー以外の芳香族テトラカルボン酸成分から選択される1種類以上の芳香族テトラカルボン酸成分に由来するモノマー単位が挙げられる。ポリアミック酸(b1)に含有されるテトラカルボン酸モノマー単位とポリアミック酸(c1)に含有されるテトラカルボン酸モノマー単位との組み合わせにより、残留揮発分や製造コストを低減することができる。
ポリアミック酸(b1)に含有されるテトラカルボン酸モノマー単位とポリアミック酸(c1)に含有されるテトラカルボン酸モノマー単位との好ましい具体例として、例えば、以下の組み合わせが挙げられる。ポリアミック酸(b1)に含有されるテトラカルボン酸モノマー単位−ポリアミック酸(c1)に含有されるテトラカルボン酸モノマー単位の順で示す。
組み合わせ1;TCモノマー単位(2p)−TCモノマー単位(2q);
組み合わせ2;TCモノマー単位(2p)−TCモノマー単位(2r);
組み合わせ3;TCモノマー単位(2q)−TCモノマー単位(2p);
組み合わせ4;TCモノマー単位(2q)−TCモノマー単位(2r);
組み合わせ5;TCモノマー単位(2r)−TCモノマー単位(2p);
組み合わせ6;TCモノマー単位(2r)−TCモノマー単位(2q)。
より好ましい組み合わせは、上記組み合わせ1および3である。
上記組み合わせにおいて、ポリアミック酸(c1)に含有される所定のテトラカルボン酸モノマー単位の含有比率は、ポリアミック酸(c1)の全テトラカルボン酸モノマー単位に対して50モル%以上、特に70〜100モル%以上が好ましく、より好ましくは100モル%である。すなわち、より好ましいポリアミック酸(c1)はテトラカルボン酸モノマー単位として所定のテトラカルボン酸モノマー単位を単独で含有する。
ポリアミック酸(c1)に含有されるジアミンモノマー単位は特に制限されず、例えば、ポリアミック酸(B)においてと同様の芳香族ジアミンモノマー単位が挙げられる。残留揮発分率の低減、相溶性の観点から好ましいポリアミック酸(c1)はMPD、PPD、3,4’−ODA、4,4’−ODA、TPE-Q、TPE-Rからなる群から選択される1種類以上の芳香族ジアミン成分由来のモノマー単位を含有し、より好ましくは少なくともDAモノマー単位(3)(4,4’−ODAモノマー単位)を含有し、最も好ましくはジアミンモノマー単位としてDAモノマー単位(3)を単独で含有する。
ポリアミック酸(c1)におけるDAモノマー単位(3)の含有比率は、ポリアミック酸(c1)の全ジアミンモノマー単位に対して50モル%以上、特に70〜100モル%以上が好ましく、より好ましくは100モル%である。
上記場合(II)では、例えば、ポリアミック酸(B)として以下に示すポリアミック酸(b2)を用い、ポリアミック酸(C)として以下に示すポリアミック酸(c2)を用いる。これによって機械的物性をさらに向上できる。
ポリアミック酸(b2)は、前記ポリアミック酸(B)のうち、ジアミンモノマー単位としてDAモノマー単位(3)(4,4’−ODAモノマー単位)を単独で含有するものである。すなわち、ポリアミック酸(b2)は、テトラカルボン酸モノマー単位として、前記したTCモノマー単位(2p)〜(2r)からなる群から選択される少なくとも1種類のモノマー単位(TCモノマー単位(2))を含有し、かつジアミンモノマー単位としてDAモノマー単位(3)を単独で含有するものである。相溶性、機械的物性の観点から好ましいポリアミック酸(b2)は、テトラカルボン酸モノマー単位として、前記したTCモノマー単位(2p)〜(2r)からなる群から選択される1種類のモノマー単位を単独で含有するものである。
ポリアミック酸(b2)に含有されてもよいテトラカルボン酸モノマー単位としては、例えば、前記したポリアミック酸(B)の芳香族テトラカルボン酸成分から選択される1種類以上の芳香族テトラカルボン酸成分由来のモノマー単位が挙げられる。
ポリアミック酸(b2)におけるTCモノマー単位(2)の含有比率は、ポリアミック酸(b2)の全テトラカルボン酸モノマー単位に対して50モル%以上、特に70〜100モル%以上が好ましく、より好ましくは100モル%である。
ポリアミック酸(c2)は、テトラカルボン酸モノマー単位およびジアミンモノマー単位を含有するものであって、ジアミンモノマー単位としてDAモノマー単位(3)(4,4’−ODAモノマー単位)以外の他のジアミンモノマー単位を含有するものである。
ポリアミック酸(c2)に含有されてもよいジアミンモノマー単位としては、例えば、前記したポリアミック酸(B)のジアミン成分のうち4,4’−ODA以外の芳香族ジアミン成分から選択される1種類以上の芳香族ジアミン成分に由来するモノマー単位が挙げられる。好ましくは、MPD、PPD、3,4’−ODA、4,4’−ODA、TPE-Q、TPE-Rから選択される1種類以上の芳香族ジアミン成分に由来するモノマー単位が含有される。
機械的物性、製造コストの観点から好ましいポリアミック酸(c2)はジアミンモノマー単位として、DAモノマー単位(5)(PPDモノマー単位)を含有するものであり、より好ましくはDAモノマー単位(5)を単独で含有するものである。
ポリアミック酸(c2)におけるDAモノマー単位(5)の含有比率は、ポリアミック酸(c2)の全ジアミンモノマー単位に対して50モル%以上、特に70〜100モル%以上が好ましく、より好ましくは100モル%である。
ポリアミック酸(c2)に含有されるテトラカルボン酸モノマー単位は特に制限されず、例えば、ポリアミック酸(B)においてと同様の芳香族テトラカルボン酸モノマー単位が挙げられる。相溶性の観点から好ましいポリアミック酸(c2)は、テトラカルボン酸モノマー単位として、PMDA、BPDA、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,6,6’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、BTDAからなる群から選択される1種類以上の芳香族ジアミン成分由来のモノマー単位を含有する。より好ましいポリアミック酸(c2)は、前記したTCモノマー単位(2p)〜(2r)からなる群から選択される少なくとも1種類のモノマー単位(TCモノマー単位(2))を含有し、最も好ましくは、テトラカルボン酸モノマー単位として、前記したTCモノマー単位(2p)〜(2r)からなる群から選択される1種類のモノマー単位を単独で含有する。
