JP5804778B2 - 新規ポリイミドワニス - Google Patents
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Description
[1]酸無水物成分とジアミン成分とから誘導され、下記一般式(1A)で表される繰り返し単位を有するポリイミドにおいて、
酸無水物成分が、下記式(2A) および/または(2B)で表される脂環族酸無水物を必須成分として、全酸無水物中の20モル%〜100モル%の範囲で含み、
ジアミン成分が下記式(3A)および/または(3B)で表される芳香族ジアミンを必須の成分として、全ジアミン中の20モル%〜100モル%の範囲で含むポリイミド。
[2]前記脂環族酸無水物成分(2A)および(2B)が、それぞれ下記式(2A-1)および(2B-1)で表され、芳香族ジアミン成分(3A)および(3B)が、ぞれぞれ下記式(3A-1)および(3B-1)で表される[1]のポリイミド。
[4]前記[1]〜[3]のポリイミドを含有するポリイミドワニス。
[5]前記[1]〜[3]のポリイミドの前駆体である、式 (2A)および/または(2B)で表される脂環族酸無水物と、前記式(3A)および/または(3B)で表される芳香族ジアミンとの反応・重合物であるポリアミド酸を含有するワニス。
[6]前記[1]〜[3]のポリイミドを含む接着剤。
[7]前記[1]〜[3]のポリイミドからなるポリイミドフィルム。
[8]前記[4]または[5]のワニスから形成されてなるポリイミドフィルム。
[9]前記[1]〜[3]のポリイミドを溶融成形して得られることを特徴とするポリイミド成形品。
本発明に係るポリイミドは、酸無水物成分とジアミン成分とから誘導され、下記一般式(1A)で表される繰り返し単位を有する。
酸無水物成分としては、下記式(2A) および/または(2B)で表される脂環族酸無水物を必須成分として含む。
ジアミン成分としては、下記式(3A) および/または(3B)で表される芳香族ジアミンを必須成分として含む。
例えば、芳香族系ジアミンとしては、m-フェニレンジアミン、o-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、m-アミノベンジルアミン、p-アミノベンジルアミン、ビス(3-アミノフェニル)スルフィド、(3-アミノフェニル)(4-アミノフェニル)スルフィド、ビス(4-アミノフェニル)スルフィド、ビス(3-アミノフェニル)スルホキシド、(3-アミノフェニル)(4-アミノフェニル)スルホキシド、ビス(3-アミノフェニル)スルホン、(3-アミノフェニル)(4-アミノフェニル)スルホン、ビス(4-アミノフェニル)スルホン、3,3'-ジアミノベンゾフェノン、3,4'-ジアミノベンゾフェノン、4,4'-ジアミノベンゾフェノン、3,3'-ジアミノジフェニルメタン、3,4'-ジアミノジフェニルメタン、4,4'-ジアミノジフェニルメタン、4,4'-ジアミノジフェニルエーテル、3,3'-ジアミノジフェニルエーテル、3,4'-ジアミノジフェニルエーテル、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]メタン、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]メタン、1,1-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1,1-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1,2-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]エタン、2,2-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、2,2-ビス[3-(3-アミノフェノキシ)フェニル]-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン、1,4-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、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルホキシド、ビス[4-(アミノフェノキシ)フェニル]スルホキシド、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、ビス[4-(4−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、1,4-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,3-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、4,4'-ビス[3-(4-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ジフェニルエーテル、4,4'-ビス[3-(3-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ジフェニルエーテル、4,4'-ビス[4-(4-アミノ-α,α-ジメチルベンジル)フェノキシ]ベンゾフェノン、4,4'-ビス[4-(4-アミノ-α,α-ジメチルベンジル)フェノキシ]ジフェニルスルホン、ビス[4-{4-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ}フェニル]スルホン、1,4-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-α,α-ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-α,α-ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3-ビス(3-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-(2-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-(2-