JP5915090B2 - ポリイミド積層体の製造方法、ポリイミド膜の製造方法、及びポリイミド前駆体溶液組成物 - Google Patents
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(1) 基材表面にポリイミド前駆体溶液組成物からなる塗膜を形成して、基材とポリイミド前駆体溶液組成物とからなる積層体を得、さらに前記基材とポリイミド前駆体溶液組成物とからなる積層体を加熱処理して、基材表面に膜厚が60μm以上、好ましくは100μm以上、より好ましくは130μm以上、さらに好ましくは150μm以上であり、1000μm以下、好ましくは700μm以下、より好ましくは400μm以下、更に好ましくは300μm以下のポリイミド膜が形成されたポリイミド積層体の製造方法において、ポリイミド前駆体溶液組成物が、有機溶媒中に少なくともポリイミド前駆体とポリイミド微粒子とを含有し、且つJIS K5600−2−5に基づくポリイミド微粒子の分散度が40μm以下であることを特徴とするポリイミド積層体の製造方法。
ポリイミド前駆体溶液組成物が、有機溶媒中に少なくともポリイミド前駆体とポリイミド微粒子とを含有し、且つJIS K5600−2−5に基づくポリイミド微粒子の分散度が40μm以下であることを特徴とするポリイミド積層体の製造方法に関する。
なお、結晶性が高く、優れた耐熱性、機械強度を有するポリイミドを得る観点から、ポリイミド前駆体のジアミン成分は、それが主鎖に導入されたときに、オルト位に主鎖結合を有する芳香族環を形成しないこと、つまりパラ位もしくはメタ位のみに主鎖結合を有する芳香族環であることが好適である。
アミド酸オリゴマーも同様の操作によって好適に得ることができる。
有機溶媒としては、ポリアミド酸を溶解する溶媒であれば限定されないが、例えばN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、クレゾール、ジメチルスルホキシド、N−メチルカプロラクタム、メチルトリグライム、メチルジグライム、スルホランなどの有機極性溶媒を好適に用いることができる。これらの溶媒は、ポリアミド酸をポリイミド換算した固形分濃度が5〜40質量%、好ましくは8〜35質量%、より好ましくは10〜30質量%の濃度で好適に用いられる。固形分濃度を5質量%未満にすると多量の溶媒を使用するので経済的でなくなり、固形分濃度が40質量%を越えると室温では高粘度になって基材に塗布する際のハンドリング等が難しくなる傾向がある。
また、本発明のポリイミド前駆体は、ポリイミド前駆体溶液組成物の有機溶媒に可溶であるが、一方、ポリイミド前駆体から得られるポリイミドは、好ましくは結晶性が高くて耐熱性、耐溶剤性、機械的特性が優れるものである。このようなポリイミドは、ポリイミド前駆体溶液組成物の有機溶媒には不溶である。なお、本発明において、ポリイミド前駆体から得られるポリイミドがポリイミド前駆体溶液組成物の有機溶媒に不溶であるとは、100mLのN−メチル−2−ピロリドンに対して、0〜180℃の温度範囲において、1g以上溶解しないこととする。
ポリイミド微粒子としては、従来公知のポリイミド微粒子を特に限定することなく好適に用いることができるが、より耐熱性などの特性が優れたポリイミド膜を得るうえで、芳香族ポリイミド微粒子を用いるのが好適である。
また、ポリイミド微粒子は、従来公知の方法で容易に得ることができる。したがって特に限定されないが、例えば予め調製したポリアミド酸溶液をポリアミド酸に対する溶解性が低い溶媒中で微粉末として析出させた後で加熱処理してポリイミド微粉末を得ても構わない。また、ポリイミドに対する溶解性が低い溶媒中でテトラカルボン酸成分とジアミン成分とを、ポリアミド酸のアミド結合とカルボキシル基が容易にイミド化する100℃以上、好ましくは150℃以上の温度条件で0.1時間〜数十時間撹拌しながら反応させて、ポリイミド微粉末として析出させる方法によっても好適に得ることができる。
ポリイミド微粒子の分散度を高めるためには、従来公知の方法を好適に用いることができるが、通常はビーズミル、ボールミル、プラネタリーミキサー、ディゾルバー、ニーダー、3本ロールミルなどを用いた分散を、好ましくは複数回行なう方法によって分散度を高めることが好適である。特に3本ロールミルが、高粘度のものでも分散を高められるので、適当である。
