JP5849700B2 - ポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法、及びポリイミドシロキサン溶液組成物 - Google Patents

ポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法、及びポリイミドシロキサン溶液組成物 Download PDF

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Description

本発明は、テトラカルボン酸成分と、(a)ジアミノポリシロキサン、(b)極性基を有するジアミン及び(c)前記以外の他のジアミンからなるジアミン成分とを重合・イミド化するポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法、及びポリイミドシロキサン溶液組成物に関する。
特許文献1,2には、テトラカルボン酸成分と、(a)ジアミノポリシロキサン、(b)極性基を有するジアミン及び(c)前記以外の他のジアミンからなるジアミン成分とを重合・イミド化して得られるポリイミドシロキサン溶液組成物が記載されている。
このポリイミドシロキサン溶液組成物は、ポリイミドシロキサンに加え、さらにエポキシ化合物や多価イソシアネート化合物などの硬化性成分を含んで構成され、例えばフレキシブル配線板上にスクリーン印刷などで塗布された後、硬化されて、電子部品の硬化絶縁膜を形成するために好適に用いられる。
ところで、ポリマーからなる溶液組成物を用いる際には、長期間の粘度安定性(貯蔵安定性)が求められる。しかし、特にポリイミド系のような溶解性が十分でないポリマーからなる溶液組成物の場合、極性基を含むポリマーからなる溶液組成物の場合、或いはポリマー固形分濃度が高い溶液組成物の場合には、粘度安定性の問題が生じ易く、ポリイミドシロキサン溶液組成物の場合においても、より改良された粘度安定性が求められていた。
特開平8−253677号公報 特開2006−156949号公報
本発明の目的は、より改良された長期間の粘度安定性を有するポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法、及びポリイミドシロキサン溶液組成物を提供することである。
すなわち、本発明は、以下の各項に関する。
1. 溶媒中、テトラカルボン酸成分と、(a)ジアミノポリシロキサン、(b)極性基を有するジアミン、及び(c)前記以外の他のジアミンからなるジアミン成分とを重合・イミド化するポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法において、
テトラカルボン酸成分と、(b)極性基を有するジアミン以外のジアミン成分[すなわち、(a)ジアミノポリシロキサン及び(c)他のジアミン]とを重合・イミド化して得られた反応混合液に、最後に(b)極性基を有するジアミンを加えて重合・イミド化することを特徴とするポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法。
2. 得られるポリイミドシロキサン溶液組成物の固形分濃度が、20質量%以上、好ましくは25質量%以上、より好ましくは30質量%以上、特に好ましくは35質量%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シロキサン溶液組成物の製造方法。
3. (b)極性基を有するジアミンの極性基が、カルボキシル基又は水酸基であることを特徴とする前記項1または2に記載のポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法。
4. (c)他のジアミンが、複数のベンゼン環を有する芳香族ジアミン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シロキサン溶液組成物の製造方法。
5. 前記項1〜4のいずれかの製造方法で得られたことを特徴とするポリイミドシロキサン溶液組成物。
6. テトラカルボン酸成分と、(a)ジアミノポリシロキサン、(b)極性基を有するジアミン、及び(c)前記以外の他のジアミンからなるジアミン成分とを重合・イミド化したポリイミドシロキサンと、溶媒とを含むポリイミドシロキサン溶液組成物であって、
前記ポリイミドシロキサン溶液組成物中のポリイミドシロキサンの固形分濃度が30〜60質量%であり、
前記ポリイミドシロキサン溶液組成物を製造後25℃に放置したとき、1日経過後の粘度と比較して、30日経過後の粘度の変化率が±9%未満であることを特徴とするポリイミドシロキサン溶液組成物。
7. テトラカルボン酸成分と、(a)ジアミノポリシロキサン、(b)極性基を有するジアミン、及び(c)前記以外の他のジアミンからなるジアミン成分とを重合・イミド化したポリイミドシロキサンと、溶媒とを含むポリイミドシロキサン溶液組成物であって、
前記ポリイミドシロキサン溶液組成物中のポリイミドシロキサンの固形分濃度が30〜60質量%であり、
前記ポリイミドシロキサン溶液組成物を製造後25℃に放置したとき、1日経過後の粘度と比較して、30日経過後の粘度の変化の絶対値が5Pa・s未満であることを特徴とするポリイミドシロキサン溶液組成物。
8. 前記項5〜7のいずれか1項に記載のポリイミドシロキサン溶液組成物、および硬化性樹脂を含有することを特徴とする硬化性のポリイミドシロキサン溶液組成物。
9. 前記硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、多価イソシアネート、フェノール樹脂、およびグアナミン樹脂からなる群より選ばれることを特徴とする前記項8記載の硬化性のポリイミドシロキサン溶液組成物。
本発明のポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法によって、より改良された長期間の粘度安定性を有するポリイミドシロキサン溶液組成物を得ることができる。このポリイミドシロキサン溶液組成物は、例えばフレキシブル配線板上にスクリーン印刷などで塗布した後、硬化して、電子部品の硬化絶縁膜を形成するなどの種々の用途に好適に用いることができる。
本発明のポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法は、溶媒中、テトラカルボン酸成分と、(a)ジアミノポリシロキサン、(b)極性基を有するジアミン及び(c)前記以外の他のジアミンからなるジアミン成分とを重合・イミド化するポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法に関する。