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(2-(2-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(2-(3-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(2-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(3-(3-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(3-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(3-(2-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(4-(2-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(2-(2-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(2-(3-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(2-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,2-ビス(3-(3-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,2-ビス(3-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,2-ビス(3-(2-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,2-ビス(4-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,2-ビス(4-(3-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,2-ビス(4-(2-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,2-ビス(2-(2-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,2-ビス(2-(3-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,2-ビス(2-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-(3-アミノフェノキシ)フェノキシ)-2-メチルベンゼン、1,3-ビス(3-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ)-4-メチルベンゼン、1,3-ビス(4-(3-アミノフェノキシ)フェノキシ)-2-エチルベンゼン、1,3-ビス(3-(2-アミノフェノキシ)フェノキシ)-5-sec-ブチルベンゼン、1,3-ビス(4-(3-アミノフェノキシ)フェノキシ)-2,5-ジメチルベンゼン、1,3-ビス(4-(2-アミノ-6-メチルフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(2-(2-アミノ-6-エチルフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(2-(3-アミノフェノキシ)-4-メチルフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(2-(4-アミノフェノキシ)-4-tert-ブチルフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(3-(3-アミノフェノキシ)フェノキシ)-2,5-ジ-tert-ブチルベンゼン、1,4-ビス(3-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ)-2,3-ジメチルベンゼン、1,4-ビス(3-(2-アミノ-3-プロピルフェノキシ)フェノキシ)ベンゼン、1,2-ビス(3-(3-アミノフェノキシ)フェノキシ)-4-メチルベンゼン、1,2-ビス(3-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ)-3-n-ブチルベンゼン、1,2-ビス(3-(2-アミノ-3-プロピルフェノキシ)フェノキシ)ベンゼンなどが挙げられる。
ポリアミド酸ワニスには、前記した式(2A)、(2B)、(3A)、(3B)に由来する成分が反応したポリアミド酸が含まれる。
更に、これらのモノアミンまたはジカルボン酸無水物はその構造の一部が、架橋点となるエチニル基、ベンゾシクロブテン−4'−イル基、ビニル基、アリル基、シアノ基、イソシアネート基、ニトリロ基およびイソプロペニル基、ビニレン基、ビニリデン基、およびエチリデン基等で置換されても差し支えない。
末端封止剤の使用料は、ポリイミド原料となるジアミンのモル数をA、とテトラカルボン酸二無水物のモル数をBとした時の(A-B)または(B-A)モルに対して、末端封止剤を1.0当量〜10当量の範囲で用いる事が好ましく、より好ましくは1.1当量〜5.0当量の範囲、さらに好ましくは1.2当量〜3.0当量の範囲である。
上記末端封止剤として好ましいものは、アニリン、シクロヘキシルアミン、無水フタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、コハク酸無水物を挙げる事ができる。
本発明に係るポリイミドは、特定の成分から誘導されているので、透明性が高いとともに、熱可塑性を有しており、接着剤として用いることができる。
接着剤に、さらに、無機物質フィラーを配合していてもよい。フィラーは、接着剤に低熱膨張性、低吸湿性、高弾性、高熱伝導性などを付与する目的で配合され、またフィルム状接着剤の強度向上にも寄与する。無機物質フィラーとしては例えば、シリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミ、窒化ホウ素、チタニア、ガラス、酸化鉄、セラミック等の無機絶縁体が挙げられる。これらは、単独又は2種以上混合して用いことができる。さらに、接着剤には、必要に応じ、本発明の目的を損ねない範囲で、シランカップリング剤、チタン系カップリング剤等のカップリング剤を適宜添加してもよい。カップリング剤は被着体やフィラーとの接着界面における接着強度の向上に寄与する。