ポリアミック酸(c2)におけるTCモノマー単位(2)の含有比率は、ポリアミック酸(c2)の全テトラカルボン酸モノマー単位に対して50モル%以上、特に70〜100モル%以上が好ましく、より好ましくは100モル%である。
本明細書中、ポリアミック酸(B)はポリアミック酸(b1)および(b2)を包含して意味するものとする。
ポリアミック酸(C)はポリアミック酸(c1)および(c2)を包含して意味するものとする。
ポリアミック酸(C)の製造は、ジアミン成分を、溶媒中でテトラカルボン酸成分と反応させることにより行うことができる。このとき用いる溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N’−ジメチルアセトアミド、N,N’−ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン等の極性溶媒が挙げられる。
その他の製造条件は特に限定されず、一般的な方法で製造したものでよいが、例えば、反応温度としては、室温〜200℃の範囲で適宜選択される。得られたアミック酸の構造は、H−NMR等により分析することができる。
ポリアミック酸(C)の粘度は、本発明の目的が達成される限り特に制限されないが、溶媒NMP、溶質濃度15質量%で測定したとき、好ましくは0.1〜160Pa・s/30℃、特に0.5〜50Pa・s/30℃のものを用いる。
ポリアミック酸(B)+(C)のポリアミドイミド(A)に対する含有比率((B+C)/A)は質量基準で通常、1/99〜99/1であり、好ましくは10/90〜90/10、より好ましくは30/70〜70/30である。ポリアミック酸(B)+(C)の含有比率が少なすぎると、ポリアミック酸(C)の添加効果が得られず、機械的物性が十分なポリイミド樹脂組成物(特にフィルム)を得ることができない。一方、当該含有比率が高すぎると、残留揮発分率が高くなり、結果として収縮応力が残留し、歪みや反りの原因となる。
ポリアミドイミド(A)とポリアミック酸(B)+(C)との含有比率はそれぞれの原料として使用されるモノマー成分の合計量の比率から算出された値を用いている。
本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物は通常、溶媒を含み、ポリアミドイミド(A)およびポリアミック酸(B)、ならびに所望により添加されるポリアミック酸(C)が溶媒に溶解されてなる溶液の形態を有する。そのような溶液を、本明細書中、特にポリイミド前駆体溶液と呼ぶものとする。ポリイミド前駆体樹脂組成物、特にポリイミド前駆体溶液における固形分濃度、特にポリアミドイミド(A)、ポリアミック酸(B)、およびポリアミック酸(C)の合計含有量は特に制限されるものではなく、通常は全量に対して5〜50質量%が好ましく、10〜35質量%がより好ましい。当該含有量が少なすぎると、ポリイミド樹脂組成物の製造コストの面から不利となる。一方で、当該含有量が多すぎると、保存安定性が悪くなる場合がある。
溶媒とは25℃で液状の化合物をいう。溶媒の具体例としては、例えば、アミド系溶媒である、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)等、エーテル系化合物である、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、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル等を挙げることができ、これらの二種以上を混合したものを用いることができる。好ましくはアミド系溶媒、特にN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)のいずれか一種あるいはそれらの混合物である。溶媒は通常、ポリイミド前駆体樹脂組成物の製造時に使用されたものがそのまま含有され、ポリアミドイミド(A)とポリアミック酸(B)との相溶性およびポリイミド前駆体樹脂組成物の透明性の観点から、ポリアミック酸(B)に含有されるテトラカルボン酸モノマー単位に応じて適宜、選択されることが好ましい。例えば、ポリアミック酸(B)がTCモノマー単位(2p)を含有するときは、NMPまたはDMAcを使用することが好ましい。また例えば、ポリアミック酸(B)がTCモノマー単位(2q)を含有するときは、DMAcを使用することが好ましい。また例えば、ポリアミック酸(B)がTCモノマー単位(2r)を含有するときは、NMPを使用することが好ましい。
ポリイミド前駆体樹脂組成物において、ポリアミドイミド(A)とポリアミック酸(B)と所望により添加されるポリアミック酸(C)とは、室温で相溶している。ここで、相溶しているとは、外見上、濁りなどが確認できず、溶液が透明であることを言う。ポリイミド前駆体溶液が不透明なものであると、塗工の際に不溶成分の凝集や沈降が起こり、均一な塗工ができず、外観の良好な均一フィルムが得られない。また、長期に保存した場合にも不溶成分の凝集や沈降がおこる懸念があり好ましくない。
ポリイミド前駆体樹脂組成物、特にポリイミド前駆体溶液の粘度は特に限定されないが、塗工性を考慮すると0.2〜60Pa・s(温度30℃)の範囲が好ましい。
本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物には、必要に応じて、界面活性剤、有機シラン、顔料、導電性のカーボンブラックおよび金属微粒子のような充填材、摩滅材、誘電体、潤滑材、他の重合体等を本発明の効果を損なわない範囲で添加することができる。これらは通常、ポリイミド前駆体溶液の段階で添加される。
(ポリイミド前駆体樹脂組成物の製造方法)