反応に用いる溶媒は、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とを好適に重合・イミド化してポリイミドシロキサンを得るための溶媒環境を与えるものであれば限定されないが、溶解性が優れる有機極性溶媒が好ましい。有機極性溶媒としては、含窒素系溶媒、例えばN,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、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、N−メチルカプロラクタムなど;硫黄原子を含有する溶媒、例えばジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ヘキサメチルスルホルアミドなど;フェノール系溶媒、例えばクレゾール、フェノール、キシレノールなど;ジグライム系溶媒、例えばジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグライム)、トリエチレングリコールジメチルエーテル(トリグライム)、テトラグライムなど;酸素原子を分子内に有する溶媒、例えばアセトン、メタノール、エタノール、エチレングリコール、ジオキサン、イソホロン、テトラヒドロフランなど;ラクトン系溶媒、例えばγ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトンなど;その他ピリジン、テトラメチル尿素などを挙げることができる。また必要に応じてベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒やソルベントナフサ、ベンゾニトリルなど他の有機溶媒を併用してもよい。
テトラカルボン酸成分としては、例えば2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ジフェニルエ−テルテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、2,2−ビス(3,4−ベンゼンジカルボン酸)ヘキサフルオロプロパン、ピロメリット酸、1,4−ビス(3,4−ベンゼンジカルボン酸)ベンゼン、2,2−ビス〔4−(3,4−フェノキシジカルボン酸)フェニル〕プロパン、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸、1,2,4,5−ナフタレンテトラカルボン酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタンなどの芳香族テトラカルボン酸、又は、それらの酸二無水物や低級アルコ−ルのエステル化物、および、シクロペンタンテトラカルボン酸、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸、3−メチル−4−シクロヘキセン−1,2,4,5−テトラカルボン酸などの脂環族系テトラカルボン酸、又は、それらの酸二無水物や低級アルコ−ルのエステル化物を好適に挙げることができる。テトラカルボン酸成分は、ジアミンと反応させることが容易なテトラカルボン酸二無水物を用いることが好ましい。
ジアミン成分は、(a)ジアミノポリシロキサン、(b)極性基を有するジアミン及び(c)前記以外の他のジアミンによって構成される。
(a)ジアミノポリシロキサンとしては、分子内にシリレン骨格を有するジアミン化合物であれば特に限定されないが、好ましくは下記化学式(1)で表されるジアミン化合物である。
Figure 0005849700
化学式(1)において、Rは2価の脂肪族又は芳香族炭化水素基を示し、Rは独立に1価の脂肪族又は芳香族炭素水素基を示し、n1は2〜50の整数を示す。但し、Rは、好ましくは炭素数1〜6のアルキレン基又は置換基を有していてもよいフェニレン基{但し、置換基は反応に関与しない基であればよいが、例えばアルキル基(好ましくは炭素数1〜約4)、ハロゲン等が挙げられる}、特に好ましくはプロピレン基である。2つのRは同一でも異なっていてもよいが、好ましくは同一の意味を示す。Rは炭素数1〜5のアルキル基又はフェニル基が好ましく、Si上の2つのRが互いに異なっていてもよく、また、R−Si−Rが、互いに異なる意味を示してもよいが、合成または入手が容易であることから同一が好ましい。n1は3〜50、特に3〜20が好ましい。ジアミノシロキサンのアミノ基は保護基で保護されていてもよい。尚、ジアミノポリシロキサンが2種以上の混合物からなる場合は、n1はアミノ当量から計算される。
(a)ジアミノポリシロキサンの例としては、α,ω−ビス(2−アミノエチル)ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス(4−アミノフェニル)ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス(4−アミノ−3−メチルフェニル)ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリジフェニルシロキサン、α,ω−ビス(4−アミノブチル)ポリジメチルシロキサンなどが挙げられる。
(b)極性基を有するジアミンとしては、分子中に水酸基、アミド基、カルボン酸基、スルホン酸基のような極性基を有するジアミンである。このようなジアミンをポリイミドシロキサンに導入する目的は、他の硬化樹脂と硬化反応を行わせたりするためである。
限定するものではないが、例えばエポキシ樹脂あるいはイソシアネートと組み合わせて硬化性の溶液組成物とするためには、分子中にエポキシ樹脂あるいはイソシアネートとの反応性を持った極性基を有する芳香族ジアミンが好適であり、好ましくは下記化学式(2)で表されるジアミンである。
Figure 0005849700
化学式(2)において、X及びYは、それぞれ独立に、直接結合、CH、C(CH、C(CF、O、ベンゼン環、SOを示し、r1はCOOH又はOHを示し、n2は1又は2であり、n3、n4はそれぞれ独立に0、1又は2、好ましくは0又は1であり、n3及びn4の少なくとも一方は1又は2である。
