JP6683863B2 - ポリイミド系樹脂粉体およびポリイミド系樹脂粉体の製造方法 - Google Patents

ポリイミド系樹脂粉体およびポリイミド系樹脂粉体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ポリイミド系樹脂粉体およびポリイミド系樹脂粉体の製造方法に関する。
現在、液晶表示装置や有機EL表示装置等の画像表示装置は、テレビのみならず、携帯電話やスマートウォッチといった種々の用途で広く活用されている。こうした用途の拡大に伴い、フレキシブル特性を有する画像表示装置(フレキシブルディスプレイ)が求められている。
画像表示装置は、液晶表示素子または有機EL表示素子等の表示素子の他、偏光板や位相差板および前面板等の構成部材から構成される。フレキシブルディスプレイを達成するためには、これら全ての構成部材が柔軟性を有する必要がある。
これまで前面板としてはガラスが用いられている。ガラスは、透明度が高く、ガラスの種類によっては高硬度を発現できる反面、非常に剛直であり、割れやすいため、フレキシブルディスプレイの前面板材料としての利用は難しい。
そのため、ガラスに代わる材料として高分子材料の活用が検討されている。高分子材料からなる前面板はフレキシブル特性を発現し易いため、種々の用途に用いることが期待できる。柔軟性を有する樹脂としては種々のものが挙げられるが、例えばポリイミド系樹脂がある。
ポリイミド系樹脂を使用して、例えばフィルムなどの高分子材料を製造する際、輸送時に容積を少なくすることができる観点からポリイミド系樹脂を粉体として製造し、該粉体を製膜場所まで輸送し、該粉体を用いて調製されたポリイミド系樹脂のワニスを用いて製膜が行われている。このようなポリイミド系樹脂の粉体の例として、特許文献1には、特定の比表面積、溶解度を有するポリイミド粉体が開示されている。
特許第5833783号公報
フレキシブルディスプレイ等の光学部材として使用される高分子材料には、高い屈曲耐性が求められる。本発明者の検討によれば、高い屈曲耐性を達成するためには、例えば高い重量平均分子量を有するポリイミド系樹脂を用いることが考えられる。ここで、特許文献1には、固相重合法によるポリイミド粉体の製造方法が記載されているが、特許文献1に記載される方法では、十分に高い重量平均分子量を有するポリイミド粉体を製造することができず、このような粉体を用いる場合には最終的な高分子材料の屈曲耐性が十分でないことがわかった。したがって、高分子量のポリイミド系樹脂を含む高分子材料を製造するに適した、粉体としての取り扱い性が良く、ワニス等を製造する際には溶媒への溶解性が高い、ポリイミド系樹脂粉体に対する要求はなお存在する。
したがって、本発明の目的は、高い重量平均分子量を有し、粉体の取り扱い性がよく、溶媒への溶解性が高いポリイミド系樹脂の粉体、および、該粉体の製造方法を提供することである。
本発明者は、上記課題を解決すべく、ポリイミド系樹脂の分子量およびポリイミド系樹脂粉体の製造条件に着目し、鋭意検討を行った。その結果、比表面積が10m/g以下であり、かつ、重量平均分子量が100,000以上である、非晶性ポリイミド系樹脂粉体によって、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の好適な態様を含む。
〔1〕比表面積が10m/g以下であり、かつ、重量平均分子量が100,000以上である、非晶性ポリイミド系樹脂粉体。
〔2〕安息角が45°以下である、前記〔1〕に記載のポリイミド系樹脂粉体。
〔3〕タップ密度が0.3〜0.6g/cmである、前記〔1〕または〔2〕に記載のポリイミド系樹脂粉体。
〔4〕L表色系に基づく色差測定において、L≧90、−10≦a≦10、および−10≦b≦10を満たす、前記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のポリイミド系樹脂粉体。
〔5〕前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のポリイミド系樹脂粉体の製造方法であって、ポリイミド系樹脂が良溶媒中に溶解した溶液を前記ポリイミド系樹脂に対する少なくとも2種の貧溶媒と接触させることを含み、前記ポリイミド系樹脂の溶液と第1の貧溶媒とを接触させる工程、および、前記工程で得られた溶液に第2の貧溶媒を添加する工程を含む、製造方法。
〔6〕〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のポリイミド系樹脂粉体を用いて形成される光学フィルム。
〔7〕〔6〕記載の光学フィルムを備えるフレキシブルディスプレイ。
〔8〕タッチセンサをさらに備える、〔7〕に記載のフレキシブルディスプレイ。
〔9〕偏光板をさらに備える、〔7〕または〔8〕に記載のフレキシブルディスプレイ。
本発明によれば、高い重量平均分子量を有し、粉体の取り扱い性がよく、溶媒への溶解性が高いポリイミド系樹脂の粉体を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明の範囲はここで説明する実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更をすることができる。
本発明の非晶性ポリイミド系樹脂粉体(以下において、「本発明のポリイミド系樹脂粉体」とも称する)は、比表面積が10m/g以下であり、かつ、重量平均分子量が100,000以上である、非晶性のポリイミド系樹脂粉体である。
本発明のポリイミド系樹脂粉体の比表面積は、10m/g以下である。ポリイミド系樹脂粉体の比表面積が10m/gを超える場合、粒子表面の微細な凹凸が増えることにより、粒子の流動性が低下する。そのため、粒子同士が凝集しやすくなり、ポリイミド系樹脂粉体の取り扱い性が悪くなる。ポリイミド系樹脂粉体の取り扱い性を高めやすい観点からは、ポリイミド系樹脂粉体の比表面積は、好ましくは5m/g以下、より好ましくは3m/g以下、さらに好ましくは1m/g以下である。また、溶解性の観点からは、ポリイミド系樹脂粉体の比表面積は、好ましくは0.01m/g以上、より好ましくは0.05m/g以上、さらに好ましくは0.1m/g以上である。なお、上記比表面積は、BET法により測定される比表面積であり、具体的には実施例に記載の方法により測定することができる。ポリイミド系樹脂粉体の比表面積を上記範囲にする方法としては、例えば、ポリイミド系樹脂を含む溶液を、ポリイミド系樹脂に対する少なくとも2種の貧溶媒と接触させることを含む粉体の製造方法が挙げられる。ポリイミド系樹脂に対する溶解度が異なる2種類の貧溶媒、言い換えると、ポリイミド系樹脂に対する析出性が異なる2種類の貧溶媒を用いることにより、まず始めに第1の貧溶媒との接触により粉体の核を析出させ、第2の貧溶媒により核が成長して粉体粒子となると考えられる。このようにして粉体を析出させることにより、比表面積が10m/g以下であって、滑らかな表面を有する粉体を、製造しやすい。なお、本発明は上記メカニズムに何ら限定されるものではなく、また、本発明のポリイミド系樹脂粉体は、その製造方法も何ら限定されない。
本発明のポリイミド系樹脂粉体の重量平均分子量は、100,000以上である。ポリイミド系樹脂粉体におけるポリイミド系樹脂の重量平均分子量が100,000未満である場合、ポリイミド系樹脂粉体を用いて製造される高分子材料の耐屈曲性が十分でない。高分子材料における耐屈曲性を高めやすい観点からは、ポリイミド系樹脂粉体の重量平均分子量は、好ましくは150,000以上、より好ましくは200,000以上、さらに好ましくは250,000以上、とりわけ好ましくは300,000以上である。ポリイミド系樹脂粉体の重量平均分子量は、ワニスの製造しやすさや、高分子材料を製造する際の製膜性の観点からは、好ましくは800,000以下、より好ましくは600,000以下、さらに好ましくは500,000以下、とりわけ好ましくは450,000以下である。上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定により測定される。測定条件としては、実施例に記載する条件を使用してよい。
本発明のポリイミド系樹脂粉体は、非晶性ポリイミド系樹脂粉体である。ポリイミド系樹脂が非晶性でない場合、例えばワニスの製造時において、ポリイミド系樹脂粉体を溶媒に溶解させる際の溶解性が悪くなる。本明細書においてポリイミド系樹脂が非晶性であるか否かは、広角X線回折測定により決定することができ、具体的には、広角X線回折測定において、結晶質に由来する回折ピークが検出されない場合、かかるポリイミド系樹脂は非晶性である。なお、広角X線回折の測定は、例えば実施例に記載する測定条件にて行うことができる。
本発明のポリイミド系樹脂粉体の安息角は、好ましくは45°以下、より好ましくは42°以下、さらに好ましくは40°以下であり、一般に20°以上である。安息角が上記の上限値以下である場合、粉体の流動性が良い。安息角の測定は、粉体特性評価装置(例えばホソカワミクロン(株)製パウダーテスターPT−X)を用いて行うことができ、例えば実施例に記載する方法により測定することができる。
本発明のポリイミド系樹脂粉体のタップ密度は、保管や移送時の容積効率の観点からは、好ましくは0.3g/cm以上、より好ましくは0.33g/cm以上、さらに好ましくは0.36g/cm以上である。また、ポリイミド系樹脂粉体が自重で圧密化してほぐれにくくなることから、該タップ密度は、好ましくは0.6g/cm以下、より好ましくは0.55g/cm以下、さらに好ましくは0.5g/cm以下である。タップ密度の測定は、例えばJIS K 7370:2000に準拠した方法や実施例に記載する方法により測定することができる。タップ密度の測定には、例えば、(株)セイシン企業製のタップデンサー(KYT−5000)のような装置を用いてもよい。
本発明のポリイミド系樹脂粉体は、L表色系に基づく色差測定(JIS Z 8781−4:2013に準拠)において、L≧90、−10≦a≦10、および−10≦b≦10を満たすことが好ましい。上記色差測定におけるLは、最終的に得られる高分子材料の透明性、視認性を高めやすい観点から、好ましくは90以上、より好ましくは93以上、さらに好ましくは95以上である。Lの上限は特に限定されず、100以下であればよい。上記色差測定におけるaは、赤みの指標を表し、ポリイミド系樹脂粉体を用いて形成されるフィルム等における視認性を高めやすい観点から、好ましくは−10以上10以下、より好ましくは−7以上7以下、さらに好ましくは−5以上5以下である。上記色差測定におけるbは、青みの指標を表し、ポリイミド系樹脂粉体を用いて形成されるフィルム等における視認性を高めやすい観点から、好ましくは−10以上10以下、より好ましくは−5以上10以下、さらに好ましくは−3以上7以下である。上記色差は、色差計を用いて測定することができ、例えば実施例に記載する方法により測定することができる。
本発明のポリイミド系樹脂粉体の粒度分布については、溶媒に溶解させる際の溶解速度の観点から、d50が、好ましくは20〜800μm、より好ましくは50〜500μm、さらに好ましくは100〜300μmである。粒度分布は、粒度分析計を用いて測定することができ、例えば実施例に記載する方法により測定することができる。粉体の飛散性の観点からは、d10が、好ましくは5〜500μm、より好ましくは30〜300μm、さらに好ましくは70〜200μmである。また、ダマの発生を抑制する観点からは、d90が、好ましくは50〜1,000μm、より好ましくは100〜700μm、さらに好ましくは200〜500μmである。
(ポリイミド系樹脂粉体の製造方法)