本発明におけるポリイミド前駆体樹脂組成物は、ポリアミドイミド(A)の存在下でポリアミック酸(B)を製造することによって得ることができる。すなわち、ポリアミドイミド(A)の存在下で所定のテトラカルボン酸成分と所定のジアミン成分とを反応(重合)させてポリアミック酸(B)を製造することにより、ポリイミド前駆体樹脂組成物を得ることができる(製法1)。前記重合は通常、溶媒中で行われ、ポリイミド前駆体溶液が得られる。溶媒は前記したポリイミド前駆体樹脂組成物の溶媒と同様のものが使用できる。特に、ポリアミドイミド(A)とポリアミック酸(B)との相溶性およびポリイミド前駆体樹脂組成物の透明性の観点から、溶媒は、前記したように、ポリアミック酸(B)に含有されるテトラカルボン酸モノマー単位に応じて適宜、選択されることが好ましい。この製造方法によると、ポリアミドイミド(A)とポリアミック酸(B)とが相溶した透明なポリイミド前駆体樹脂組成物が得られ、機械的物性等に優れた透明なポリイミド樹脂組成物を得ることができる。予め単独で調製しておいたポリアミック酸(B)溶液をポリアミドイミド(A)溶液とブレンド・混合した場合、ポリアミドイミド(A)とポリアミック酸(B)とは相溶せず、不透明なポリイミド前駆体樹脂組成物しか得られない。たとえ分子末端官能基をブロック剤で封止したポリアミドイミドを用いたとしても、不透明なポリイミド前駆体樹脂組成物しか得られない。またポリイミド前駆体樹脂組成物が不透明であると、当該組成物を用いて得られたポリイミド樹脂組成物も不透明である。
本発明の好ましいポリイミド前駆体樹脂組成物の製造方法としては、より具体的には次の通りである。ポリアミドイミド(A)溶液に、ジアミン成分を添加して混合する。混合温度は−20〜80℃が好ましく、50〜80℃がより好ましい。混合時間は、5〜300分が好ましく、5〜120分がさらに好ましい。次いで、この溶液に、テトラカルボン酸成分を添加し、ジアミン成分と反応させてポリアミック酸(B)を生成させ、ポリイミド前駆体溶液を得る。このとき、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分との反応温度は−20〜80℃が好ましく、50〜80℃がより好ましい。反応時間は、10〜400分が好ましく、10〜150分がさらに好ましい。
ポリアミドイミド(A)の存在下でポリアミック酸(B)を製造することによって得られた本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物は、様々なポリアミドイミドおよび/またはポリアミック酸との相溶性に優れるため、当該様々なポリアミドイミドおよび/またはポリアミック酸と混合・ブレンドされて使用可能であり、工業的に有利である。
混合・ブレンドされるポリアミドイミドは、前記ポリアミドイミド(A)であり、詳しくはポリアミック酸(B)を製造するときに用いたポリアミドイミド(A)と同様のものが使用可能である。そのようなポリアミドイミド(A)は、前記ポリアミドイミド(A)と同様の方法により製造可能である。混合・ブレンドされるポリアミドイミド(A)および前記製法1においてポリアミック酸(B)を製造するときに用いたポリアミドイミド(A)の組成(モノマー種等)はそれぞれ独立して選択されればよい。
例えば、ポリアミドイミド(A)が混合・ブレンドされた本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物は、ポリアミドイミド(A)の存在下で所定のテトラカルボン酸成分と所定のジアミン成分とを反応(重合)させてポリアミック酸(B)を製造した後で、得られた生成物に、一種以上のポリアミドイミド(A)を混合して得ることができる(製法2)。重合および混合は、通常溶媒中で行われ、ポリイミド前駆体溶液が得られる。溶媒は前記したポリイミド前駆体樹脂組成物の溶媒と同様のものが使用できる。特に、ポリアミドイミド(A)とポリアミック酸(B)との相溶性およびポリイミド前駆体樹脂組成物の透明性の観点から、溶媒は、前記したように、ポリアミック酸(B)に含有されるテトラカルボン酸モノマー単位に応じて適宜、選択されることが好ましい。ポリアミドイミド(A)の存在下でのポリアミック酸(B)の製造条件(重合条件)は製法1においてと同様である。混合されるポリアミドイミド(A)は溶液の形態で使用される。この製造方法によると、別途製造されたポリアミドイミド(A)を新たに混合しても、透明なポリイミド前駆体樹脂組成物が得られ、機械的物性等に優れた透明なポリイミド樹脂組成物を得ることができる。
混合・ブレンドされるポリアミック酸は、特に制限されず、例えば、別途製造された前記ポリアミック酸(B)および当該ポリアミック酸(B)とは少なくとも組成が異なる前記ポリアミック酸(C)が挙げられる。混合・ブレンドされるポリアミック酸(B)は、詳しくは、ポリアミドイミド(A)の存在下で製造されるポリアミック酸(B)とは別に製造されたものであり、ポリアミック酸(B)単独で製造されたものが使用可能である。そのようなポリアミック酸(B)は、ポリアミドイミド(A)を存在させないこと以外、前記ポリアミック酸(B)と同様の方法により製造可能である。混合・ブレンドされるポリアミック酸(B)およびポリアミドイミド(A)の存在下で製造されるポリアミック酸(B)の組成(モノマー種等)はそれぞれ独立して選択されればよい。
例えば、別途製造されたポリアミック酸(B)を含む本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物は、ポリアミドイミド(A)の存在下で所定のテトラカルボン酸成分と所定のジアミン成分とを反応(重合)させてポリアミック酸(B)を製造した後で、得られた生成物に、別途製造された一種以上のポリアミック酸(B)を混合して得ることができる(製法3)。重合および混合は、通常溶媒中で行われ、ポリイミド前駆体溶液が得られる。溶媒は前記したポリイミド前駆体樹脂組成物の溶媒と同様のものが使用できる。特に、ポリアミドイミド(A)とポリアミック酸(B)との相溶性およびポリイミド前駆体樹脂組成物の透明性の観点から、溶媒は、前記したように、ポリアミック酸(B)に含有されるテトラカルボン酸モノマー単位に応じて適宜、選択されることが好ましい。ポリアミドイミド(A)の存在下でのポリアミック酸(B)の製造条件(重合条件)は製法1においてと同様である。混合されるポリアミック酸(B)は溶液の形態で使用される。この製造方法によると、別途製造されたポリアミック酸(B)を混合しても、透明なポリイミド前駆体樹脂組成物が得られ、機械的物性等に優れた透明なポリイミド樹脂組成物を得ることができる。