化学式(2)で示されるジアミンの例としては、2,4−ジアミノフェノ−ルなどのジアミノフェノ−ル化合物類、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジハイドロキシビフェニル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジハイドロキシビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジハイドロキシビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’,5,5’−テトラハイドロキシビフェニルなどのヒドロキシビフェニル化合物類、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジハイドロキシジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジハイドロキシジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジハイドロキシジフェニルメタン、2,2−ビス〔3−アミノ−4−ハイドロキシフェニル〕プロパン、2,2−ビス〔4−アミノ−3−ハイドロキシフェニル〕プロパン、2,2−ビス〔3−アミノ−4−ハイドロキシフェニル〕ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノ−2,2’,5,5’−テトラハイドロキシジフェニルメタンなどのヒドロキシジフェニルアルカン化合物類、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジハイドロキシジフェニルエ−テル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジハイドロキシジフェニルエ−テル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジハイドロキシジフェニルエ−テル、4,4’−ジアミノ−2,2’,5,5’−テトラハイドロキシジフェニルエ−テルなどのヒドロキシジフェニルエ−テル化合物類、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジハイドロキシジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジハイドロキシジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジハイドロキシジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノ−2,2’,5,5’−テトラハイドロキシジフェニルスルホンなどのヒドロキシジフェニルスルホン化合物類、2,2−ビス〔4−(4−アミノ−3−ハイドロキシフェノキシ)フェニル〕プロパンなどのビス(ハイドロキシフェノキシフェニル)アルカン化合物類、4,4’−ビス(4−アミノ−3−ハイドロキシフェノキシ)ビフェニルなどのビス(ハイドロキシフェノキシ)ビフェニル化合物類、2,2−ビス〔4−(4−アミノ−3−ハイドロキシフェノキシ)フェニル〕スルホンなどのビス(ハイドロキシフェノキシフェニル)スルホン化合物類などのOH基を有するジアミン化合物を挙げることができる。
さらに、化学式(2)で示されるジアミンの例としては、3,5−ジアミノ安息香酸、2,4−ジアミノ安息香酸などのベンゼンカルボン酸類、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジカルボキシビフェニル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジカルボキシビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジカルボキシビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’,5,5’−テトラカルボキシビフェニルなどのカルボキシビフェニル化合物類、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジカルボキシジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジカルボキシジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジカルボキシジフェニルメタン、2,2−ビス〔3−アミノ−4−カルボキシフェニル〕プロパン、2,2−ビス〔4−アミノ−3−カルボキシフェニル〕プロパン、2,2−ビス〔3−アミノ−4−カルボキシフェニル〕ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノ−2,2’,5,5’−テトラカルボキシビフェニルなどのカルボキシジフェニルアルカン化合物類、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジカルボキシジフェニルエ−テル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジカルボキシジフェニルエ−テル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジカルボキシジフェニルエ−テル、4,4’−ジアミノ−2,2’,5,5’−テトラカルボキシジフェニルエ−テルなどのカルボキシジフェニルエ−テル化合物類、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジカルボキシジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジカルボキシジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノ−2,2’,5,5’−テトラカルボキシジフェニルスルホンなどのカルボキシジフェニルスルホン化合物類、2,2−ビス〔4−(4−アミノ−3−カルボキシフェノキシ)フェニル〕プロパンなどのビス(カルボキシフェノキシフェニル)アルカン化合物類、4,4’−ビス(4−アミノ−3−カルボキシフェノキシ)ビフェニルなどのビス(カルボキシフェノキシ)ビフェニル化合物類、2,2−ビス〔4−(4−アミノ−3−カルボキシフェノキシ)フェニル〕スルホンなどのビス(カルボキシフェノキシフェニル)スルホン化合物類などのCOOH基を有するジアミン化合物を挙げることができる。
(c)他のジアミンとしては、前記(a)ジアミノポリシロキサン及び(b)極性基を有するジアミン以外のジアミンであれば特に限定されるものではないが、下記化学式(3)で示される複数のベンゼン環からなる芳香族ジアミンが好適である。
Figure 0005849700
化学式(3)において、X及びYは、それぞれ独立に、直接結合、CH、C(CH、C(CF、O、ベンゼン環、SOを示し、n5は1又は2である。化学式(3)中のフェニレン環は、ハロゲン、アルキル基(好ましくは炭素数1〜約4)等で置換されていてもよい。