本発明のポリイミド系樹脂粉体は、ポリイミド系樹脂が良溶媒中に溶解した溶液を前記ポリイミド系樹脂に対する少なくとも2種の貧溶媒と接触させることを含み、前記ポリイミド系樹脂の溶液と第1の貧溶媒とを接触させる工程、および、前記工程で得られた溶液に第2の貧溶媒を添加する工程を含む製造方法により、製造することができる。本発明は上記製造方法も提供する(以下において上記製造方法を、「本発明の製造方法」とも称する)。
本発明の製造方法は、ポリイミド系樹脂が良溶媒中に溶解した溶液を前記ポリイミド系樹脂に対する少なくとも2種の貧溶媒と接触させることを含み、まず、前記ポリイミド系樹脂の溶液と第1の貧溶媒とを接触させる工程を含む。ポリイミド系樹脂が良溶媒中に溶解した溶液は、ポリイミド系樹脂が良溶媒中に溶解した溶液である。
前記溶液は、モノマーを溶媒(特にポリイミド系樹脂に対する良溶媒)中で重合させて得た反応溶液であってもよいし、単離したポリイミド系樹脂を良溶媒に溶解させて得た溶液であってもよい。ポリイミド系樹脂溶液を製造しやすい観点からは、モノマーの重合反応を後述する良溶媒中で行い、得られた反応溶液をポリイミド系樹脂溶液として用いることが好ましい。
ポリイミド系樹脂溶液に含まれる良溶媒は、ポリイミド系樹脂を溶解させやすい溶媒であり、例えばポリイミド系樹脂に対する室温(20〜30℃)での溶解度が1質量%以上の溶媒をいう。ポリイミド系樹脂溶液に含まれる良溶媒は、1種類の溶媒であってもよいし、2種以上の溶媒の混合物であってもよい。良溶媒としては、例えば、アセトン、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、γ−ブチロラクトン(GBL)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)が挙げられる。良溶媒のポリイミド系樹脂に対する溶解度は、容積効率の観点から、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上である。良溶媒のポリイミド系樹脂に対する溶解度の上限は特に限定されないが、貧溶媒の使用量を削減できる観点からは、好ましくは40質量%以下、より好ましくは25質量%以下である。
ポリイミド系樹脂溶液における良溶媒の含有量は、操作上、扱いやすい粘度に調整しやすい観点から、ポリイミド系樹脂溶液の総量に対して好ましくは60質量%以上、より好ましくは75質量%以上である。また、ポリイミド系樹脂溶液における良溶媒の含有量は、貧溶媒の使用量を削減できる観点から、ポリイミド系樹脂溶液の総量に対して好ましくは98質量%以下、より好ましくは95質量%以下である。
ポリイミド系樹脂溶液におけるポリイミド系樹脂の含有量は、容積効率の観点から、ポリイミド系樹脂溶液の総量に対して好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上である。また、ポリイミド系樹脂溶液におけるポリイミド系樹脂の含有量は、操作上、扱いやすい粘度に調整しやすい観点から、ポリイミド系樹脂溶液の総量に対して好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下である。
本発明の製造方法は、ポリイミド系樹脂が良溶媒中に溶解したポリイミド系樹脂溶液を、ポリイミド系樹脂に対する少なくとも2種の貧溶媒と接触させることを含む。
ポリイミド系樹脂に対する貧溶媒は、ポリイミド系樹脂を溶解させにくい溶媒であり、例えばポリイミド系樹脂に対する室温(20〜30℃)での溶解度が1質量%未満の溶媒をいう。貧溶媒は、1種類の溶媒であってもよいし、2種以上の溶媒の混合物であってもよい。貧溶媒としては、例えば、メタノール、2−プロパノール、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、トルエン、ヘキサン、水が挙げられる。
したがって、使用する溶媒が良溶媒であるか貧溶媒であるかは下記の方法で確認することができる。溶媒にポリイミド系樹脂を1質量%となるように加え、必要に応じて加熱・撹拌等することにより溶媒に樹脂を溶解させ、室温(20〜30℃)状態での溶液が均一に透明になっていれば該溶媒は良溶媒であると判断し、溶け残りが存在した場合や一度溶解した樹脂が析出した場合は、貧溶媒であると判断する。例えば本実施例においては、容器に溶媒を測りとり、撹拌し、そこに、1質量%になるようにポリイミド系樹脂を入れ、室温(24℃)で3時間撹拌を行った。その結果、溶液が均一に透明になっていれば良溶媒であり、溶け残りが存在した場合は貧溶媒であると判断した。
本発明の製造方法は、ポリイミド系樹脂が良溶媒中に溶解したポリイミド系樹脂溶液を、前記ポリイミド系樹脂に対する少なくとも2種の貧溶媒と接触させることを含む。ここで、少なくとも2種類の貧溶媒と接触させるとは、互いに異なる貧溶媒と少なくとも2回接触させることを意味する。以下において、少なくとも2種類の貧溶媒を、第1の貧溶媒および第2の貧溶媒と称し、説明する。なお、第1および第2の貧溶媒の他に、3種類以上の貧溶媒を用いてもよい。また、第1の貧溶媒との接触および第2の貧溶媒との接触の間に、第3の貧溶媒との接触が行われてもよいが、ポリイミド系樹脂溶液と接触させる貧溶媒が、ポリイミド系樹脂に対する溶解度が低くなる順序で接触させることが好ましい。
第1の貧溶媒および第2の貧溶媒は、ポリイミド系樹脂を溶解させにくい溶媒であり、それぞれ、1種類の溶媒であってもよいし、2種以上の溶媒の混合物であってもよい。第1の貧溶媒と第2の貧溶媒とは、それぞれが互いに異なる1種類の物質であってもよいし、一方が1種類の物質で、他方が2種以上の物質の混合物であってもよいし、両方が2種以上の物質の混合物であってもよい。なお、第1の貧溶媒および第2の貧溶媒が、互いに混合割合においてのみ異なる2種以上の物質の混合物であってもよい。ポリイミド系樹脂を析出させやすい観点からは、第1の貧溶媒および第2の貧溶媒は、溶解度が互いに異なる1種類の溶媒であることが好ましい。
本発明の製造方法は、具体的には、ポリイミド系樹脂の溶液と第1の貧溶媒とを接触させる工程、および、前記工程で得られた溶液に第2の貧溶媒を添加する工程を少なくとも含む。ここで、ポリイミド系樹脂が良溶媒中に溶解したポリイミド系樹脂の溶液に貧溶媒を添加すると、溶媒全体としてのポリイミド系樹脂の溶解度が下がることにより、溶解しきれなくなったポリイミド系樹脂が粉体として析出する。貧溶媒の添加による溶解度の変化速度が速い場合、ポリイミド系樹脂が固体化し析出する速度が速くなる。析出速度が速すぎると、ポリイミド系樹脂の粉体に触媒や残モノマーといった不純物が混入しやすくなる。また、ポリイミド系樹脂と良溶媒との親和性の高さに起因して、析出したポリイミド系樹脂中に良溶媒が包含され、ゴム状の混合物となり、粉体が得られない場合がある。ポリイミド系樹脂の溶液と第1の貧溶媒とを接触させる工程、および、第2の貧溶媒を添加する工程を少なくとも含む本発明の製造方法によれば、ポリイミド系樹脂粉体の析出速度をコントロールすることができ、析出するポリイミド系樹脂粉体中に溶媒が包含されることを抑制できるため、ポリイミド系樹脂粉体を効率的に製造することができる。
まず、ポリイミド系樹脂の溶液と第1の貧溶媒とを接触させる工程について説明する。ポリイミド系樹脂の溶液と第1の貧溶媒とを接触させる方法としては、これらが接触する限り特に限定されず、例えば、ポリイミド系樹脂溶液に第1の貧溶媒を添加する方法、または、第1の貧溶媒にポリイミド系樹脂溶液を添加する方法が挙げられる。粉体を得やすい観点からは、ポリイミド系樹脂の溶液と第1の貧溶媒とを接触させる工程を、第1の貧溶媒をポリイミド系樹脂の溶液に添加することにより行うことが好ましい。また、添加速度を調整しやすい観点から、滴下により添加を行うことがより好ましい。なお、ポリイミド系樹脂溶液中においては、少なくとも一部のポリイミド系樹脂が溶解した状態である限り、一部のポリイミド系樹脂が粉体として析出していてもよいし、全てのポリイミド系樹脂が溶解していてもよい。
次に、本発明の製造方法は、上記の工程で得られた溶液(以下において、「第1の貧溶媒と接触後のポリイミド系樹脂溶液」とも称する)に第2の貧溶媒を添加する工程を含む。第2の貧溶媒を添加することにより、ポリイミド系樹脂を析出させることができる。第2の貧溶媒を添加することによりポリイミド系樹脂を析出させやすい観点から、第2の貧溶媒のポリイミド系樹脂に対する溶解度は、第1の貧溶媒のポリイミド系樹脂に対する溶解度よりも低いことが好ましい。
第1の貧溶媒は、続く第2の貧溶媒を添加する工程においてポリイミド系樹脂を析出させやすい観点から、炭素数1〜4のアルコールを主成分とする溶媒であることが好ましい。なお、本明細書において、主成分とするとは、70質量%以上を占めることを意味する。第1の貧溶媒中の炭素数1〜4のアルコールの割合は、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上である。
第2の貧溶媒は、ポリイミド系樹脂を析出させやすい観点から、水を主成分とする溶媒であることが好ましい。第2の貧溶媒中の水の割合は、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上である。
第1の貧溶媒と接触後のポリイミド系樹脂溶液に第2の貧溶媒を添加してポリイミド系樹脂を析出させる工程について、第2の貧溶媒の添加速度(kg/分)と、第1の貧溶媒と接触後のポリイミド系樹脂溶液中の樹脂の量(kg)とは、関係式:
Figure 0006683863
を満たすことが好ましい。樹脂の量に対する第2の貧溶媒の添加速度を上記以下とすることで、ポリイミド系樹脂が析出する速度を制御することができ、樹脂が析出する際に良溶媒を包含することを防ぎやすい。その結果、粒子同士が密着して塊になるのを防止し、粉体を得られやすくなる。上記式により算出される値は、良溶媒の包含を防ぎながら粉体として析出させやすい観点から、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.5以下、さらに好ましくは0.3以下、特に好ましくは0.2以下である。上記式により算出される値の下限値は特に限定されないが、ポリイミド系樹脂粉体の製造効率の観点からは、通常0.01以上程度である。また、上記式における第1の貧溶媒と接触後のポリイミド系樹脂溶液中の樹脂の量は、第2の貧溶媒での樹脂析出時や、後述のポリイミド系樹脂組成物のろ過工程、ポリイミド系樹脂組成物の乾燥工程でのロスがない場合には、後述のポリイミド系樹脂組成物を乾燥させることにより得られるポリイミド系樹脂粉体の量と等しい。通常は、第1の貧溶媒と接触後のポリイミド系樹脂溶液中の樹脂の量≧乾燥後のポリイミド系樹脂粉体の量であるため、上記式を満たしているどうかは、第1の貧溶媒と接触後のポリイミド系樹脂溶液中の樹脂の量を、乾燥後のポリイミド系樹脂粉体の量に置き換えて計算することによっても確認できる。
第1の貧溶媒と接触させる工程で得られたポリイミド系樹脂の溶液に第2の貧溶媒を添加する工程について、第2の貧溶媒の添加方法は特に限定されない。添加速度を調整しやすく、貧溶媒の局所的な濃度上昇を抑制しやすい観点からは、滴下により添加を行うことがより好ましい。ポリイミド系樹脂の溶液に添加された第2の貧溶媒に関し、添加方法にもよるが、添加直後は局所的に貧溶媒の濃度が高い部分が生じ、その後ポリイミド系樹脂の溶液全体に広がる。第2の貧溶媒の濃度が局所的に高くなりすぎると、局所的にポリイミド系樹脂粉体が急激に析出し、ポリイミド系樹脂粉体に不純物が混入しやすくなったり、固体化したポリイミド系樹脂が溶媒を包含したりすることにより粉体を得にくくなる場合がある。そのため、できるだけ局所的な析出が生じないように添加方法や添加速度を選択することが、効率的に高い精度でポリイミド系樹脂粉体を析出させやすい観点から好ましい。