<分散度>
使用装置:グラインドメーターGWO−100(太佑機材株式会社製)
グラインドゲージ(グラインドメーター)の測定レンジを0−100μmとし、JIS K5600−2−5に準じた手順にて測定を行なった。評価は、粒状痕が検出される最大の目盛り(溝の深さ)が、10〜20μm、20〜30μm、30〜40μm・・・90〜100μmのどの区間に生じるかを目視で観察し、その区間の上限値以下とした。すなわち、例えば最大の粒状痕が30〜40μm区間で観察される場合には、分散度40μm以下と評価した。
得られた積層体のポリイミド膜(寸法:250mm×250mm)を目視で観察し、発泡、ひび割れ、欠け、穴、粉化などが観察されない場合を○とした。また発泡、ひび割れ、欠け、穴、粉化などが観察された場合を×とした。
得られた積層体から剥離したポリイミド膜を、幅10cm×長さ20cmの大きさに切り出し、それを長さ方向に直径6cmの丸棒に巻きつけて、ポリイミド膜を目視で観察した。割れが見られない場合を○、割れが生じていた場合を×とした。
試料溶液(その質量をw1とする)を、熱風乾燥機中120℃で10分間、250℃で10分間、次いで350℃で30分間加熱処理して、加熱処理後の質量(その質量をw2とする)を測定する。固形分濃度[質量%]は、次式によって算出した。
固形分濃度[質量%]=(w2/w1)×100
トキメック社製E型粘度計を用いて30℃,1rpmで測定した。
攪拌機、窒素ガス導入・排出管を備えた内容積1000mLのガラス製の反応容器に、溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略記することもある)426.00gを用い、水2.13gの存在下で、パラフェニレンジアミン(以下、PPDと略記することもある)29.21g(0.27モル)と3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(以下、s−BPDAと略記することもある)79.43g(0.27モル)を、撹拌下、窒素雰囲気中、温度50℃で13時間反応させることによって固形分濃度が18質量%、溶液粘度が6Pa・sのポリアミド酸溶液Aを得た。
4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(以下、DADEと略記することがある)52.68g(0.26モル)とs−BPDA77.37g(0.26モル)を用い、溶媒のNMP等の量を調節した以外はポリイミド前駆体溶液の調製1と同様にして、固形分濃度が18質量%、溶液粘度が3Pa・sのポリアミド酸溶液Bを得た。
攪拌機、還流冷却器(水分離器付き)、温度計、窒素導入管を備えた容量500mLの円筒形フラスコに、溶媒としてNMP343.00gを入れ、s−BPDA90.00g(0.31モル)とPPD33.10g(0.31モル)を加えて撹拌溶解した。次いで、200℃に昇温させて、水を分離しながら、イミド化反応を行わせ、ポリイミド粉末を析出させた。析出したポリイミド粉末を濾別し、熱水洗浄及び脱水乾燥させた。得られたポリイミド粉末を粉砕した後、真空乾燥させ、平均粒径12μmポリイミド微粒子Aを得た。
s−BPDA50.00g(0.17モル)とDADE34.00g(0.17モル)を用い、溶媒のNMP等の量を調節した以外はポリイミド微粒子の調製1と同様にして、平均粒径12μmポリイミド微粒子Bを得た。
ポリアミド酸溶液A100gにポリイミド微粒子B20gを混ぜた混合物を、3本ロール(株式会社小平製作所製、RIII−1R−2)を2回掛けし、分散度を高めたインク状混合物を得た。このインク状混合物の分散度は40μm以下であった。このインク状混合物を、寸法が320mm×320mm×5mmのガラス基材上にアプリケーターを用いて製膜したのち、オーブンにて120℃にて60分、150℃にて30分、200℃にて10分、250℃にて10分、350℃にて10分加熱処理して、ガラス基材に厚さが114μmのポリイミド膜を形成したポリイミド積層体を得た。
ポリイミド膜の製膜状態は○、また積層体からポリイミド膜を剥がして可撓性を評価したところ○であった。
以上の結果を表1に示した。
ポリイミド微粉末Bの混入量を50gにしたこと以外は、実施例1と同様の操作を行なってポリイミド積層体を得た。