化学式(3)で示される芳香族ジアミンの例としては、1,4−ジアミノベンゼン、1,3−ジアミノベンゼン、2,4−ジアミノトルエン、1,4−ジアミノ−2,5−ジハロゲノベンゼンなどのベンゼン1個を含むジアミン類、ビス(4−アミノフェニル)エ−テル、ビス(3−アミノフェニル)エ−テル、ビス(4−アミノフェニル)スルホン、ビス(3−アミノフェニル)スルホン、ビス(4−アミノフェニル)メタン、ビス(3−アミノフェニル)メタン、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)スルフィド、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−アミノフェニル)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、o−ジアニシジン、o−トリジン、トリジンスルホン酸類などのベンゼン2個を含むジアミン類、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェニル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノフェニル)ベンゼン、α,α’−ビス(4−アミノフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、α,α’−ビス(4−アミノフェニル)−1,3−ジイソプロピルベンゼンなどのベンゼン3個を含むジアミン類、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−(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−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン、4,4’−(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、5,10−ビス(4−アミノフェニル)アントラセンなどのベンゼン4個以上を含むジアミン類などのジアミン化合物が挙げられる。
また、ヘキサメチレンジアミン、ジアミノドデカンなど脂肪族ジアミン化合物を上記ジアミンと共に使用することができる。
本発明において使用するテトラカルボン酸成分とジアミン成分との割合は、略等モル、好ましくはジアミン成分1モルに対してテトラカルボン酸成分が0.95〜1.2、より好ましくは1.0〜1.1モル程度の割合である。
また、ジアミン成分は、好ましくは30〜90モル%より好ましくは50〜90モル%の(a)ジアミノポリシロキサン、好ましくは5〜65モル%より好ましくは10〜60モル%の(b)極性基を有するジアミン、及び好ましくは5〜65モル%より好ましくは10〜60モル%の(c)前記以外の他のジアミンの割合で使用される。
本発明のポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法は、溶媒中、テトラカルボン酸成分と、(a)ジアミノポリシロキサン、(b)極性基を有するジアミン及び(c)前記以外の他のジアミンからなるジアミン成分とを重合・イミド化するポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法において、最後に(b)極性基を有するジアミンを加えて重合・イミド化することを特徴とする。
ここで、「重合・イミド化する」とは、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とが反応してイミド環を形成しながらポリイミド骨格を形成することを意味している。したがって、従来知られている重合・イミド化する方法を好適に用いることができる。例えば、溶媒中でテトラカルボン酸成分とジアミン成分とを100〜250℃程度の温度で加熱して一段で重合・イミド化することもできる。また、溶媒中でテトラカルボン酸成分とジアミン成分とを100℃以下程度の温度で反応させてポリイミド前駆体(ポリアミック酸)とし、次いで100〜250℃程度に加熱してイミド化させるか、または脱水環化試薬である無水酢酸/ピリジン系やジシクロへキシルカルボジイミド等の化学イミド化剤によってイミド化させることもできる。イミド化反応では、トルエンやキシレンなどの共沸剤を添加して反応し生成水を系外に除いても構わない。
ポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法は、次の工程を含んで構成される。
(前工程)溶媒中で、テトラカルボン酸成分と、(b)極性基を有するジアミン以外のジアミン成分[すなわち、(a)ジアミノポリシロキサン及び(c)他のジアミン]とを重合・イミド化する。
(後工程)前工程で得られた反応混合液に、(b)極性基を有するジアミンを加えて重合・イミド化する。
前工程では、(b)極性基を有するジアミン以外のジアミン成分であるところの、(a)ジアミノポリシロキサンと(c)他のジアミンとは、それぞれ別々に(順番に)工程を分けて重合・イミド化しても良く、両者を一つの工程で同時に重合・イミド化してもよい。溶解性を考慮すると、溶解性の高い(a)ジアミノポリシロキサンを最初に反応させ、次いで(c)他のジアミンを加えて反応するのが好ましい。なお、前工程での重合・イミド化は、実質的に反応が完了するまで行うことが重要である。例えばイミド化が不十分でアミック酸構造が残ると、後工程で加水分解によってポリマー構造が保てないことがあり、本発明の効果を十分に達成できなくなることがある。イミド化が完了したかどうかは、発生する水の量を観察すれば(イミド化が完了すると水の流出がなくなる)判断できる。
前工程では、過剰量のテトラカルボン酸成分とジアミン成分とが反応するので、得られるポリイミドシロキサン(イミドシロキサンオリゴマー)は、実質的に末端がテトラカルボン酸成分に由来したセグメントで構成されている。
後工程では、前工程の反応混合液に、(b)極性基を有するジアミンを加えて重合・イミド化する。すなわち、後工程では、末端がテトラカルボン酸成分に由来したセグメントで構成されたポリイミドシロキサン(イミドシロキサンオリゴマー)と、(b)極性基を有するジアミンとが反応する。その結果、高い確率で、ポリイミドシロキサン分子の末端に、(b)極性基を有するジアミンに由来するセグメントが結合(配置)したポリイミドシロキサンを得ることができると考えられる。
本発明において、ポリイミドシロキサンは、固形分濃度として溶媒中に少なくとも3質量%、好ましくは5〜60質量%、より好ましくは20〜60質量%、更に好ましくは30〜60質量%溶解されていることが好適である。より高濃度の溶液組成物になるほど粘度安定性の問題が生じ易くなる。このため、本発明のより改良された長期間の粘度安定性は、より高濃度の溶液組成物になるほど効果的であるが、60質量%を越えると粘度が高くなり通常は取り扱いが難しく作業性が悪い。ポリイミドシロキサン溶液組成物の粘度は、25℃における溶液粘度(E型回転粘度)が、好ましくは0.1〜1000Pa・s、より好ましくは0.1〜100Pa・sである。また、ポリイミドシロキサンの分子量の目安である対数粘度(測定濃度:0.5g/100ミリリットル、溶媒:N−メチル−2−ピロリドン、測定温度:30℃)は、好ましくは0.15以上、より好ましくは0.16〜2である。