ポリイミド系樹脂を含む溶液に第2の貧溶媒を添加する方法としては、局所的なポリイミド系樹脂粉体の析出を抑制する観点からは、第2の貧溶媒の局所的な濃度上昇を抑制できる方法が好ましく、ポリイミド系樹脂粉体の製造効率を高めやすい観点からは、添加速度を早くできる方法が好ましい。これらの観点から、ポリイミド系樹脂を含む溶液に第2の貧溶媒を添加する好ましい方法としては、第2の貧溶媒を、例えば複数のノズルまたは複数の枝分かれを有するノズルを用いて、ライン分割して添加する方法、シャワーノズルを用いて添加する方法、第2の貧溶媒の吐出口がポリイミド系樹脂を含む溶液中に浸漬された状態で添加を行うディップ法、ノズルの先に分散板を取り付ける方法などが挙げられる。
本発明の製造方法は、ポリイミド系樹脂の溶液と第1の貧溶媒とを接触させる工程、および、前記工程で得られた溶液に第2の貧溶媒を添加する工程の他に、該工程の後、得られた混合物をろ過してポリイミド系樹脂組成物を得る工程をさらに含んでよい。なお、ろ過により得られるポリイミド系樹脂組成物は、ウェットケーキとも称される組成物であり、ポリイミド系樹脂粉体を得るための中間体である。ポリイミド系樹脂組成物には、ポリイミド系樹脂粉体と、良溶媒および/または貧溶媒が含まれており、ポリイミド系樹脂組成物を乾燥させることによりポリイミド系樹脂粉体が得られる。
得られた混合物をろ過してポリイミド系樹脂組成物を得る工程について、ろ過方法は特に限定されず、析出物と溶媒の透過性が異なるフィルターを介して、重力により分離する方法、遠心力により分離する方法、加圧により分離する方法が挙げられる。このようにして得たポリイミド系樹脂組成物における貧溶媒の含有量は、ろ過方法により異なるが、一般的に、該ポリイミド系樹脂組成物の総質量に対して好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上である。貧溶媒の含有量の上限は、乾燥によりポリイミド系樹脂粉体を製造しやすい観点からは、該ポリイミド系樹脂組成物の総質量に対して好ましくは70質量%以下、より好ましくは50質量%以下である。また、ポリイミド系樹脂組成物における良溶媒の含有量は、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.3質量%以下である。良溶媒の含有量の下限値は特に限定されず、少ない方が好ましい。本発明は、本発明の製造方法における中間体である、上記ポリイミド系樹脂組成物も提供する。本発明のポリイミド系樹脂組成物を乾燥させて溶媒を除去することにより、本発明のポリイミド系樹脂粉体を製造することができる。
本発明の製造方法は、得られた混合物をろ過してポリイミド系樹脂組成物を得る工程の後、さらに、ポリイミド系樹脂組成物を乾燥させ、ポリイミド系樹脂粉体を得る工程をさらに含んでよい。乾燥条件は、ポリイミド系樹脂組成物中の溶媒が除去される限り特に限定されない。例えば、減圧または大気圧条件下、50〜250℃の温度で1〜48時間加熱する方法により行ってよい。
(ポリイミド系樹脂)
本発明のポリイミド系樹脂粉体は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂またはポリアミック酸樹脂である。ポリイミド系樹脂粉体は、1種類のポリイミド系樹脂を含有する粉体であってもよいし、2種以上のポリイミド系樹脂を含有する粉体であってもよい。ポリイミド系樹脂は、製膜性の観点から、好ましくはポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂であり、より好ましくはポリアミドイミド樹脂である。
本発明の一実施形態において、ポリイミド系樹脂は、式(1)で表される構成単位を有するポリイミド樹脂であるか、または、式(1)で表される構成単位および式(2)で表される構成単位を有するポリアミドイミド樹脂であることが好ましい。ポリイミド系樹脂は、透明性や屈曲性の観点から、式(1)で表される構成単位および式(2)で表される構成単位を有するポリアミドイミド樹脂であることがより好ましい。以下において式(1)および式(2)について説明するが、式(1)についての説明は、ポリイミド樹脂およびポリアミドイミド樹脂の両方に関し、式(2)についての説明は、ポリアミドイミド樹脂に関する。
Figure 0006683863
ポリイミド系樹脂が、式(1)で表される構成単位を有するポリイミド樹脂であるか、または、式(1)で表される構成単位および式(2)で表される構成単位を有するポリアミドイミド樹脂である本発明の一態様において、式(1)中のYは、それぞれ独立に、4価の有機基を表し、好ましくは炭素数4〜40の4価の有機基を表す。前記有機基は、有機基中の水素原子が炭化水素基またはフッ素置換された炭化水素基で置換されていてもよい有機基であり、その場合、炭化水素基およびフッ素置換された炭化水素基の炭素数は好ましくは1〜8である。本発明の一実施態様である上記ポリイミド系樹脂は、複数種のYを含み得、複数種のYは、互いに同一でよく、異なっていてもよい。Yとしては、式(20)、式(21)、式(22)、式(23)、式(24)、式(25)、式(26)、式(27)、式(28)または式(29)で表される基;それらの式(20)〜式(29)で表される基中の水素原子がメチル基、フルオロ基、クロロ基またはトリフルオロメチル基で置換された基;ならびに4価の炭素数6以下の鎖式炭化水素基が例示される。
Figure 0006683863
[式(20)〜式(29)中、
*は結合手を表し、
は、単結合、−O−、−CH−、−CH−CH−、−CH(CH)−、−C(CH−、−C(CF−、−Ar−、−SO−、−CO−、−O−Ar−O−、−Ar−O−Ar−、−Ar−CH−Ar−、−Ar−C(CH−Ar−または−Ar−SO−Ar−を表す。Arは、水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数6〜20のアリーレン基を表し、具体例としてはフェニレン基が挙げられる。]
式(20)、式(21)、式(22)、式(23)、式(24)、式(25)、式(26)、式(27)、式(28)および式(29)で表される基の中でも、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材の表面硬度および柔軟性の観点から、式(26)、式(28)または式(29)で表される基が好ましく、式(26)で表される基がより好ましい。また、Wは、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材の表面硬度および柔軟性の観点から、それぞれ独立に、好ましくは単結合、−O−、−CH−、−CH−CH−、−CH(CH)−、−C(CH−または−C(CF−、より好ましくは単結合、−O−、−CH−、−CH(CH)−、−C(CH−または−C(CF−、さらに好ましくは単結合、−O−、−C(CH−または−C(CF−、とりわけ好ましくは単結合、−O−または−C(CF−、最も好ましくは単結合または−C(CF−である。
上記態様において、式(1)中の複数のYの少なくとも一部は、式(5)で表される構成単位であることが好ましい。式(1)中の複数のYの少なくとも一部が式(5)で表される基であると、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材は、高い透明性を発現すると同時に、高い屈曲性骨格に由来して、該ポリイミド系樹脂の溶媒への溶解性を向上し、ポリイミド系樹脂を含むワニスの粘度を低く抑制することができ、また光学部材の加工を容易にすることができる。
Figure 0006683863
[式(5)中、R18〜R25は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数6〜12のアリール基を表し、R18〜R25に含まれる水素原子は、それぞれ独立に、ハロゲン原子で置換されていてもよく、
*は結合手を表す。]
式(5)において、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24およびR25は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数6〜12のアリール基を表し、好ましくは水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表し、より好ましくは水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表す。ここで、R18〜R25に含まれる水素原子は、それぞれ独立に、ハロゲン原子で置換されていてもよい。R18〜R25は、それぞれ独立に、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材の表面硬度および柔軟性の観点から、さらに好ましくは水素原子、メチル基、フルオロ基、クロロ基またはトリフルオロメチル基であり、特に好ましくは水素原子またはトリフルオロメチル基である。
本発明の好適な実施態様においては、式(5)で表される構成単位は、式(5’)で表される基であり、すなわち、複数のYの少なくとも一部は、式(5’)で表される構成単位である。この場合、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材は、高い透明性を有することができる。
Figure 0006683863
[式(5’)中、*は結合手を表す]
本発明の好適な実施態様において、上記ポリイミド系樹脂中のYの、好ましくは50モル%以上、より好ましくは60モル%以上、さらに好ましくは70モル%以上が式(5)、特に式(5’)で表される。上記ポリイミド系樹脂における上記範囲内のYが式(5)、特に式(5’)で表されると、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材は高い透明性を有することができ、さらにフッ素元素を含有する骨格により該ポリイミド系樹脂の溶媒への溶解性を向上し、ポリイミド系樹脂を含むワニスの粘度を低く抑制することができ、また光学部材の製造が容易である。なお、好ましくは、上記ポリイミド系樹脂中のYの100モル%以下が式(5)、特に式(5’)で表される。上記ポリイミド系樹脂中のYは式(5)、特に式(5’)であってもよい。上記ポリイミド系樹脂中のYの式(5)で表される構成単位の含有率は、例えばH−NMRを用いて測定することができ、または原料の仕込み比から算出することもできる。
ポリイミド系樹脂が式(1)で表される構成単位および式(2)で表される構成単位を有するポリアミドイミド樹脂である本発明の一態様において、式(2)中のZは、それぞれ独立に、2価の有機基を表す。本発明の一実施形態において、ポリアミドイミド樹脂は、複数種のZを含み得、複数種のZは、互いに同一でよく、異なっていてもよい。前記2価の有機基は、好ましくは炭素数4〜40の2価の有機基を表す。前記有機基は、炭化水素基またはフッ素置換された炭化水素基で置換されていてもよく、その場合、炭化水素基およびフッ素置換された炭化水素基の炭素数は好ましくは1〜8である。Zの有機基としては、式(20)、式(21)、式(22)、式(23)、式(24)、式(25)、式(26)、式(27)、式(28)または式(29)で表される基の結合手のうち、隣接しない2つが水素原子に置き換わった基並びに炭素数6以下の2価の鎖式炭化水素基が例示される。光学部材の光学特性を向上、例えば黄色度を低減しやすい観点から、式(20)、式(21)、式(22)、式(23)、式(24)、式(25)、式(26)または式(27)で表される基の結合手のうち、隣接しない2つが水素原子に置き換わった基で表される基が好ましい。