また例えば、ポリアミック酸(C)を含む本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物は、ポリアミドイミド(A)の存在下で所定のテトラカルボン酸成分と所定のジアミン成分とを反応(重合)させてポリアミック酸(B)を製造し、得られた生成物に、一種以上のポリアミック酸(C)を混合して得ることができる(製法4)。重合および混合は、通常溶媒中で行われ、ポリイミド前駆体溶液が得られる。溶媒は前記したポリイミド前駆体樹脂組成物の溶媒と同様のものが使用できる。特に、ポリアミドイミド(A)とポリアミック酸(B)との相溶性およびポリイミド前駆体樹脂組成物の透明性の観点から、溶媒は、前記したように、ポリアミック酸(B)に含有されるテトラカルボン酸モノマー単位に応じて適宜、選択されることが好ましい。ポリアミック酸(B)の製造条件は製法1においてと同様である。混合されるポリアミック酸は溶液の形態で使用される。この製造方法によると、ポリアミック酸(C)を混合しても、透明なポリイミド前駆体樹脂組成物が得られ、機械的物性等に優れた透明なポリイミド樹脂組成物を得ることができる。
(ポリイミド樹脂組成物およびその製造方法)
本発明のポリイミド樹脂組成物は、前記したポリイミド前駆体樹脂組成物をイミド化することによって製造できる。イミド化は、200℃以上の温度で焼成するなど、公知の方法で行うことができる。これによって、ポリアミック酸が有するCOOH基とNH基とが反応し、脱水・閉環が起こってイミド環が生成する。
そのようなポリイミド樹脂組成物は、ポリアミドイミド(A)、ポリアミック酸(B)がイミド化されてなるポリイミド、および所望により添加されるポリアミック酸(C)がイミド化されてなるポリイミドを含むものである。特にポリイミドは、イミド環が形成されたこと以外、前記したポリアミック酸(B)または(C)と同様の化学構造を有するものである。
例えば、ポリイミド前駆体樹脂組成物が前記式(1)で示されるジアミンモノマー単位を含有するポリアミドイミド(A)および前記式(2p)〜(2r)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位からなる群から選択される少なくとも1種類のモノマー単位を含有するポリアミック酸(B)を含む場合、そのような組成物から得られるポリイミド樹脂組成物は、当該ポリアミドイミド(A)および下記式(6p)〜(6r)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位からなる群から選択される少なくとも1種類のモノマー単位を含有するポリイミドを含む。
Figure 0005473601
また例えば、ポリイミド前駆体樹脂組成物が前記したポリアミドイミド(A)、ポリアミック酸(B)およびポリアミック酸(C)を含む場合、そのような組成物から得られるポリイミド樹脂組成物は、当該ポリアミドイミド(A)、イミド環が形成されたこと以外、ポリアミック酸(B)と同様の化学構造を有するポリイミド、およびイミド環が形成されたこと以外、ポリアミック酸(C)と同様の化学構造を有するポリイミドを含む。
特にポリアミック酸に含有され得る前記式(3)で示されるジアミンモノマー単位、前記式(2q)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位、および前記式(5)で示されるジアミンモノマー単位はそれぞれ、下記式(7)で示されるジアミンモノマー単位、下記式(8)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位、および下記式(9)で示されるジアミンモノマー単位となってポリイミドに含有される。
Figure 0005473601
Figure 0005473601
Figure 0005473601
前記したように、ポリイミド前駆体樹脂組成物において、ポリアミドイミド(A)の末端基の一部とポリアミック酸(B)の末端基の一部とが反応によって結合していた場合、当該結合はポリイミド樹脂組成物においても維持される。
ポリイミド樹脂組成物はいかなる形状を有していてよく、例えば、フィルム形状、シート形状、ボード形状等に成形されてよい。
特に、上記ポリイミド樹脂組成物からなるポリイミドフィルムは、前記ポリイミド前駆体樹脂組成物(特にポリイミド前駆体溶液)を、バーコーター等によりガラスや金属箔等の基材上にキャストし、乾燥し、イミド化後、基材から剥離することによって製造できる。本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物を用いて得られるポリイミドフィルムは透明であり、厚み40μmのフィルムとしたときのヘーズは4%以下、好ましくは3%以下である。
(用途)
本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物および該組成物から形成されるポリイミド樹脂組成物は、電気・電子部品の分野に特に有用である。
本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物は、電気・電子部品の中でも、絶縁電線、フレキシブルプリント基板、複写機部品などの製造に特に適している。詳しくは、絶縁電線の被覆材として、フレキシブルプリント基板におけるカバーレイ用フィルムや、基板用フィルム、複写機の転写ベルトや定着ベルトとして有用である。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお本発明は実施例により限定されるものではない。