本発明において、ポリイミドシロキサン溶液組成物の濃度または粘度に言及するとき、フィラーおよびその他の添加物を含まないものを意味する。
本発明の溶液組成物は、前記のようにして得られたポリイミドシロキサンと溶媒とを必須成分とするものであるが、用途に応じて種々の成分を好適に加えることができる。従って、ポリイミドシロキサン溶液組成物の濃度または粘度の定義に関わらず、ポリイミドシロキサン溶液組成物にフィラー、その他の添加物を含むものも本発明の範囲内である。
溶媒は、ポリイミドシロキサンを製造する際に用いることができる溶媒を好適に用いることができる。
硬化性の溶液組成物とするためには、エポキシ樹脂、多価イソシアネート、フェノール樹脂、グアナミン樹脂などの通常の硬化性樹脂組成物で採用される硬化成分を好適に用いることができる。
さらに、有機または無機フィラー、顔料、消泡剤などを好適に用いることができる。
すなわち、本発明のポリイミドシロキサン溶液組成物においては、用途に応じて例えば特許文献1や特許文献2で説明されているような従来公知の硬化成分やフィラーや添加剤など好適に用いることができる。
本発明の製造方法により得られるポリイミドシロキサン溶液組成物は、長期間の粘度安定性に優れる。従って、本発明は長期間の粘度安定性に優れるポリイミドシロキサン溶液組成物にも関する。
即ち、本発明の異なる態様は、テトラカルボン酸成分と、(a)ジアミノポリシロキサン、(b)極性基を有するジアミン、及び(c)前記以外の他のジアミンからなるジアミン成分とを重合・イミド化したポリイミドシロキサンと、溶媒とを含むポリイミドシロキサン溶液組成物であって、前記ポリイミドシロキサン溶液組成物中のポリイミドシロキサンの固形分濃度が30〜60質量%であり、前記ポリイミドシロキサン溶液組成物を製造後、長期保存したとき、粘度の変化が小さいポリイミドシロキサン溶液組成物に関する。
粘度の変化の指標として、ポリイミドシロキサン溶液組成物を製造後、25℃に放置したとき、1日経過後の粘度と比較して、30日経過後の粘度の変化を見ることで評価できる(測定方法は実施例を参照)。本発明の1態様におけるポリイミドシロキサン溶液組成物は、1日経過後の粘度と比較した30日経過後の粘度の変化を変化率で表すと、固形分濃度が30〜60質量%で、好ましくは40〜60質量%であっても、粘度の変化率が±9%未満であり、好ましくは5%以下、より好ましくは2%以下であることを特徴とする。
また、本発明の1態様におけるポリイミドシロキサン溶液組成物は、1日経過後の粘度と比較した30日経過後の粘度の変化の絶対値で表すと、固形分濃度が30〜60質量%で、好ましくは40〜60質量%であっても、粘度の変化が、好ましくは5Pa・s未満、より好ましくは3Pa・s以下である。
本発明の硬化性のポリイミドシロキサン溶液組成物は、前記ポリイミドシロキサン溶液組成物に少なくともエポキシ樹脂、多価イソシアネート、フェノール樹脂、グアナミン樹脂などの通常の硬化性樹脂組成物で採用される硬化性樹脂(硬化成分)を加えた溶液組成物であるが、この硬化性の溶液組成物においても、溶液粘度の安定性が極めて良好である。
以下、本発明について具体例に基づいて更に詳しく説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
使用した原材料は以下のとおりである。
a−BPDA:2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
DAPSi:α,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン(アミノ当量422)
BAPP:2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン
DABA:3,5−ジアミノ安息香酸
MBAA:3,3’−ジカルボキシ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン
〔カルボン酸当量の測定方法〕
ポリイミドシロキサン溶液をTHF溶媒に溶解した試料溶液、及びポリイミドシロキサン溶液を含まないブランクの試料溶液(THF溶媒)の所定量に、フェノールフタレイン溶液を適量添加し、0.01mol/L濃度のKOH溶液(エタノール溶液)にて中和滴定し、カルボン酸当量を次式により算出した。
COOH基(eq/g)=[(t1−t2)]×0.01×F/S]/1000
t1:試料溶液のKOH溶液滴定量(mL)
t2:ブランクの試料溶液のKOH溶液滴定量(mL)
F :KOH溶液のFactor
S :試料溶液中のポリイミドシロキサン(g)
カルボン酸当量(g/eq)=1/COOH基
〔固形分濃度の測定方法〕
試料の溶液組成物について、120℃で10分間、次いで250℃で60分間の順に昇温しながら加熱処理した。加熱処理前の試料重量(w1)と加熱処理後の重量(w2)から、次式により固形分濃度を算出した。
固形分濃度(%)=[w2/w1]×100
〔溶液粘度の測定方法〕
E型回転粘度計を用いて、25℃における10rpmでの溶液粘度を測定した。
〔粘度安定性の測定〕
試料を25℃で保存して,所定の期間経過後の溶液粘度の測定を行った。
〔チキソ比〕
E型回転粘度計を用いて、25℃における1rpmと10rpmでの溶液粘度を測定した。チキソ比を次式で算出した。
チキソ比=1rpmの溶液粘度/10rpmの溶液粘度
〔実施例1〕
容量500mLのガラス製のセパラブルフラスコに、a−BPDA 59.43g(202.0mmol)と、溶媒のトリグライム 170.0gとを加え、a−BPDAを室温において窒素ガスを通じながら溶解させた。80℃に昇温後、DAPSi 114.8g(140.0mmol)と、トリグライム 35.0gとを加え、1時間撹拌後昇温し、水を除去しながら170℃の温度で6時間撹拌し、引き続いてBAPP 12.32g(30.0mmol)と、トリグライム 35.0gとを加えて更に6時間撹拌し、前工程の重合・イミド化を完了した。
この反応混合液に、最後にDABA 4.56g(30.0mmol)と、トリグライム 30.0gとを加え12時間撹拌し、次いでトリグライムに水を添加したもの5.0g(ポリイミドシロキサンの質量に対して2000ppmに相当する水の量)を加えて撹拌しながら冷却してポリイミドシロキサン溶液(組成物)を得た。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)は、褐色透明の溶液であり、粘度安定性を確認したところ、30日後においても10Pa・sで一定であった。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)に、ポリイミドシロキサン100質量部に対してエポキシ化合物のエピコート157S70(三菱化学社の商品名)を1.0質量部、エポキシ化合物のYX4000HK(三菱化学社の商品名)を0.65質量部、微粉状シリカのアエロジル50を10.0質量部、タルクのSG−95を80.0質量部加えて、固形分濃度が50質量%になるようにトリグライムを添加し、均一に攪拌・混合して、熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物を得た。
この熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物は、チキソ比が1.9であり、粘度安定性を確認したところ、30日後においても17Pa・sでほぼ一定であった。
〔実施例2〕
容量500mlのガラス製のセパラブルフラスコに、a−BPDA 61.79g(210.0mmol)、溶媒のトリグライム 103.3gとを加え、a−BPDAを室温において窒素ガスを通じながら溶解させた。80℃に昇温後、DAPSi 122.24g(145.0mmol)と、トリグライム 30.0gとを加え、1時間撹拌後昇温し、水を除去しながら170℃の温度で1時間撹拌し、引き続いてBAPP 13.59g(33.0mmol)と、トリグライム 30.0gとを加えて更に20時間撹拌し、前工程の重合・イミド化を完了した。
この反応混合液に、最後にMDAA 8.29g(29.0mmol)と、トリグライム 30.0gとを加え20時間撹拌し、次いでトリグライムに水を添加したもの5.0g(ポリイミドシロキサンの質量に対して2000ppmに相当する水の量)を加えて撹拌しながら冷却してポリイミドシロキサン溶液(組成物)を得た。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)は、褐色透明の溶液であり、粘度安定性を確認したところ、30日後においても61Pa・sで一定であった。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)に、ポリイミドシロキサン100質量部に対してエポキシ化合物のエピコート157S70を1.0質量部、エポキシ化合物のYX4000HKを0.65質量部、微粉状シリカのアエロジル50を10.0質量部、タルクのSG−95を80.0質量部加えて、固形分濃度が60質量%になるようにトリグライムを添加し、均一に攪拌・混合して、熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物を得た。
この熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物は、チキソ比が3.2であり、粘度安定性を確認したところ、30日後においても26Pa・sでほぼ一定であった。
〔実施例3〕
容量500mLのガラス製のセパラブルフラスコに、a−BPDA 59.43g(202.0mmol)と、溶媒のトリグライム 170.0gとを加え、a−BPDAを室温において窒素ガスを通じながら溶解させた。80℃に昇温後、DAPSi 114.8g(140.0mmol)と、トリグライム 35.0gとを加え、1時間撹拌後昇温し、水を除去しながら170℃の温度で6時間撹拌し、引き続いてBAPP 20.69g(50.4mmol)と、トリグライム 35.0gとを加えて更に6時間撹拌し、前工程の重合・イミド化を完了した。
この反応混合液に、最後にDABA 1.46g(9.6mmol)と、トリグライム 30.0gとを加え12時間撹拌し、次いでトリグライムに水を添加したもの5.0g(ポリイミドシロキサンの質量に対して2000ppmに相当する水の量)を加えて撹拌しながら冷却してポリイミドシロキサン溶液(組成物)を得た。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)は、褐色透明の溶液であり、粘度安定性を確認したところ、30日後においても11Pa・sで一定であった。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)に、ポリイミドシロキサン100質量部に対してエポキシ化合物のエピコート157S70を1.0質量部、エポキシ化合物のYX4000HKを0.65質量部、微粉状シリカのアエロジル50を10.0質量部、タルクのSG−95を80.0質量部加えて、固形分濃度が40質量%になるようにトリグライムを添加し、均一に攪拌・混合して、熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物を得た。
この熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物は、チキソ比が1.7であり、粘度安定性を確認したところ、30日後においても16Pa・sでほぼ一定であった。
〔比較例1〕
容量500mLのガラス製のセパラブルフラスコに、a−BPDA 59.43g(202.0mmol)と、溶媒のトリグライム 170.0gとを加え、a−BPDAを室温において窒素ガスを通じながら溶解させた。80℃に昇温後、DAPSi 114.8g(140.0mmol)と、トリグライム 30.0gとを加え、さらにBAPP 12.32g(30.0mmol)とDABA 4.56g(30.0mmol)とトリグライム 70.0gとを加え、1時間攪拌後昇温し、水を除去しながら170℃の温度で12時間撹拌して重合・イミド化を完了し、次いでトリグライムに水を添加したもの5.0g(ポリイミドシロキサンの質量に対して2000ppmに相当する水の量)を加えて撹拌しながら冷却してポリイミドシロキサン溶液(組成物)を得た。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)は、濁りが見られ、粘度安定性を確認したところ、1日後に12Pa・sの粘度が30日後には25Pa・sに増粘した。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)に、ポリイミドシロキサン100質量部に対してエポキシ化合物のエピコート157S70を1.0質量部、エポキシ化合物のYX4000HKを0.65質量部、微粉状シリカのアエロジル50を10.0質量部、タルクのSG−95を80.0質量部加えて、固形分濃度が50質量%になるようにトリグライムを添加し、均一に攪拌・混合して、熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物を得た。
この熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物は、チキソ比が2.4であり、粘度安定性を確認したところ、1日後に20Pa・sの粘度が30日後には40Pa・sに増粘した。