本発明の好適な実施態様において、光学部材が高い耐屈曲性および高い表面硬度に加えて、優れた光学特性を発現できるという観点から、Zの少なくとも一部が、式(3)で表される構成単位であることが好ましい。
Figure 0006683863
[式(3)中、R、R、R、R、R、R、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数6〜12のアリール基を表し、R〜Rに含まれる水素原子は、それぞれ独立に、ハロゲン原子で置換されていてもよく、
Aは、単結合、−O−、−CH−、−CH−CH−、−CH(CH)−、−C(CH−、−C(CF−、−SO−、−S−、−CO−または−N(R)−を表し、Rは水素原子、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基を表し、
mは0〜4の整数であり、
*は結合手を表す。]。
式(3)において、mは、好ましくは0〜4の範囲の整数であり、mがこの範囲内であると、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材の弾性率や柔軟性を高めやすい。また、式(3)において、mは、好ましくは0〜3の範囲の整数、より好ましくは0〜2、さらに好ましくは0または1であり、mがこの範囲内であると、光学積層体の耐屈曲性や弾性率が良好であると同時に、原料の入手性が比較的良好である。また、Zは、式(3)で表される構成単位を1種または2種類以上含んでいてもよく、光学積層体の弾性率および耐屈曲性の向上、並びに黄色度(YI値)低減の観点から、特にmの値が異なる2種類以上の構成単位、好ましくはmの値の異なる2種類の構成単位を含んでいてもよい。その場合、光学積層体が高い弾性率や耐屈曲性、低い黄色度(YI値)を発現しやすい観点から、mが0と1の構成単位を両方含むことが好ましい。
式(3)において、Aは、それぞれ独立に、単結合、−O−、−CH−、−CH−CH−、−CH(CH)−、−C(CH−、−C(CF−、−SO−、−S−、−CO−または−N(R)−を表し、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材の柔軟性の観点から、好ましくは−O−または−S−を表し、より好ましくは−O−を表す。R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数6〜12のアリール基を表す。炭素数1〜6のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、2−メチル−ブチル基、3−メチルブチル基、2−エチル−プロピル基、n−ヘキシル基等が挙げられる。また、炭素数6〜12のアリール基としては、例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニル基等が挙げられる。該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材の柔軟性および表面硬度の観点から、R〜Rは、それぞれ独立に、好ましくは水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表し、より好ましくは水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、さらに好ましくは水素原子を表す。ここで、R〜Rに含まれる水素原子は、それぞれ独立に、ハロゲン原子で置換されていてもよい。Rはハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
本発明の好適な実施態様においては、式(3)は式(3’)で表される構成単位であり、すなわち、複数のZの少なくとも一部は式(3’)で表される構成単位である。この場合、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材は、高い表面硬度を発揮すると同時に、弾性率が低く、高い柔軟性を有することができる。
Figure 0006683863
本発明の好適な実施態様において、YおよびZの合計に対して、式(3)で表される構成単位の含有率は、好ましくは3モル%以上、より好ましくは5モル%以上、さらに好ましくは7モル%以上、さらにより好ましくは9モル%以上、特に好ましくは15モル%以上、非常に好ましくは30モル%以上であり、好ましくは90モル%以下、より好ましくは87モル%以下、さらに好ましくは85モル%以下、特に好ましくは83モル%以下、非常に好ましくは80モル%以下である。YおよびZの合計に対して、式(3)で表される構成単位の含有率が上記下限値以上であると、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材は弾性率が低く、柔軟性に優れ、同時に高い表面硬度を発現することができる。YおよびZの合計に対して、式(3)で表される構成単位の含有率が上記上限値以下であると、式(3)由来のアミド結合間水素結合による増粘を抑制することで、ポリイミド系樹脂のワニスの粘度を抑制することができ、光学部材の加工を容易にすることができる。なお、式(3)で表される構成単位の含有率は、例えばH−NMRを用いて測定することができ、または原料の仕込み比から算出することもできる。
ポリイミド系樹脂は、本発明の好適な実施態様において、上記ポリイミド系樹脂中のZの、好ましくは5モル%以上、より好ましくは7モル%以上、さらに好ましくは9モル%以上、特に好ましくは11モル%以上が式(3)で表される。上記ポリイミド系樹脂中のZの上記下限値以上が式(3)で表されると、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材は高い表面硬度を発現すると同時に、弾性率が低く、高い柔軟性を有することができる。なお、上記ポリイミド系樹脂中のZの100モル%以下が式(3)で表されることが好ましい。なお、上記ポリイミド系樹脂中の式(3)で表される構成単位の含有率は、例えばH−NMRを用いて測定することができ、または原料の仕込み比から算出することもできる。上記式(3)で表される構成単位は、mが1〜4の場合の式(3)で表される構成単位であることが好ましい。
本発明の好適な実施態様において、ポリイミド系樹脂は、式(1)で表される構成単位および式(2)で表される構成単位を有するポリアミドイミド樹脂である。
上記実施態様において、ポリアミドイミド樹脂における式(1)で表される構成単位の含有率は、式(1)で表される構成単位および式(2)で表される構成単位の合計に対して、好ましくは10モル%以上、より好ましくは15モル%以上、さらに好ましくは18モル%以上、特に好ましくは20モル%以上であり、好ましくは90モル%以下、より好ましくは70モル%以下、さらに好ましくは60モル%以下、特に好ましくは50モル%以下である。上記ポリアミドイミド樹脂において、式(1)で表される構成単位の含有率が上記下限値以上であると、式(2)中のアミド結合間の水素結合による増粘を抑制し、ポリアミドイミドワニスの粘度を低減することができ、光学部材の製造が容易である。上記ポリアミドイミド樹脂において、式(1)で表される構成単位の含有率が上記上限値以下であると、該ポリアミドイミド樹脂を含んでなる光学部材は、高い表面硬度を発揮する。なお、上記割合は、例えばH−NMRを用いて測定することができ、または原料の仕込み比から算出することもできる。
上記実施態様において、ポリアミドイミド樹脂における式(2)で表される構成単位の含有率は、式(1)で表される構成単位および式(2)で表される構成単位の合計に対して、好ましくは20モル%以上、より好ましくは30モル%以上、さらに好ましくは40モル%以上、特に好ましくは50モル%以上であり、好ましくは90モル%以下、より好ましくは80モル%以下、さらに好ましくは75モル%以下、特に好ましくは70モル%以下である。上記ポリアミドイミド樹脂において、式(1)で表される構成単位の含有率が上記上限値以下であると、式(2)中のアミド結合間の水素結合による増粘を抑制し、ポリアミドイミドワニスの粘度を低減することができ、光学部材の製造が容易である。上記ポリアミドイミド樹脂において、式(1)で表される構成単位の含有率が上記下限値以上であると、該ポリアミドイミド樹脂を含んでなる光学部材は、高い表面硬度を発揮する。なお、上記割合は、例えばH−NMRを用いて測定することができ、または原料の仕込み比から算出することもできる。
上記実施態様において、ポリアミドイミド樹脂における式(1)で表される構成単位および式(2)で表される構成単位の合計に対する、式(3)で表される構成単位の比率は、好ましくは3モル%以上、より好ましくは5モル%以上、さらに好ましくは7モル%以上、さらにより好ましくは9モル%以上、特に好ましくは15モル%以上、非常に好ましくは30モル%以上であり、好ましくは90モル%以下、より好ましくは87モル%以下、さらに好ましくは85モル%以下、特に好ましくは83モル%以下、非常に好ましくは80モル%以下である。ポリアミドイミド樹脂中の式(1)で表される構成単位および式(2)で表される構成単位の合計に対して、式(3)で表される構成単位の比率が上記下限値以上であると、該ポリアミドイミド樹脂を含んでなる光学部材は弾性率が低く、柔軟性に優れ、同時に高い表面硬度を発現することができる。ポリアミドイミド樹脂中の式(1)で表される構成単位および式(2)で表される構成単位の合計に対して、式(3)で表される構成単位の比率が上記上限値以下であると、式(3)由来のアミド結合間水素結合による増粘を抑制することで、ポリアミドイミド樹脂のワニスの粘度を抑制することができ、光学部材の加工を容易にすることができる。なお、式(3)で表される構成単位の含有率は、例えばH−NMRを用いて測定することができ、または原料の仕込み比から算出することもできる。
式(1)および式(2)において、Xは、それぞれ独立に、2価の有機基を表し、好ましくは炭素数4〜40の2価の有機基である。前記有機基は、有機基中の水素原子が炭化水素基またはフッ素置換された炭化水素基で置換されていてもよい有機基であり、好ましくは炭化水素基およびフッ素置換された炭化水素基の炭素数は1〜8である。なお、式(1)におけるXは、式(2)におけるXと同一であってもよいし、異なってもよい。
本発明の一実施態様において、ポリイミド系樹脂は、複数種のXを含み得、複数種のXは、互いに同一でよく、異なっていてもよい。Xとしては、以下の式(10)、式(11)、式(12)、式(13)、式(14)、式(15)、式(16)、式(17)または式(18)で表される基;それらの式で表される基中の水素原子がメチル基、フルオロ基、クロロ基またはトリフルオロメチル基で置換された基;ならびに炭素数6以下の鎖式炭化水素基が例示される。
Figure 0006683863
[式(10)、式(11)、式(12)、式(13)、式(14)、式(15)、式(16)、式(17)または式(18)中、*は結合手を表し、
〜Vは、それぞれ独立に、単結合、−O−、−S−、−CH−、−CH−CH−、−CH(CH)−、−C(CH−、−C(CF−、−SO−、−CO−または−N(Q)を表す。ここで、Qはハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基を表す。]
とVとの各環に対する結合位置、および、VとVとの各環に対する結合位置は、それぞれ、各環に対して好ましくはメタ位またはパラ位、より好ましくはパラ位である。