[評価方法]
(1)ポリイミド前駆体溶液の透明性
ポリイミド前駆体溶液の状態を目視にて観察し、均一で透明なものを○、不均一で不透明なものを×とした。
(2)180℃残留揮発分率
ポリイミド前駆体溶液を、電解銅箔(厚み18μm)にオートマチックフィルムアプリケーター(安田精機製No.542−AB−S)を用いて、350℃熱処理後の厚みが約40μmとなるように塗工し、熱風乾燥機にて80℃から120分の定率昇温で180℃とし、180℃にて120分保持した。乾燥機から取出した後、サンプルを20cm角で切出し、質量(g1)を測定した。次いで、サンプルを再び熱風乾燥機に入れ、350℃で120分熱処理後、取出して質量(g2)を測定した。さらに、エッチングにより銅箔を除去したサンプルの質量(g3)を測定した。180℃残留揮発分率は下記のように求めた。
180℃残留揮発分率(質量%):
(g1−(g2−g3)−g3)/{g1−(g2−g3)}×100
g1:180℃乾燥後ポリイミド前駆体樹脂質量+金属箔質量(g)
g2:350℃焼成後ポリイミド樹脂質量+金属箔質量(g)
g3:350℃焼成後ポリイミド樹脂質量(g)
180℃残留揮発分率は、ポリイミド前駆体溶液乾燥時の残留揮発分を示し、イミド化の際のフィルムにおける歪みやそり発生の指標となるものである。実用上、問題のない程度の歪みやそり発生とするためには、180℃残留揮発分率は13.0質量%以下であることが好ましい。
(3)フィルムの透明性(ヘーズ)
ポリイミド前駆体溶液をガラス板に、オートマチックフィルムアプリケーター(安田精機製No.542−AB−S)を用いて、350℃120分熱処理後の厚みが40μmとなるように塗工した。次いで、熱風乾燥機にて80℃から160℃まで80分かけて定率で昇温し、さらに160℃から350℃まで30分かけて定率で昇温した。その後、350℃で120分熱処理を行ってガラス板から剥離することによりポリイミドフィルムを得た。得られたフィルムのヘーズを、JIS K−7105に従い、日本電色工業製NDH2000型濁度計を用いて測定した。
(4)フィルムの引張強度
「(3)フィルムの透明性(ヘーズ)」において作製した手順と同様にして350℃熱処理後の厚みが40μmのポリイミドフィルムを作製し、ASTM D882に従い測定した。実用上、引張強度は120MPa以上であることが好ましく、150MPa以上であることがより好ましい。
[実施例1](PAI/ポリアミック酸(BPDA/ODA)=10/90 NMP溶媒)
乾燥した空気雰囲気下で、ポリアミドイミド溶液(東洋紡社製バイロマックスHR11NN、溶媒:NMP、樹脂濃度:15.0質量%、MDIモノマー単位とトリメリット酸モノマー単位とからなるポリアミドイミド、粘度1.5Pa・s/30℃、数平均分子量15000)10.0gに4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(4,4’−ODA)5.47gを加え、60℃で2時間撹拌した。この溶液にNMP76.5g添加後、3,3’−4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)8.03gを徐々に加え、60℃で2時間撹拌を続け、溶質濃度15.0質量%のポリイミド前駆体溶液を得た。ポリイミド前駆体溶液の粘度は40.7Pa・s/30℃であった。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は10/90である。
[実施例2](PAI/ポリアミック酸(BPDA/ODA)=30/70 NMP溶媒)
ポリアミドイミド溶液を30.0g、4,4’−ODAを4.25g、添加するNMPを59.5g、BPDAを6.25gとした以外は実施例1と同様の操作を行い、溶質濃度15.0質量%、粘度31.2Pa・s/30℃のポリイミド前駆体溶液を得た。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は30/70である。
[実施例3](PAI/ポリアミック酸(BPDA/ODA)=50/50 NMP溶媒)
ポリアミドイミド溶液を50.0g、4,4’−ODAを3.04g、添加するNMPを42.5g、BPDAを4.46gとした以外は、実施例1と同様の操作を行い、溶質濃度15.0質量%、25.0Pa・s/30℃のポリイミド前駆体溶液を得た。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は50/50である。
[実施例4](PAI/ポリアミック酸(BPDA/ODA)=70/30 NMP溶媒)
ポリアミドイミド溶液を70.0g、4,4’−ODAを1.82g、添加するNMPを25.5g、BPDAを2.68gとした以外は、実施例1と同様の操作を行い、溶質濃度15.0質量%、17.5Pa・s/30℃のポリイミド前駆体溶液を得た。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は70/30である。
[実施例5](PAI/ポリアミック酸(BPDA/ODA)=90/10 NMP溶媒)
ポリアミドイミド溶液を90.0g、4,4’−ODAを0.61g、添加するNMPを8.5g、BPDAを0.89gとした以外は、実施例1と同様の操作を行い、溶質濃度15.0質量%、9.3Pa・s/30℃のポリイミド前駆体溶液を得た。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は90/10である。
[実施例6](PAI/ポリアミック酸(BPDA+PMDA/ODA))=30/70 NMP溶媒)