また、溶媒量としては特に制限されないが、通常ワニスが流動性を有する程度の粘度となるように調整される。通常ワニスに含まれるポリイミド(またはポリアミド酸)成分量が1〜40重量%、好ましくは5〜35重量%、さらに好ましくは10〜30重量%の範囲にあれば、流動性や加工性、製膜性、塗工性などの点で望ましい。またワニスの粘度は特に制限されないが、ハンドリングしやすい範囲で適宜選択され、さらに必要に応じて、粘度調整剤などが含まれていてもよい。
[E型機械粘度]:E型機械粘度計(東京計機社製)を使用し、ワニスの25℃におけるE型機械粘度(mPa・s)を測定した。
[b*]色彩式差計(測定ヘッド:CR-300 ミノルタカメラ社製)およびデータプロセッサ(DP-300 ミノルタカメラ社製)を使用し、ポリイミドフィルムの黄味の指標となるb*値を測定した。測定は3回計測し、その平均値を採用した。
撹拌装置、温度計、窒素導入管、ディーンスターク水分離器及びコンデンサーを備え付けた200mlガラス製反応装置に、γ-ブチロラクトン(GBL)44.4g、4,4'-ビス-(3-アミノフェノキシ)ビフェニル18.24g(0.05mol)、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(H−PMDA)11.21g(0.05mol)、還流溶媒として混合キシレン20gを装入し、窒素気流下において室温で撹拌した。
合計6時間、同温度でにて加熱撹拌を続けて水の生成が終了した事を確認した後、反応を終了とした。内温を130℃まで冷却したのち、GBL66.2gを添加、同温度にて3時間撹拌して、約20wt%のポリイミド-GBL均一ワニスとし、室温まで冷却して終了とした。
こうして得られたポリイミドワニスを、ガラス板上にキャストし、窒素気流下において50℃から270℃まで2時間かけて昇温した。引き続き270℃で2時間焼成することにより、厚さ約30μmのポリイミドフィルムを得た。得られたポリイミドフィルムのガラス転移温度(Tg)は250℃であり、5%重量減少温度(Td5)は495℃であり、引張破断伸度(EL)は152%であり、折り曲げ回数(MIT)は14000回であった。また、全光線透過率は89%であり、カットオフ波長は315nm、350nmにおける透過率は68%であった。
実施例1と同様の反応装置に、γ-ブチロラクトン(GBL)44.4g、4,4'-ビス-(3-アミノフェノキシ)ビフェニル18.24g(0.05mol)、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(H−PMDA)11.21g(0.05mol)、トリエチルアミン0.24g、還流溶媒として混合キシレン20gを装入し、窒素気流下において室温で撹拌した。
合計6時間、同温度でにて加熱撹拌を続けて水の生成が終了した事を確認した後、反応を終了とした。内温を130℃まで冷却したのち、GBL66.2gを添加、同温度にて1時間撹拌して、約20wt%のポリイミド-GBL均一ワニスとし、室温まで冷却して終了とした。
こうして得られたポリイミドワニスを、ガラス板上にキャストし、窒素気流下において50℃から270℃まで2時間かけて昇温した。引き続き270℃で2時間焼成することにより、厚さ約30μmのポリイミドフィルムを得た。得られたポリイミドフィルムのガラス転移温度(Tg)は250℃であり、5%重量減少温度(Td5)は498℃であり、引張破断伸度(EL)は162%であり、折り曲げ回数(MIT)は14000回であった。また、全光線透過率は89%であり、カットオフ波長は315nm、350nmにおける透過率は68%であった。
撹拌装置、温度計、窒素導入管、及びコンデンサーを備え付けた200mlガラス製反応装置に、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)44.4g及び1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(H−PMDA)11.21g(0.05mol)、を装入し、窒素気流下において室温で撹拌して均一溶液とした。ここに4,4'-ビス-(3-アミノフェノキシ)ビフェニル18.24g(0.05mol)を一括で添加し、さらに同条件下で撹拌を継続した。
得られたワニスの濃度を測定したところ、20.2wt%(ポリイミド換算)であり、対数粘度ηinhは0.74dl/gであった。またE型機械粘度は34pa・sであった。
実施例1と同様の反応装置に、γ-ブチロラクトン(GBL)44.4g、1,3'-ビス-(3-アミノフェノキシベンゼン14.62g(0.05mol)、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(H−PMDA)11.21g(0.05mol)、トリエチルアミン0.24g、還流溶媒として混合キシレン20gを装入し、窒素気流下において室温で撹拌した。
合計6時間、同温度でにて加熱撹拌を続けて水の生成が終了した事を確認した後、反応を終了とした。内温を130℃まで冷却したのち、GBL51.7gを添加、同温度にて1時間撹拌して、約20wt%のポリイミド-GBL均一ワニスとし、室温まで冷却して終了とした。
また、全光線透過率は89%であり、カットオフ波長は300nm、350nmにおける透過率は78%であった。
実施例1と同様の反応装置に、γ-ブチロラクトン(GBL)22.2gおよびN-メチルピロリドン(NMP)22.2g、4,4'-ビス-(3-アミノフェノキシ)ビフェニル18.24g(0.05mol)、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(H−PMDA)10.1g(0.045mol)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)1.09g(0.005mol)、トリエチルアミン0.24g、還流溶媒として混合キシレン20gを装入し、窒素気流下において室温で撹拌した。