式(10)、式(11)、式(12)、式(13)、式(14)、式(15)、式(16)、式(17)または式(18)で表される基の中でも、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材の表面硬度および柔軟性の観点から、式(13)、式(14)、式(15)、式(16)または式(17)で表される基が好ましく、式(14)、式(15)または式(16)で表される基がより好ましい。また、V〜Vは、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材の表面硬度および柔軟性の観点から、それぞれ独立に、好ましくは単結合、−O−または−S−、より好ましくは単結合または−O−である。
本発明の好適な実施態様において、ポリイミド樹脂の場合は式(1)中、ポリアミドイミド樹脂の場合は式(1)および式(2)中の複数のXの少なくとも一部は、式(4)で表される構成単位である。複数のXの少なくとも一部が式(4)で表される基であると、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材は、高い透明性を発現すると同時に、高い表面硬度を発現することができる。
Figure 0006683863
[式(4)中、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16およびR17は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数6〜12のアリール基を表し、R10〜R17に含まれる水素原子は、それぞれ独立に、ハロゲン原子で置換されていてもよく、
*は結合手を表す。]
式(4)において、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16およびR17は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数6〜12のアリール基を表す。炭素数1〜6のアルキル基または炭素数6〜12のアリール基としては、式(3)における炭素数1〜6のアルキル基または炭素数6〜12のアリール基として例示のものが挙げられる。R10〜R17は、それぞれ独立に、好ましくは水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表し、より好ましくは水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、ここで、R10〜R17に含まれる水素原子は、それぞれ独立に、ハロゲン原子で置換されていてもよい。ハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。R10〜R17は、それぞれ独立に、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材の表面硬度、柔軟性および透明性の観点から、さらに好ましくは水素原子、メチル基、フルオロ基、クロロ基またはトリフルオロメチル基であり、特に好ましくは水素原子またはトリフルオロメチル基である。
本発明の好適な実施態様においては、式(4)で表される構成単位は式(4’)で表される構成単位であり、すなわち、複数のXの少なくとも一部は、式(4’)で表される構成単位である。この場合、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材は、高い透明性を発現すると同時に、フッ素元素を含有する骨格により該ポリイミド系樹脂の溶媒への溶解性を向上し、ポリイミド系樹脂を含むワニスの粘度を低く抑制することができ、光学部材の加工を容易にすることができる。
Figure 0006683863
[式(4’)中、*は結合手を表す]
本発明の好適な実施態様において、上記ポリイミド系樹脂中のXの、好ましくは30モル%以上、より好ましくは50モル%以上、さらに好ましくは60モル%以上、ことさら好ましくは70モル%以上が式(4)、特に式(4’)で表される。上記ポリイミド系樹脂における上記範囲内のXが式(4)、特に式(4’)で表されると、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材は、高い透明性を発現すると同時に、フッ素元素を含有する骨格により該ポリイミド系樹脂の溶媒への溶解性を向上し、ポリイミド系樹脂を含むワニスの粘度を低く抑制することができ、また光学部材の加工を容易にすることができる。なお、好ましくは、上記ポリイミド系樹脂中のXの100モル%以下が式(4)、特に式(4’)で表される。上記ポリイミド系樹脂中のXは式(4)、特に式(4’)であってもよい。上記ポリイミド系樹脂中のXの式(4)で表される構成単位の含有率は、例えばH−NMRを用いて測定することができ、または原料の仕込み比から算出することもできる。
本発明の製造方法において、ポリイミド系樹脂の動的粘弾性測定(DMA測定)におけるtanδにより算出されたガラス転移温度Tgは、好ましくは380℃未満、より好ましくは379℃以下、さらに好ましくは378℃以下、例えば370℃以下である。ポリイミド系樹脂のガラス転移温度Tgが上記の上限値未満(または以下)であると、ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材が高い表面硬度を発現すると同時に、弾性率が低く、高い柔軟性を有することができる。ガラス転移温度を上記範囲に制御するためには、ポリイミド系樹脂を構成するモノマーとして、製膜して得られるポリイミド系樹脂フィルムに柔軟性を与え得る二価の基を有するモノマーを含むことが好ましく、柔軟性を与え得る二価の基として具体的には、−O−、−CH−、−CF−、−C(CH−および−C(CF−が挙げられ、柔軟性を与え得る二価の基を有するモノマーとして、−O−を含む二価の基を有するモノマーを含むことがより好ましい。なお、ポリイミド系樹脂の上記ガラス転移温度Tgは通常300℃以上である。
本発明の製造方法において、ポリイミド系樹脂がポリアミドイミド樹脂である場合、該ポリアミドイミド樹脂は、式(1)で表される構成単位および式(2)で表される構成単位の他に、式(10−2)で表される構成単位、および/または式(11−2)で表される構成単位を含んでもよい。
Figure 0006683863
式(10−2)において、Yは、それぞれ独立に、4価の有機基であり、好ましくは有機基中の水素原子が炭化水素基またはフッ素置換された炭化水素基で置換されていてもよい有機基である。Yとしては、式(20)、式(21)、式(22)、式(23)、式(24)、式(25)、式(26)、式(27)、式(28)または式(29)で表される基、ならびに4価の炭素数6以下の鎖式炭化水素基が例示される。本発明の一実施態様であるポリアミドイミド樹脂は、複数種のYを含み得、複数種のYは、互いに同一でよく、異なっていてもよい。
式(11−2)において、Yは3価の有機基であり、好ましくは有機基中の水素原子が炭化水素基またはフッ素置換された炭化水素基で置換されていてもよい有機基である。Yとしては、上記の式(20)、式(21)、式(22)、式(23)、式(24)、式(25)、式(26)、式(27)、式(28)または式(29)で表される基の結合手のいずれか1つが水素原子に置き換わった基、および3価の炭素数6以下の鎖式炭化水素基が例示される。本発明の一実施態様であるポリアミドイミド樹脂は、複数種のYを含み得、複数種のYは、互いに同一でよく、異なっていてもよい。
式(10−2)および式(11−2)において、XおよびXは、それぞれ独立に、2価の有機基であり、好ましくは有機基中の水素原子が炭化水素基またはフッ素置換された炭化水素基で置換されていてもよい有機基である。XおよびXとしては、式(10)、式(11)、式(12)、式(13)、式(14)、式(15)、式(16)、式(17)または式(18)で表される基;それらの式で表される基中の水素原子がメチル基、フルオロ基、クロロ基またはトリフルオロメチル基で置換された基;ならびに炭素数6以下の鎖式炭化水素基が例示される。
本発明の一実施態様において、上記ポリアミドイミド樹脂は、式(1)で表される構成単位および式(2)で表される構成単位、ならびに場合により式(10−2)および/または式(11−2)で表される構成単位からなる。また、該ポリアミドイミド樹脂を含んでなる光学部材の柔軟性および表面硬度の観点から、上記ポリアミドイミド樹脂において、式(1)で表される構成単位および式(2)で表される構成単位の含有率は、式(1)および式(2)、ならびに場合により式(10−2)および式(11−2)で表される全構成単位の合計100%に対して、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上である。なお、上記ポリアミドイミド樹脂において、式(1)で表される構成単位および式(2)で表される構成単位の含有率は、式(1)または式(2)、もしくは場合により式(10−2)または式(11−2)で表される全構成単位に基づいて、通常100%以下である。なお、上記含有率は、例えば、H−NMRを用いて測定することができ、または原料の仕込み比から算出することもできる。
本発明の製造方法におけるポリイミド系樹脂に関し、ポリイミド樹脂は、例えば後述するテトラカルボン酸化合物およびジアミン化合物を主な原料として製造することができる。また、ポリアミドイミド樹脂は、例えば、後述するテトラカルボン酸化合物、ジカルボン酸化合物およびジアミン化合物を主な原料として製造することができる。
ポリイミド系樹脂の合成に用いられるテトラカルボン酸化合物としては、芳香族テトラカルボン酸およびその無水物、好ましくはその二無水物等の芳香族テトラカルボン酸化合物;および脂肪族テトラカルボン酸およびその無水物、好ましくはその二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸化合物等が挙げられる。テトラカルボン酸化合物は、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。テトラカルボン酸化合物は、二無水物の他、酸クロリド化合物等のテトラカルボン酸化合物類縁体であってもよい。これらは単独または2種以上を組合せて使用できる。
芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、非縮合多環式の芳香族テトラカルボン酸二無水物、単環式の芳香族テトラカルボン酸二無水物および縮合多環式の芳香族テトラカルボン酸二無水物が挙げられる。非縮合多環式の芳香族テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、4,4’−オキシジフタル酸二無水物(OPDAと記載することがある)、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDAと記載することがある)、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホ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、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシフェニル)プロパン二無水物、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸二無水物(6FDAと記載することがある)、1,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、4,4’−(p−フェニレンジオキシ)ジフタル酸二無水物、4,4’−(m−フェニレンジオキシ)ジフタル酸二無水物が挙げられる。また、単環式の芳香族テトラカルボン酸二無水物としては1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物が、縮合多環式の芳香族テトラカルボン酸二無水物としては1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物が、縮合多環式の芳香族テトラカルボン酸二無水物としては2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。これらは単独でまたは2種以上を組合せて用いることができる。