ポリアミドイミド溶液を30.0g、4,4’−ODAを1.82g、添加するNMPを25.5g、BPDAを2.68gとした以外は実施例1と同様の操作を行い、ポリイミド前駆体溶液を得た。別の容器にて、NMP34.0gに4,4’−ODA2.87gを添加後、ピロメリット酸(PMDA)3.13gを徐々に加え、60℃で2時間撹拌を続けて合成したポリイミド前駆体溶液(粘度45.1Pa・s/30℃)を、先に合成したポリイミド前駆体溶液と混合、65℃で6時間撹拌することにより、溶質濃度15.0質量%、30.3Pa・s/30℃のポリイミド前駆体溶液を得た。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は30/70である。
[実施例7](PAI/ポリアミック酸(BPDA/ODA+PPD))=30/70 NMP溶媒)
ポリアミドイミド溶液を30.0g、4,4’−ODAを1.93g、添加するNMPを27.1g、BPDAを2.84gとした以外は実施例1と同様の操作を行い、ポリイミド前駆体溶液を得た。別の容器にて、NMP32.4gにパラフェニレンジアミン(PPD)1.54gを添加後、BPDA4.19gを徐々に加え、60℃で2時間撹拌を続けて合成したポリイミド前駆体(粘度48.8Pa・s/30℃)を、先に合成したポリイミド前駆体と混合、80℃で4時間撹拌することにより、溶質濃度15.0質量%、33.6Pa・s/30℃のポリイミド前駆体溶液を得た。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は30/70である。
[実施例8](PAI/ポリアミック酸(BPDA/ODA))=50/50 DMAc溶媒)
乾燥した空気雰囲気下で、反応容器に無水トリメリット酸(TMA)3.31g、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)5.18g、およびDMAc42.5gを加え、130℃×4時間撹拌し、ポリアミドイミド溶液を得た(粘度1.2Pa・s/30℃)。用いるポリアミドイミド溶液をこの溶液に、添加する溶媒をDMAcとした以外は、実施例3と同様の操作を行い、溶質濃度15.0質量%、15.8Pa・s/30℃のポリイミド前駆体溶液を得た。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は50/50である。
[実施例9](PAI/ポリアミック酸(BPDA+PMDA/ODA))=30/70 DMAc溶媒)
TMAを1.98g、MDIを3.11g、添加するDMAcを25.5gとした以外は実施例8と同様に操作を行って得られたポリアミドイミド溶液(粘度1.0Pa・s/30℃)30.0gに4,4’−ODA1.82gを加え、60℃で2時間撹拌した。この溶液にDMAc25.52g添加後、BPDA2.68gを徐々に加え、60℃で2時間撹拌を続け、ポリイミド前駆体溶液を得た。別の容器にて、DMAc34.0gに4,4’−ODA2.87gを添加後、PMDA3.13gを徐々に加え、60℃で2時間撹拌を続けて合成したポリイミド前駆体溶液(粘度40.1Pa・s/30℃)を、先に合成したポリイミド前駆体溶液と混合、65℃で6時間撹拌することにより、溶質濃度15.0質量%、19.1Pa・s/30℃のポリイミド前駆体溶液を得た。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は30/70である。
[実施例10](PAI/ポリアミック酸(PMDA/ODA))=50/50 DMAc溶媒)
実施例8と同様にして得られたポリアミドイミド溶液50.0gに4,4’−ODA3.59gを加え、60℃で2時間撹拌した。この溶液にDMAcを42.5g添加後、ピロメリット酸二無水物(PMDA)3.91gを徐々に加え、60℃で2時間撹拌を続け、溶質濃度15.0質量%のポリイミド前駆体溶液を得た。ポリイミド前駆体溶液の粘度は14.7Pa・s/30℃であった。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は50/50である。
[実施例11](PAI/ポリアミック酸(PMDA+BPDA/ODA))=50/50 DMAc溶媒)
ポリアミドイミド溶液を30.0g、4,4’−ODAを2.15g、添加するDMAcを25.5g、PMDAを2.35gとした以外は実施例10と同様の操作を行い、ポリイミド前駆体溶液を得た。別の容器にて、DMAc34.0gに4,4’−ODA2.43gを添加後、BPDA3.57gを徐々に加え、60℃で2時間撹拌を続けて合成したポリイミド前駆体溶液(粘度42.0Pa・s/30℃)を、先に合成したポリイミド前駆体溶液と混合、65℃で6時間撹拌することにより、溶質濃度15.0質量%、19.6Pa・s/30℃のポリイミド前駆体溶液を得た。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は30/70である。
[実施例12](PAI/ポリアミック酸(BTDA/ODA))=50/50 NMP溶媒)
ポリアミドイミド溶液を50.0g、4,4’−ODAを2.87g、添加するNMPを42.5gとし、BPDAに代えて3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)4.63gを加えた以外は実施例1と同様の操作を行い、溶質濃度15.0質量%、20.9Pa・s/30℃のポリイミド前駆体溶液を得た。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は50/50である。
[実施例13](PAI/ポリアミック酸(BPDA+TPE))=50/50 NMP溶媒)
実施例1と同様のポリアミドイミド溶液50.0gにTPE−Q3.74gを加え、60℃で2時間撹拌した。この溶液にNMP42.5g添加後、BPDA3.76gを徐々に加え、60℃で2時間撹拌を続け、溶質濃度15.0質量%のポリイミド前駆体溶液を得た。ポリイミド前駆体溶液の粘度は22.6Pa・s/30℃であった。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は50/50である。
[比較例1](PAI/ポリアミック酸(ODPA/ODA))=50/50 NMP溶媒)