合計6時間、同温度でにて加熱撹拌を続けて水の生成が終了した事を確認した後、反応を終了とした。内温を130℃まで冷却したのち、GBL33.1gおよびNMP33.1gを添加、同温度にて1時間撹拌して、約20wt%のポリイミド-GBL/NMP均一ワニスとし、室温まで冷却して終了とした。
こうして得られたポリイミドワニスを、ガラス板上にキャストし、窒素気流下において50℃から270℃まで2時間かけて昇温した。引き続き270℃で2時間焼成することにより、厚さ約30μmのポリイミドフィルムを得た。得られたポリイミドフィルムのガラス転移温度(Tg)は252℃であり、5%重量減少温度(Td5)は494℃であり、引張破断伸度(EL)は140%であり、折り曲げ回数(MIT)は14000回であった。また、全光線透過率は88%であり、カットオフ波長は325nm、350nmにおける透過率は6%であった。
実施例1と同様の反応装置に、m-クレゾール44.4g、4,4'-ビス-(3-アミノフェノキシ)ビフェニル18.24g(0.05mol)、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(H−PMDA)11.15g(0.04975mol)、還流溶媒として混合キシレン20gを装入し、窒素気流下において室温で撹拌した。
その後オイルバスにて170℃まで昇温を行った。170℃に達した後、170〜180℃を保ちならがら熱イミド化により生じる水を、キシレンとの共沸によりディーンスターク水分離器により系外に排出した。
合計6時間、同温度でにて加熱撹拌を続けて水の生成が終了した事を確認した後、反応を終了とした。内温を130℃まで冷却したのち、末端アミノ基の2当量に相当する無水フタル酸0.074g(0.0005mol)およびm-クレゾール66.2gを添加、同温度にて1時間撹拌して、約20wt%のポリイミド-m-クレゾール均一ワニスとし、室温まで冷却して終了とした。
得られたポリイミドパウダーの溶融流動性をフローテスターにて測定したところ、フロースタート(FST)は305℃であった。
実施例1と同様の反応装置に、GBL44.4g、4,4'-ビス-(3-アミノフェノキシ)ビフェニル18.24g(0.05mol)、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(H−PMDA)11.15g(0.04975mol)、還流溶媒として混合キシレン20gを装入し、実施例6と同様にして末端封止されたポリイミドパウダーを得た。得られたポリイミドパウダーの溶融流動性をフローテスターにて測定したところ、フロースタート(FST)は298℃であった。
実施例1と同様の反応装置に、m-クレゾール44.4g、4,4'-ビス-(3-アミノフェノキシ)ビフェニル18.24g(0.05mol)、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(H−PMDA)11.04g(0.04925mol)、還流溶媒として混合キシレン20gを装入し、窒素気流下において室温で撹拌した。
同温度にて3時間程加熱・撹拌を続けた後、さらに同温度にて3時間撹拌を続け、残存の生成水とキシレンを徐々に系外に排出した。
実施例3における1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(H−PMDA)11.21g(0.05mol)の替わりに、PMDA10.91g(0.05mol)を用いて同様に反応し、約20wt%濃度のポリアミド酸-DMAcワニスを得た。
こうして得られたポリアミド酸ワニスを、ガラス板上にキャストし、窒素気流下において50℃から270℃まで2時間かけて昇温した。引き続き270℃で2時間焼成することにより、厚さ約30μmのポリイミドフィルムを得た。得られたポリイミドフィルムのガラス転移温度(Tg)は259℃であり、5%重量減少温度(Td5)は520℃であり、引張破断伸度(EL)は97%であり、折り曲げ回数(MIT)は50000≧回であった。また、全光線透過率は80%であり、カットオフ波長は420nmであった。
実施例3における1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(H−PMDA)に替えてPMDA10.91g(0.05mol)、4,4'-ビス-(3-アミノフェノキシ)ビフェニルに替えて2,5(または6)−ジアミノメチル−ビシクロ[2,2,1]ヘプタン(商品名:NBDA、三井化学社製)7.71g(0.05mol)を用いた以外は同様に反応し、約20wt%濃度のポリアミド酸-DMAcワニスを得た。
こうして得られたポリアミド酸ワニスを、ガラス板上にキャストし、窒素気流下において50℃から270℃まで2時間かけて昇温した。引き続き270℃で2時間焼成することにより、厚さ約30μmのポリイミドフィルムを得た。得られたポリイミドフィルムのガラス転移温度(Tg)は290℃であり、5%重量減少温度(Td5)は435℃であり、引張破断伸度(EL)は5%であり、折り曲げ回数(MIT)は3500回であった。また、全光線透過率は90%であり、カットオフ波長は360nmであった。
比較例2において得られたポリアミド酸−DMAcワニスを、実施例2と同様にして加熱、脱水イミド化を行ったが、イミド化の進行にともなってポリマーが析出し、ワニス化は出来なかった。
このため、透明性を必要とするディスプレー基材や透明回路基材、各種光学フィルム材料、レンズ材料、透明封止材などに用いることも可能である。
Claims (3)
- 酸無水物成分とジアミン成分から誘導され、下記一般式(1A)で表される繰り返し単位を有するポリイミドにおいて、
酸無水物成分が、下記式(2A) および/または(2B)で表される脂環族酸無水物を必須成分として、全酸無水物中の20モル%〜100モル%の範囲で含み、
ジアミン成分が下記式(3A)および/または(3B)で表される芳香族ジアミンを必須の成分として、全ジアミン中の70モル%〜100モル%の範囲で含むポリイミドを含有するポリイミドワニス。
- ガラス転移温度が180℃〜280℃にあることを特徴とする請求項1または2に記載のポリイミドを含有するポリイミドワニス。
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