これらの中でも、4,4’−オキシジフタル酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−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、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホ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、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシフェニル)プロパン二無水物、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸二無水物、1,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、4,4’−(p−フェニレンジオキシ)ジフタル酸二無水物および4,4’−(m−フェニレンジオキシ)ジフタル酸二無水物が好ましく、4,4’−オキシジフタル酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸二無水物がより好ましい。
脂肪族テトラカルボン酸二無水物としては、環式または非環式の脂肪族テトラカルボン酸二無水物が挙げられる。環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物とは、脂環式炭化水素構造を有するテトラカルボン酸二無水物であり、その具体例としては、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物等のシクロアルカンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ジシクロヘキシル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物およびこれらの位置異性体が挙げられる。これらは単独でまたは2種以上を組合せて用いることができる。非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、および1,2,3,4−ペンタンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられ、これらは単独でまたは2種以上を組合せて用いることができる。また、環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物および非環式脂肪族テトラカルボン酸二無水物を組合せて用いてもよい。
上記テトラカルボン酸二無水物の中でも、光学部材の高表面硬度、高柔軟性、高屈曲耐性、高透明性および低着色性の観点から、4,4’−オキシジフタル酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−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、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホ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、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸二無水物、ならびにこれらの混合物が好ましく、4,4’−オキシジフタル酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物および4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸二無水物、ならびにこれらの混合物がより好ましく、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸二無水物がさらに好ましい。
ポリアミドイミド樹脂の合成に用いられるジカルボン酸化合物としては、式(3”)で表される化合物を含むことが好ましい。
Figure 0006683863
[式(3”)中、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数6〜12のアリール基を表し、R〜Rに含まれる水素原子は、それぞれ独立に、ハロゲン原子で置換されていてもよく、
Aは、単結合、−O−、−CH−、−CH−CH−、−CH(CH)−、−C(CH−、−C(CF−、−SO−、−S−、−CO−または−N(R)−を表し、Rはハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基を表し、
mは0〜4の整数であり、
31およびR32は、それぞれ独立に、ヒドロキシル基、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基または塩素原子を表す。]
好適な実施態様においては、ジカルボン酸化合物は、mが0である、式(3”)で表される化合物であり、さらにはAが−O−である、式(3”)で表される化合物を含むことが好ましい。また、別の好適な実施態様においては、ジカルボン酸化合物は、R32が−Clである、式(3”)で表される化合物である。また、ジアミン化合物に代えて、ジイソシアネート化合物を用いてもよい。好ましくは、テレフタロイルクロリドが用いられ、加えて他のジカルボン酸化合物が用いられてもよい。他のジカルボン酸化合物としては、4,4’−オキシビス安息香酸および/またはその酸クロリド化合物が用いられ、具体的には、4,4’−オキシビス(ベンゾイルクロリド)が好ましい例としてあげられる。‘また、その他のジカルボン酸化合物としては、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸およびそれらの類縁の酸クロリド化合物、酸無水物等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。具体例としては、テレフタル酸;イソフタル酸;ナフタレンジカルボン酸;4,4’−ビフェニルジカルボン酸;3,3’−ビフェニルジカルボン酸;炭素数8以下である鎖式炭化水素、のジカルボン酸化合物および2つの安息香酸が単結合、−CH−、−C(CH−、−C(CF−、−SO−もしくはフェニレン基で連結された化合物ならびにそれらの酸クロリド化合物が挙げられる。
なお、上記ポリイミド系樹脂は、該ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材の各種物性を損なわない範囲で、上記のポリイミド系樹脂の合成に用いられるテトラカルボン酸化合物に加えて、テトラカルボン酸およびトリカルボン酸ならびにそれらの無水物および誘導体を更に反応させたものであってもよい。
テトラカルボン酸としては、上記テトラカルボン酸化合物の無水物の水付加体が挙げられる。
トリカルボン酸化合物としては、芳香族トリカルボン酸、脂肪族トリカルボン酸およびそれらの類縁の酸クロリド化合物、酸無水物等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。具体例としては、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸の無水物;2,3,6−ナフタレントリカルボン酸−2,3−無水物;フタル酸無水物と安息香酸とが単結合、−O−、−CH−、−C(CH−、−C(CF−、−SO−もしくはフェニレン基で連結された化合物が挙げられる。
ポリイミド系樹脂の合成に用いられるジアミン化合物としては、例えば、脂肪族ジアミン、芳香族ジアミンおよびこれらの混合物が挙げられる。なお、本実施形態において「芳香族ジアミン」とは、アミノ基が芳香環に直接結合しているジアミンを表し、その構造の一部に脂肪族基またはその他の置換基を含んでいてもよい。この芳香環は単環でも縮合環でもよく、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環およびフルオレン環等が例示されるが、これらに限定されるわけではない。これらの中でも、好ましくはベンゼン環である。また「脂肪族ジアミン」とは、アミノ基が脂肪族基に直接結合しているジアミンを表し、その構造の一部に芳香環やその他の置換基を含んでいてもよい。
脂肪族ジアミンとしては、例えば、ヘキサメチレンジアミン等の非環式脂肪族ジアミン、ならびに1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ノルボルナンジアミンおよび4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン等の環式脂肪族ジアミン等が挙げられる。これらは単独でまたは2種以上を組合せて用いることができる。
芳香族ジアミンとしては、例えば、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、2,4−トルエンジアミン、m−キシリレンジアミン、p−キシリレンジアミン、1,5−ジアミノナフタレン、および2,6−ジアミノナフタレン等の、芳香環を1つ有する芳香族ジアミン;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プロパン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(ODAと記載することがある)、3,4’−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、4,4’−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、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、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〕スルホン、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]プロパン、2,2’−ジメチルベンジジン(MBと記載することがある)、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMBと記載することがある)、4,4’−ビス(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、9,9−ビス(4−アミノ−3−メチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−アミノ−3−クロロフェニル)フルオレン、および9,9−ビス(4−アミノ−3−フルオロフェニル)フルオレン等の、芳香環を2つ以上有する芳香族ジアミンが挙げられる。これらは単独でまたは2種以上を組合せて用いることができる。