ポリアミドイミド溶液を50.0g、4,4’−ODAを2.94g、添加するNMPを42.5gとし、BPDAに代えてオキシジフタル酸二無水物(ODPA)4.56gを加えた以外は実施例1と同様の操作を行い、溶質濃度15.0質量%、23.2Pa・s/30℃のポリイミド前駆体溶液を得た。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は50/50である。
[比較例2](PEI/ポリアミック酸(BPDA/ODA))=50/50 NMP溶媒)
ポリエーテルイミド(日本GEプラスチックス社製、グレード1000)7.5gにNMP42.5gを加えて溶かしたPEI溶液に4,4’−ODA3.04gを加え、60℃で2時間撹拌した。この溶液にNMP42.5g添加後、BPDA4.46gを徐々に加え、60℃で2時間撹拌を続け、溶質濃度15.0質量%、粘度180.5Pa・s/30℃のポリイミド前駆体溶液を得た。原料組成から計算されるポリエーテルイミドとポリアミック酸の質量比率は50/50である。
[比較例3](PAI/ポリアミック酸(BPDA/ODA)=50/50 NMP溶媒)
NMP42.5gに4,4’−ODA3.04gを添加後、BPDA4.46gを徐々に加え、60℃で2時間撹拌を続けて合成したポリイミド前駆体溶液(粘度43.2Pa・s/30℃)と実施例1で使用した市販のポリアミドイミド溶液50.0gを混合、室温にて2時間撹拌することにより、溶質濃度15.0質量%、20.4Pa・s/30℃のポリイミド前駆体溶液を得た。原料組成から計算されるポリアミドイミドとポリアミック酸の質量比率は50/50である。
実施例1〜13および比較例1〜3で得られたポリイミド前駆体溶液、ポリイミドフィルムの評価結果を表1に示す。
Figure 0005473601
表1より明らかなように、実施例1〜13では、透明なポリイミド前駆体溶液が得られ、この溶液から、ヘーズが3.0%以下で実用上十分な引張強度を有するポリイミドフィルムが得られた。これらは、180℃残留揮発分率が低いので、乾燥後のポリイミド前駆体樹脂組成物をイミド化する際のフィルムの歪み、反りも抑えられていた。
これらに対して、比較例1では、ポリアミック酸のテトラカルボン酸成分として本発明で規定するものを用いなかったため、前駆体溶液は透明なものとなったが、得られたフィルムは濁り、ヘーズは20%を超えていた。また、比較例2では、本発明で必須とするポリアミドイミドを含んでいなかったため、ポリイミド前駆体溶液は不透明なものとなり、得られたフィルムの引張強度も十分ではなかった。比較例3ではポリアミド中でポリイミド前駆体溶液を合成しなかったため、ポリイミド前駆体溶液は不透明なものとなり、得られたフィルムのヘーズもかなり大きくなった。
本発明に係るポリイミド樹脂組成物、ポリイミド前駆体樹脂組成物、およびそれらの製造方法、ならびにポリイミドフィルムおよびその製造方法は、電気・電子部品などの分野に有用である。

Claims (23)

  1. 下記式(1)で示されるジアミンモノマー単位を含有するポリアミドイミド(A)およ
    び下記式(2p)〜(2r)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位からなる群から選択される少なくとも1種類のモノマー単位を含有するポリアミック酸(B)を含むポリイミド前駆体樹脂組成物であって、該ポリアミック酸(B)が、60〜80℃の温度で、ポリアミドイミド(A)の存在下、下記式(2p)〜(2r)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位からなる群から選択される少なくとも1種類のモノマー単位となるテトラカルボン酸成分とジアミン成分を反応させることにより得られたものであり、該ポリイミド前駆体樹脂組成物をイミド化して厚み40μmのフィルムとしたときのヘーズが4%以下であるポリイミド前駆体樹脂組成物。
    Figure 0005473601
    (式中、Rは炭素数1〜5のアルキレン基である);
    Figure 0005473601
  2. 前記ポリアミック酸(B)が下記式(3)で示されるジアミンモノマー単位を含有する
    ことを特徴とする請求項1に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
    Figure 0005473601
  3. ポリアミドイミド(A)とポリアミック酸(B)との含有比率(A/B)が質量基準で
    1/99〜99/1である請求項1に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
  4. ポリアミドイミド(A)の存在下で、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを、60〜80℃の温度で反応させてポリアミック酸(B)を製造す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樹脂組成物を製造する方法。
  5. ポリアミドイミド(A)の存在下で、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを、60〜80℃の温度で反応させてポリアミック酸(B)を製造し、得られた生成物に、一種以上のポリアミドイミド(A)および/または別途製造された一種以上のポリアミック酸(B)を混合す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樹脂組成物を製造する方法。
  6. 前記ポリアミック酸(B)がテトラカルボン酸モノマー単位として前記式(2p)〜(
    2r)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位からなる群から選択される1種類のモノマー単位を単独で含有するポリアミック酸(b1)であり、
    該ポリアミック酸(b1)のテトラカルボン酸モノマー単位以外の他のテトラカルボン
    酸モノマー単位を含有するポリアミック酸(c1)をさらに含むことを特徴とする請求項