ポリイミド膜の製膜状態は○、また積層体からポリイミド膜を剥がして可撓性を評価したところ○であった。
以上の結果を表1に示した。
ポリイミド微粉末Bの代わりにポリイミド微粉末Aを用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を行なってポリイミド積層体を得た。
ポリイミド膜の製膜状態は○、また積層体からポリイミド膜を剥がして可撓性を評価したところ○であった。
以上の結果を表1に示した。
ポリアミド酸溶液Aの代わりにポリアミド酸溶液Bを用い、ポリイミド微粉末Bの混入量を10gにしたこと以外は、実施例1と同様の操作を行なってポリイミド積層体を得た。
ポリイミド膜の製膜状態は○、また積層体からポリイミド膜を剥がして可撓性を評価したところ○であった。
以上の結果を表1に示した。
ポリアミド酸溶液Aの代わりにポリアミド酸溶液Bを用いたこと以外は、実施例2と同様の操作を行なってポリイミド積層体を得た。
ポリイミド膜の製膜状態は○、また積層体からポリイミド膜を剥がして可撓性を評価したところ○であった。
以上の結果を表1に示した。
ポリイミド微粉末Bの代わりにポリイミド微粉末Aを用いたこと以外は、実施例4と同様の操作を行なってポリイミド積層体を得た。
ポリイミド膜の製膜状態は○、また積層体からポリイミド膜を剥がして可撓性を評価したところ○であった。
以上の結果を表1に示した。
ポリアミド酸溶液A100gにポリイミド微粒子B20gを混ぜて、3本ロール掛けを行なうことなしに、混合物を得た。この混合物の分散度は40μm超であった。この混合物を用いて実施例と同様の操作を行なってポリイミド積層体を得た。
ポリイミド膜の製膜状態は×、また積層体からポリイミド膜を剥がして可撓性を評価したところ×であった。
以上の結果を表1に示した。
ポリアミド酸溶液Aの代わりにポリアミド酸溶液Bを用いたこと以外は、比較例1と同様の操作を行なってポリイミド積層体を得た。
ポリイミド膜の製膜状態は×、また積層体からポリイミド膜を剥がして可撓性を評価したところ×であった。
以上の結果を表1に示した。
Claims (4)
- 基材表面にポリイミド前駆体溶液組成物からなる塗膜を形成して、基材とポリイミド前駆体溶液組成物とからなる積層体を得、さらに前記基材とポリイミド前駆体溶液組成物とからなる積層体を加熱処理して、基材表面に膜厚が60μm以上のポリイミド膜が形成されたポリイミド積層体の製造方法において、
ポリイミド前駆体溶液組成物が、有機溶媒中に少なくともポリイミド前駆体とポリイミド微粒子とを含有し、
ポリイミド前駆体が、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とp−フェニレンジアミンとからなるポリアミド酸であり、
ポリイミド微粒子が、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とp−フェニレンジアミンまたは4,4’−ジアミノジフェニルエーテルとからなり、且つJIS K5600−2−5に基づくポリイミド微粒子の分散度が40μm以下であることを特徴とするポリイミド積層体の製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法で製造されたポリイミド積層体から、ポリイミド膜を剥離して得られることを特徴とするポリイミド膜の製造方法。
- 有機溶媒中に少なくともポリイミド前駆体とポリイミド微粒子とを含有し、
ポリイミド前駆体が、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とp−フェニレンジアミンとからなるポリアミド酸であり、
ポリイミド微粒子が、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とp−フェニレンジアミンまたは4,4’−ジアミノジフェニルエーテルとからなり、且つJIS K5600−2−5に基づくポリイミド微粒子の分散度が40μm以下であることを特徴とするポリイミド前駆体溶液組成物。 - 有機溶媒が含窒素系溶媒であることを特徴とする請求項3に記載のポリイミド前駆体溶液組成物。
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