芳香族ジアミンとしては、好ましくは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プロパン、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、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、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、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〕スルホン、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]プロパン、2,2’−ジメチルベンジジン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノジフェニル、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニルが挙げられ、より好ましくは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プロパン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2’−ジメチルベンジジン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニルが挙げられる。これらは単独または2種以上を組合せて使用できる。
上記ジアミン化合物の中でも、光学部材の高表面硬度、高柔軟性、高屈曲耐性、高透明性および低着色性の観点からは、ビフェニル構造を有する芳香族ジアミンからなる群から選ばれる1種以上を用いることが好ましい。2,2’−ジメチルベンジジン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニルおよび4,4’−ジアミノジフェニルエーテルからなる群から選ばれる1種以上を用いることがより好ましく、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンを用いることがよりさらに好ましい。
本発明の一実施態様であるポリアミドイミド樹脂は、ジアミン化合物と、テトラカルボン酸化合物(酸クロリド化合物、テトラカルボン酸二無水物等のテトラカルボン酸化合物類縁体)およびジカルボン酸化合物(酸クロリド化合物等のジカルボン酸化合物類縁体)、ならびに場合によりトリカルボン酸化合物(酸クロリド化合物、トリカルボン酸無水物等のトリカルボン酸化合物類縁体)との重縮合生成物である縮合型高分子である。
式(1)および式(10−2)で表される構成単位は、通常、ジアミン類およびテトラカルボン酸化合物から誘導される。式(2)で表される構成単位は、通常、ジアミンおよびジカルボン酸化合物から誘導される。式(11−2)で表される構成単位は、通常、ジアミンおよびトリカルボン酸化合物から誘導される。
本発明の好ましい実施態様において、ポリイミド系樹脂には、上記の通り、ハロゲン原子が含まれ得る。含フッ素置換基の具体例としては、フルオロ基およびトリフルオロメチル基が挙げられる。ポリイミド系樹脂がハロゲン原子を含むことにより、ポリイミド系樹脂を含んでなる光学部材の黄色度(YIと記載することがある)を低減させることができる場合があり、さらに高い柔軟性および屈曲耐性を両立させることができる傾向がある。また、光学部材の黄色度の低減(すなわち、透明性の向上)、吸水率の低減、および耐屈曲性の観点から、ハロゲン原子は好ましくはフッ素原子である。
ポリイミド系樹脂におけるハロゲン原子の含有率は、黄色度の低減(透明性の向上)、吸水率の低減、および光学部材の変形抑制の観点から、ポリイミド系樹脂の質量を基準として、好ましくは1〜40質量%、より好ましくは3〜35質量%、さらに好ましくは5〜32質量%である。
本発明の一実施態様において、ポリイミド系樹脂の合成反応において、イミド化触媒が存在してもよい。イミド化触媒としては、例えばトリプロピルアミン、ジブチルプロピルアミン、エチルジブチルアミン等の脂肪族アミン;N−エチルピペリジン、N−プロピルピペリジン、N−ブチルピロリジン、N−ブチルピペリジン、およびN−プロピルヘキサヒドロアゼピン等の脂環式アミン(単環式);アザビシクロ[2.2.1]ヘプタン、アザビシクロ[3.2.1]オクタン、アザビシクロ[2.2.2]オクタン、およびアザビシクロ[3.2.2]ノナン等の脂環式アミン(多環式);ならびにピリジン、2−メチルピリジン、3−メチルピリジン、4−メチルピリジン、2−エチルピリジン、3−エチルピリジン、4−エチルピリジン、2,4−ジメチルピリジン、2,4,6−トリメチルピリジン、3,4−シクロペンテノピリジン、5,6,7,8−テトラヒドロイソキノリン、およびイソキノリン等の芳香族アミンが挙げられる。
ジアミン化合物、ジカルボン酸化合物、および、場合によりテトラカルボン酸化合物の反応温度は、特に限定されないが、例えば50〜350℃である。反応時間も特に限定されないが、例えば30分〜10時間程度である。必要に応じて、不活性雰囲気または減圧の条件下において反応を行ってよい。また、反応は溶剤中で行ってよく、溶剤としては例えば、ポリイミド系樹脂を含むワニスの調製に用いられる後述する溶剤が挙げられる。
本発明の製造方法により製造したポリイミド系樹脂粉体は、例えば光学部材の製造に使用することができる。光学部剤としては、例えば光学フィルムが挙げられる。該光学部材は、柔軟性、屈曲耐性および表面硬度に優れるため、画像表示装置の前面板、特にフレキシブルディスプレイの前面板(ウインドウフィルム)として適当である。光学部材は単層であってもよく、複層であってもよい。光学部材が複層である場合、各層は同一の組成であってよく、異なる組成であってもよい。
本発明の製造方法により製造したポリイミド系樹脂粉体を光学部材の製造に使用する場合、光学部材中におけるポリイミド系樹脂の含有率は、光学部材の全質量に対して、好ましくは40質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、特に好ましくは80質量%以上、非常に好ましくは90質量%以上である。ポリイミド系樹脂の含有率が上記下限値以上であると、光学部材の屈曲耐性が良好である。なお、光学部材中におけるポリイミド系樹脂の含有率は、光学部材の全質量に対して、通常100質量%以下である。
(無機材料)
光学部材には、ポリイミド系樹脂の他に無機粒子等の無機材料を更に含有してもよい。無機材料として、例えば、チタニア粒子、アルミナ粒子、ジルコニア粒子、シリカ粒子等の無機粒子、およびオルトケイ酸テトラエチル等の4級アルコキシシラン等のケイ素化合物等が挙げられる。光学部材を製造するためのポリイミド系樹脂を含むワニスの安定性の観点から、無機材料は無機粒子、特にシリカ粒子であることが好ましい。無機粒子同士は、シロキサン結合を有する分子により結合されていてもよい。
無機粒子の平均一次粒子径は、光学部材の透明性、機械物性、および無機粒子の凝集抑制の観点から、通常、1〜100nm以上、好ましくは5〜80nm、より好ましくは7〜50nm、さらに好ましくは10〜30nmである。本発明において、平均一次粒子径は、透過型電子顕微鏡による定方向径の10点平均値を測定することにより決定することができる。
光学部材中の無機材料の含有率は、光学部材の全質量を基準として、好ましくは0質量%以上90質量%以下、より好ましくは0.01質量%以上60質量%以下、さらに好ましくは5質量%以上40質量%以下である。無機材料の含有率が上記範囲内であると、光学部材の透明性および機械物性を両立させやすい傾向がある。
(紫外線吸収剤)
光学部材は、1種または2種以上の紫外線吸収剤を含有していてもよい。紫外線吸収剤は、樹脂材料の分野で紫外線吸収剤として通常用いられているものから、適宜選択することができる。紫外線吸収剤は、400nm以下の波長の光を吸収する化合物を含んでいてもよい。紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾフェノン系化合物、サリシレート系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、およびトリアジン系化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物が挙げられる。光学部材が紫外線吸収剤を含有することにより、ポリイミド系樹脂の劣化が抑制されるため、光学部材の視認性を高めることができる。
なお、本明細書において、「系化合物」とは、当該「系化合物」が付される化合物の誘導体を指す。例えば、「ベンゾフェノン系化合物」とは、母体骨格としてのベンゾフェノンと、ベンゾフェノンに結合している置換基とを有する化合物を指す。
光学部材が紫外線吸収剤を含有する場合、紫外線吸収剤の含有率は、光学部材の全質量に対して、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、さらに好ましくは3質量%以上であり、好ましくは10質量%以下、より好ましくは8質量%以下、さらに好ましくは6質量%以下である。好適な含有率は用いる紫外線吸収剤により異なるが、400nmの光線透過率が20〜60%程度になるように紫外線吸収剤の含有率を調節すると、光学部材の耐光性が高められるとともに、透明性の高い光学部材を得ることができる。
(他の添加剤)
光学部材は、更に他の添加剤を含有していてもよい。他の成分としては、例えば、酸化防止剤、離型剤、安定剤、ブルーイング剤、難燃剤、pH調整剤、シリカ分散剤、滑剤、増粘剤、およびレベリング剤等が挙げられる。
他の添加剤の含有率は、光学部材の質量に対して、好ましくは0質量%以上20質量%以下、より好ましくは0質量%以上10質量%以下である。
光学部材、特に光学フィルムの厚さは、用途に応じて適宜調整されるが、通常10〜1000μm、好ましくは15〜500μm、より好ましくは20〜400μm、さらに好ましくは25〜300μmである。なお、本発明において、厚さは接触式のデジマチックインジケーターによって測定することができる。
光学部材における全光線透過率Ttは、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは85%以上、特に好ましくは90%以上である。光学部材の全光線透過率Ttが上記下限値以上であると、光学部材を画像表示装置に組み込んだ際に、十分な視認性を確保しやすく、また、例えば、透過率がその範囲にない場合と比べて、視認側で同じ明るさを得る場合に、バックライトの照度を下げることが可能になり、省エネルギーに貢献できる。なお、光学部材の全光線透過率Ttの上限値は通常100%以下である。光学部材におけるヘーズ(Haze)は、スガ試験機(株)製の直読ヘーズコンピュータ(型式HGM−2DP)で測定して、好ましくは1.0%以下、より好ましくは0.8%以下、さらにより好ましくは0.5%以下、特に好ましくは0.3%以下である。光学部材のヘーズが上記の上限値以下であると、光学部材を画像表示装置等のフレキシブル電子デバイスに組み込んだ際に、十分な視認性を確保しやすい。なお、上記ヘーズの下限値は特に限定されず、0%以上であればよい。本発明の製造方法において使用するポリイミド系樹脂溶液(a)に溶解させたポリイミド系樹脂、および/または、本発明の製造方法により得られるポリイミド系樹脂の粉体は、上記全光線透過率Ttおよび/またはヘーズを有することが好ましい。ポリイミド系樹脂およびポリイミド系樹脂粉体の全光線透過率Ttおよび/またはヘーズは、成形体(例えばフィルム)の形状で測定される。全光線透過率は、JIS K 7105:1981またはJIS K 7361−1:1997に準拠して測定してよい。
(光学部材の製造方法)
本発明の製造方法により製造したポリイミド系樹脂粉体を用いて、上記のような光学部材、例えば光学フィルムを製造することができる。製造方法は特に限定されない。例えば以下の工程:
(a)ポリイミド系樹脂粉体を溶剤に溶解させて得たポリイミド系樹脂を含む液(ポリイミド系樹脂のワニス)を基材に塗布して塗膜を形成する工程(塗布工程)、および