    1に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
  7. 前記ポリアミック酸(B)がテトラカルボン酸モノマー単位として前記式(2p)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位を単独で含有するポリアミック酸(b1)であり、
    前記ポリアミック酸(c1)が前記式(2q)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位を含有することを特徴とする請求項6に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
  8. 前記ポリアミック酸(B)がテトラカルボン酸モノマー単位として前記式(2q)で示
    されるテトラカルボン酸モノマー単位を単独で含有するポリアミック酸(b1)であり、
    前記ポリアミック酸(c1)が上記式(2p)で示されるテトラカルボン酸モノマー単
    位を含有することを特徴とする請求項6に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
  9. 前記ポリアミック酸(c1)が前記式(3)で示されるジアミンモノマー単位を含有す
    ることを特徴とする請求項6に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
  10. ポリアミドイミド(A)の存在下で、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを、60〜80℃の温度で反応させてポリアミック酸(B)を製造し、得られた生成物に、ポリアミック酸(c1)を混合して得られる請求項6に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
  11. ポリアミドイミド(A)の存在下で、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを、60〜80℃の温度で反応させてポリアミック酸(B)を製造し、得られた生成物に、ポリアミック酸(c1)を混合することを特徴とする請求項6に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物を製造する方法。
  12. 前記ポリアミック酸(B)がジアミンモノマー単位として前記式(3)で示されるジア
    ミンモノマー単位を単独で含有するポリアミック酸(b2)であり、
    前記式(3)で示されるジアミンモノマー単位以外の他のジアミンモノマー単位を含有
    するポリアミック酸(c2)をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のポリイミド
    前駆体樹脂組成物。
  13. 前記ポリアミック酸(c2)が下記式(5)で示されるジアミンモノマー単位を含有す
    ることを特徴とする請求項12に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
    Figure 0005473601
  14. 前記ポリアミック酸(c2)が前記式(2p)で示されるテトラカルボン酸モノマー単位を含有することを特徴とする請求項12に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
  15. ポリアミドイミド(A)の存在下で、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを、60〜80℃の温度で反応させてポリアミック酸(B)を製造し、得られた生成物に、ポリアミック酸(c2)を混合して得られる請求項12に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
  16. ポリアミドイミド(A)の存在下で、ジアミン成分とテトラカルボン酸成分とを、60〜80℃の温度で反応させてポリアミック酸(B)を製造し、得られた生成物に、ポリアミック酸(c2)を混合することを特徴とする請求項12に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物を製造する方法。
  17. 溶媒を含む請求項1、7または12に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
  18. 該溶媒がN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミドのいずれか一種あ
    るいはそれらの混合物である請求項17に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
  19. 固形分濃度が5〜50質量%である請求項17に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
  20. 請求項1、6または12に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物がイミド化されてなるこ
    とを特徴とするポリイミド樹脂組成物。
  21. 請求項1、6または12に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物をイミド化することを特
    徴とするポリイミド樹脂組成物の製造方法。
  22. 請求項20に記載のポリイミド樹脂組成物からなるポリイミドフィルム。
  23. 請求項17に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物をキャストし、乾燥し、イミド化を行
    うことを特徴とするポリイミドフィルムの製造方法。
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