〔比較例2〕
容量500mLのガラス製のセパラブルフラスコに、a−BPDA 59.43g(202.0mmol)と、溶媒のトリグライム 170.0gとを加え、a−BPDAを室温において窒素ガスを通じながら溶解させた。80℃に昇温後、DAPSi 114.8g(140.0mmol)と、トリグライム 30.0gとを加え、1時間撹拌後昇温し、水を除去しながら170℃の温度で6時間撹拌し、引き続いてBAPP 12.32g(30.0mmol)と、DABA 4.56g(30.0mmol)と、トリグライム 70.0gとを加え12時間撹拌して重合・イミド化を完了し、次いでトリグライムに水を添加したもの5.0g(ポリイミドシロキサンの質量に対して2000ppmに相当する水の量)を加えて撹拌しながら冷却してポリイミドシロキサン溶液(組成物)を得た。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)は、褐色透明の溶液であり、粘度安定性を確認したところ、1日後に9Pa・sの粘度が30日後には19Pa・sに増粘した。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)に、ポリイミドシロキサン100質量部に対してエポキシ化合物のエピコート157S70を1.0質量部、エポキシ化合物のYX4000HKを0.65質量部、微粉状シリカのアエロジル50を10.0質量部、タルクのSG−95を80.0質量部加えて、固形分濃度が50質量%になるようにトリグライムを添加し、均一に攪拌・混合して、熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物を得た。
この熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物は、チキソ比が2.2であり、粘度安定性を確認したところ、1日後に19Pa・sの粘度が30日後には35Pa・sに増粘した。
〔比較例3〕
容量500mLのガラス製のセパラブルフラスコに、a−BPDA 61.79g(210.0mmol)と、溶媒のトリグライム 172.5gとを加え、a−BPDAを室温において窒素ガスを通じながら溶解させた。80℃に昇温後、DAPSi 122.24g(145.0mmol)と、トリグライム 40.0gとを加え、さらにBAPP 13.59g(33.0mmol)とMBAA 8.29g(29.0mmol)と、トリグライム 80.0gとを加え1時間攪拌後昇温し、水を除去しながら170℃の温度で12時間撹拌し重合・イミド化を完了し、次いでトリグライムに水を添加したもの5.0g(ポリイミドシロキサンの質量に対して2000ppmに相当する水の量)を加えて撹拌しながら冷却してポリイミドシロキサン溶液(組成物)を得た。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)は、濁りが見られ、粘度安定性を確認したところ、1日後に13Pa・sの粘度が30日後には25Pa・sに増粘した。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)に、ポリイミドシロキサン100質量部に対してエポキシ化合物のエピコート157S70を1.0質量部、エポキシ化合物のYX4000HKを0.65質量部、微粉状シリカのアエロジル50を10.0質量部、タルクのSG−95を80.0質量部加えて、固形分濃度が50質量%になるようにトリグライムを添加し、均一に攪拌・混合して、熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物を得た。
この熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物は、チキソ比が2.1であり、粘度安定性を確認したところ、1日後に18Pa・sの粘度が30日後には30Pa・sに増粘した。
〔比較例4〕
容量500mLのガラス製のセパラブルフラスコに、a−BPDA 59.43g(202.0mmol)と、溶媒のトリグライム 170.0gとを加え、a−BPDAを室温において窒素ガスを通じながら溶解させた.80℃に昇温後、DAPSi 114.8g(140.0mmol)と、トリグライム 35.0gとを加え,1時間撹拌後昇温し、水を除去しながら170℃の温度で6時間撹拌し、引き続いてDABA 4.56g(30.0mmol)と,トリグライム 35.0gとを加えて更に6時間撹拌し、前工程の重合・イミド化を完了した。
この反応混合液に、最後にBAPP 12.32g(30.0mmol)と,トリグライム 30.0gとを加え12時間撹拌し、次いでトリグライムに水を添加したもの5.0g(ポリイミドシロキサンの質量に対して2000ppmに相当する水の量)を加えて撹拌しながら冷却してポリイミドシロキサン溶液(組成物)を得た。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)は、褐色透明の溶液であり、粘度安定性を確認したところ、1日後に19Pa・sの粘度が30日後には28Pa・sに増粘した。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)に、ポリイミドシロキサン100質量部に対してエポキシ化合物のエピコート157S70を1.0質量部、エポキシ化合物のYX4000HKを0.65質量部、微粉状シリカのアエロジル50を10.0質量部、タルクのSG−95を80.0質量部加えて、固形分濃度が50質量%になるようにトリグライムを添加し、均一に攪拌・混合して、熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物を得た。
この熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物は、チキソ比が2.0であり、粘度安定性を確認したところ、1日後に25Pa・sの粘度が30日後には40Pa・sに増粘した。
〔比較例5〕
容量500mlのガラス製のセパラブルフラスコに、a−BPDA 61.79g(210.0mmol)と、溶媒のトリグライム 103.3gとを加え、a−BPDAを室温において窒素ガスを通じながら溶解させた。80℃に昇温後、DAPSi 122.24g(145mmol)と、トリグライム 30gとを加え、1時間攪拌後昇温し、水を除去しながら170℃の温度で1時間撹拌し、引き続いてBAPP 13.59g(33.0mmol)と、MBAA 8.29g(29.0mmol)と、トリグライム 60.0gとを加えて更に20時間撹拌して重合・イミド化を完了し、次いでトリグライムに水を添加したもの5.0g(ポリイミドシロキサンの質量に対して2000ppmに相当する水の量)を加えて撹拌しながら冷却してポリイミドシロキサン溶液(組成物)を得た。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)は、褐色透明の溶液であり、粘度安定性を確認したところ、1日後に55Pa・sの粘度が30日後には60Pa・sに増粘した。
このポリイミドシロキサン溶液(組成物)に、ポリイミドシロキサン100質量部に対してエポキシ化合物のエピコート157S70を1.0質量部、エポキシ化合物のYX4000HKを0.65質量部、微粉状シリカのアエロジル50を10.0質量部、タルクのSG−95を80.0質量部加えて、固形分濃度が60質量%になるようにトリグライムを添加し、均一に攪拌・混合して、熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物を得た。
この熱硬化性のポリイミドシロキサン組成物は、チキソ比が3.2であり、粘度安定性を確認したところ、1日後に28Pa・sの粘度が30日後には38Pa・sに増粘した。
以上の例について、製造方法の特徴(アミン成分の反応順序)や得られた溶液組成物の評価結果を表1に示した。この結果から、明らかに本発明の製造方法で得られたポリイミドシロキサン溶液組成物は、より改良された長期間の粘度安定性を有することが分かる。
なお、カルボン酸当量(極性基当量)は、本発明のポリイミドシロキサン溶液組成物を硬化性の溶液組成物とした場合に、その硬化性の溶液組成物が硬化するときの架橋密度の指標となるものであり、2500〜15000の範囲であることが充分な硬化特性(例えば耐溶剤性の発現)を与え、且つ硬化収縮を好適に制御できる(硬化時の反りなどを好適に制御できる)範囲であるので好適である。本発明では、前記の好適なカルボン酸当量(極性基当量)の範囲を含む、カルボン酸(極性基)の密度が高いところから低いところまで(カルボン酸当量すなわち極性基当量が小さいところから大きなところまで)広範囲に亘って、より改良された長期間の粘度安定性を達成している。
また、印刷特性として重要なチキソ比も良好である。
さらに、前記の実施例や比較例において、ポリイミドシロキサン溶液組成物の製造の最終段階で、溶媒に少量の水を添加したものを反応混合液に加えて撹拌しながら冷却したのは、本発明のようなポリイミドシロキサンの重合・イミド化反応には極性基を有するジアミンを始め種々の極性が高い成分が関与しているので、擬似的に反応混合液が高粘度化して攪拌などの制御が難しくなるのを防止するためである。限定するものではないが、テトラカルボン酸成分と、極性基を有するジアミンを含有するジアミン成分とを重合・イミド化するポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法において、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とを重合・イミド化し、その最終段階(重合・イミド化の最終段階または終了後)において、溶液粘度を制御するために、100℃以上の高温でポリイミドシロキサンに対して質量で500ppm〜5000ppm程度の水を加えることが好適である。
Figure 0005849700
表中、ポリイミドシロキサン溶液(組成物)の固形分濃度は、フィラー等の添加物を含まないポリマー成分の濃度を表し、熱硬化性のポリイミドシロキサン溶液組成物中の固形分濃度は、フィラー等の添加物を含むすべての固形分の濃度を表す。
本発明によって、より改良された長期間の粘度安定性を有するポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法、及びポリイミドシロキサン溶液組成物を得ることができる。

Claims (7)

  1. 溶媒中、テトラカルボン酸成分と、(a)ジアミノポリシロキサン、(b)カルボキシル基を有するジアミン、及び(c)前記以外の他のジアミンからなるジアミン成分とを重合・イミド化するポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法において、
    テトラカルボン酸成分と、(b)カルボキシル基を有するジアミン以外のジアミン成分とを重合・イミド化して得られた反応混合液に、最後に(b)カルボキシル基を有するジアミンを加えて重合・イミド化することを特徴とするポリイミドシロキサン溶液組成物の製造方法。
  2. 得られるポリイミドシロキサン溶液組成物の固形分濃度が、20質量%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シロキサン溶液組成物の製造方法。
  3. (c)他のジアミンが、複数のベンゼン環を有する芳香族ジアミンで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シロキサン溶液組成物の製造方法。
  4. テトラカルボン酸成分と、(a)ジアミノポリシロキサン、(b)カルボキシル基を有するジアミン、及び(c)前記以外の他のジアミンからなるジアミン成分とを重合・イミド化したポリイミドシロキサンと、溶媒のトリグライムとを含むポリイミドシロキサン溶液組成物であって、
    前記ポリイミドシロキサン溶液組成物中のポリイミドシロキサンの固形分濃度が30〜60質量%であり、
    前記ポリイミドシロキサン溶液組成物を製造後25℃に放置したとき、1日経過後の粘度と比較して、30日経過後の粘度の変化率が±9%未満であることを特徴とするポリイミドシロキサン溶液組成物。
  5. テトラカルボン酸成分と、(a)ジアミノポリシロキサン、(b)カルボキシル基を有するジアミン、及び(c)前記以外の他のジアミンからなるジアミン成分とを重合・イミド化したポリイミドシロキサンと、溶媒のトリグライムとを含むポリイミドシロキサン溶液組成物であって、
    前記ポリイミドシロキサン溶液組成物中のポリイミドシロキサンの固形分濃度が30〜60質量%であり、
    前記ポリイミドシロキサン溶液組成物を製造後25℃に放置したとき、1日経過後の粘度と比較して、30日経過後の粘度の変化の絶対値が5Pa・s未満であることを特徴とするポリイミドシロキサン溶液組成物。
  6. 請求項4または5に記載のポリイミドシロキサン溶液組成物、および硬化性樹脂を含有することを特徴とする硬化性のポリイミドシロキサン溶液組成物。
  7. 前記硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、多価イソシアネート、フェノール樹脂、およびグアナミン樹脂からなる群より選ばれることを特徴とする請求項記載の硬化性のポリイミドシロキサン溶液組成物。
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