(b)塗布された液(ポリイミド系樹脂のワニス)を乾燥させて光学部材、特に光学フィルム(ポリイミド系樹脂フィルム)を形成する工程(形成工程)
を含む製造方法によって光学部材を製造することができる。工程(a)および(b)は、通常この順で行うことができる。
塗布工程においては、ポリイミド系樹脂粉体を溶剤に溶解させ、必要に応じて上記紫外線吸収剤および他の添加剤を添加し、撹拌することにより、ポリイミド系樹脂を含む液(ポリイミド系樹脂のワニス)を調製する。
ワニスの調製に用いられる溶剤は、ポリイミド系樹脂を溶解可能であれば特に限定されない。かかる溶剤としては、例えばN,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶剤;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン系溶剤;ジメチルスルホン、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の含硫黄系溶剤;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶剤;およびそれらの組合せが挙げられる。これらの溶剤の中でも、アミド系溶剤またはラクトン系溶剤が好ましい。また、ワニスには水、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、非環状エステル系溶剤、エーテル系溶剤などが含まれてもよい。
次に、例えば公知のロール・ツー・ロールやバッチ方式により、樹脂基材、SUSベルト、またはガラス基材等の基材上に、ポリイミド系樹脂のワニスを用いて、流涎成形等によって塗膜を形成することができる。
形成工程において、塗膜を乾燥し、基材から剥離することによって、光学部材を形成することができる。剥離後に更に光学部材を乾燥する乾燥工程を行ってもよい。塗膜の乾燥は、通常50〜350℃の温度にて行うことができる。必要に応じて、不活性雰囲気または減圧の条件下において塗膜の乾燥を行ってよい。
光学部材の少なくとも一方の表面に、表面処理を施す表面処理工程を行ってもよい。表面処理としては、例えばUVオゾン処理、プラズマ処理およびコロナ放電処理が挙げられる。
樹脂基材の例としては、PETフィルム、PENフィルム、ポリイミドフィルムおよびポリアミドイミドフィルム等が挙げられ、耐熱性に優れる観点から、好ましくはPETフィルム、PENフィルム、ポリイミドフィルム、および他のポリアミドイミドフィルムが挙げられ、さらに、光学部材との密着性およびコストの観点から、より好ましくはPETフィルムが挙げられる。
本発明の製造方法により得たポリイミド系樹脂粉体を用いて、光学部材を製造することができる。このような光学部材は、高い弾性率と柔軟性とを有する。本発明の好適な実施態様において、上記光学部材の弾性率は、好ましくは3.0GPa以上、より好ましくは4.0GPa以上、さらに好ましくは5.0GPa以上、特に好ましくは6.0GPa以上であり、好ましくは10.0GPa以下、より好ましくは8.0GPa以下、さらに好ましくは7.0GPa以下である。前記の上限値および下限値は任意に組合せることができる。光学部材の弾性率が前記の範囲にあると、フレキシブルディスプレイに用いるにあたって十分な硬度を有し、また、フレキシブルディスプレイが屈曲する際に、上記光学部材による他の部材の損傷を抑制することができる。弾性率は、例えば(株)島津製作所製オートグラフAG−ISを用いて、10mm幅の試験片をチャック間距離500mm、引張速度20mm/分の条件でS−S曲線を測定し、その傾きから測定することができる。本発明の製造方法において使用するポリイミド系樹脂溶液(a)に溶解させたポリイミド系樹脂、および/または、本発明の製造方法により得られるポリイミド系樹脂の粉体は、上記弾性率を有することが好ましい。ポリイミド系樹脂およびポリイミド系樹脂粉体の弾性率は、成形体、(例えばフィルムの形状で測定される。
上記光学部材、特に光学フィルムは、優れた屈曲耐性を有する。本発明の好適な実施態様において、光学部材は、R=1mmで135°を加重0.75kgfで速度175cpmにて測定した際に破断するまでの往復折り曲げ回数が、好ましくは10,000回以上、より好ましくは20,000回以上、さらに好ましくは30,000回以上、よりさらに好ましくは40,000回以上、特に好ましくは50,000回以上、非常に好ましくは100,000回以上である。
光学部材の往復折り曲げ回数が上記下限値以上であると、光学部材を屈曲した際に生じ得る織り皺をより抑制しやすい。なお、光学部材の往復折り曲げ回数は回数が多いほどよく、その上限は特に制限されない。例えば、1,000,000回以下であってもよい。往復折り曲げ回数は、例えば(株)東洋精機製作所製MIT耐折疲労試験機(型式0530)で厚さ50μm、幅10mmの試験片(光学部材)を用いて求めることができる。本発明の製造方法において使用するポリイミド系樹脂溶液(a)に溶解させたポリイミド系樹脂、および/または、本発明の製造方法により得られるポリイミド系樹脂の粉体は、上記屈曲耐性を有することが好ましい。ポリイミド系樹脂およびポリイミド系樹脂粉体の屈曲耐性は、成形体(例えばフィルム)の形状で測定される。
上記光学部材は、優れた透明性を発現することができる。そのため、上記光学部材は、画像表示装置、特にフレキシブルディスプレイの前面板(ウインドウフィルム)として非常に有用である。本発明の好適な実施態様において、光学部材は、JIS K 7373:2006に準拠した黄色度YIが、好ましくは5以下、より好ましくは3以下、さらに好ましくは2.5以下、特に好ましくは2.0以下である。黄色度YIが上記上限値以下である光学部材は、表示装置等の高い視認性に寄与することができる。なお、上記光学部材の黄色度は好ましくは0以上である。本発明の製造方法において使用するポリイミド系樹脂溶液(a)に溶解させたポリイミド系樹脂、および/または、本発明の製造方法により得られるポリイミド系樹脂の粉体は、上記黄色度YIを有することが好ましい。ポリイミド系樹脂およびポリイミド系樹脂粉体の黄色度YIは、成形体(例えばフィルム)の形状で測定される。
上記の光学部材は、紫外線吸収層、粘着層、色相調整層、屈折率調整層等の機能層、ハードコート層を備えてもよい。
本発明のポリイミド系樹脂粉体を用いて製造した光学部材(例えば光学フィルム)は、画像表示装置の前面板、特にフレキシブルディスプレイの前面板(ウインドウフィルム)、中でもフォルダブルディスプレイやローラブルディスプレイの前面板として有用である。上記光学部材は、画像表示装置、特にフレキシブルディスプレイの視認側表面に前面板として配置することができる。この前面板は、フレキシブルディスプレイ内の画像表示素子を保護する機能を有する。上記光学部材を備える画像表示装置は、高い柔軟性および屈曲耐性を有すると同時に、高い表面硬度を有するため、屈曲した際に他の部材を損傷することがなく、また光学部材自体にも折り皺が生じ難く、さらに表面の傷つきを有利に抑制できる。
画像表示装置としては、テレビ、スマートフォン、携帯電話、カーナビゲーション、タブレットPC、携帯ゲーム機、電子ペーパー、インジケーター、掲示板、時計、およびスマートウォッチ等のウェアラブルデバイス等が挙げられる。フレキシブルディスプレイとしては、フレキシブル特性を有する画像表示装置、例えばテレビ、スマートフォン、携帯電話、カーナビゲーション、タブレットPC、携帯ゲーム機、電子ペーパー、インジケーター、掲示板、時計、およびウェアラブルデバイス等が挙げられる。
[フレキシブルディスプレイ]
本発明は、本発明の光学フィルムを備える、フレキシブルディスプレイも提供する。本発明の光学フィルムは、好ましくはフレキシブルディスプレイにおいて前面板として用いられ、該前面板はウインドウフィルムと称されることがある。該フレキシブルディスプレイは、フレキシブルディスプレイ用積層体と、有機EL表示パネルとからなり、有機EL表示パネルに対して視認側にフレキシブルディスプレイ用積層体が配置され、折り曲げ可能に構成されている。フレキシブルディスプレイ用積層体は、ウインドウフィルム、偏光板(好ましくは円偏光板)、タッチセンサを含有していてもよく、それらの積層順は任意であるが、視認側からウインドウフィルム、偏光板、タッチセンサまたはウインドウフィルム、タッチセンサ、偏光板の順に積層されていることが好ましい。タッチセンサの視認側に偏光板が存在すると、タッチセンサのパターンが視認されにくくなり表示画像の視認性が良くなるので好ましい。それぞれの部材は接着剤、粘着剤等を用いて積層することができる。また、前記ウインドウフィルム、偏光板、タッチセンサのいずれかの層の少なくとも一面に形成された遮光パターンを具備することができる。
[偏光板]
本発明のフレキシブルディスプレイは、偏光板、好ましくは円偏光板をさらに備えてよい。円偏光板は、直線偏光板にλ/4位相差板を積層することにより右若しくは左円偏光成分のみを透過させる機能を有する機能層である。たとえば外光を右円偏光に変換して有機ELパネルで反射されて左円偏光となった外光を遮断し、有機ELの発光成分のみを透過させることで反射光の影響を抑制して画像を見やすくするために用いられる。円偏光機能を達成するためには、直線偏光板の吸収軸とλ/4位相差板の遅相軸は理論上45°である必要があるが、実用的には45±10°である。直線偏光板とλ/4位相差板とは必ずしも隣接して積層される必要はなく、吸収軸と遅相軸の関係が前述の範囲を満足していればよい。全波長において完全な円偏光を達成することが好ましいが実用上は必ずしもその必要はないので本発明における円偏光板は楕円偏光板をも包含する。直線偏光板の視認側にさらにλ/4位相差フィルムを積層して、出射光を円偏光とすることで偏光サングラスをかけた状態での視認性を向上させることも好ましい。
直線偏光板は、透過軸方向に振動している光は通すが、それとは垂直な振動成分の偏光を遮断する機能を有する機能層である。前記直線偏光板は、直線偏光子単独または直線偏光子およびその少なくとも一面に貼り付けられた保護フィルムを備えた構成であってもよい。前記直線偏光板の厚さは、200μm以下であってもよく、好ましくは、0.5〜100μmである。厚さが前記の範囲にあると柔軟性が低下し難い傾向にある。
前記直線偏光子は、ポリビニルアルコール(PVA)系フィルムを染色、延伸することで製造されるフィルム型偏光子であってもよい。延伸によって配向したPVA系フィルムに、ヨウ素等の二色性色素が吸着、またはPVAに吸着した状態で延伸されることで二色性色素が配向し、偏光性能を発揮する。前記フィルム型偏光子の製造においては、他に膨潤、ホウ酸による架橋、水溶液による洗浄、乾燥等の工程を有していてもよい。延伸や染色工程はPVA系フィルム単独で行ってもよいし、ポリエチレンテレフタレートのような他のフィルムと積層された状態で行うこともできる。用いられるPVA系フィルムの厚さは好ましくは10〜100μmであり、延伸倍率は好ましくは2〜10倍である。
さらに前記偏光子の他の一例としては、液晶偏光組成物を塗布して形成する液晶塗布型偏光子であってもよい。前記液晶偏光組成物は、液晶性化合物および二色性色素化合物を含むことができる。前記液晶性化合物は液晶状態を示す性質を有していればよく、特にスメクチック相等の高次の配向状態を有していると高い偏光性能を発揮することができるため好ましい。また、液晶性化合物は重合性官能基を有していることも好ましい。
前記二色性色素は、前記液晶化合物とともに配向して二色性を示す色素であって、二色性色素自身が液晶性を有していてもよいし、重合性官能基を有していることもできる。液晶偏光組成物の中のいずれかの化合物は重合性官能基を有している。
前記液晶偏光組成物はさらに開始剤、溶剤、分散剤、レベリング剤、安定剤、界面活性剤、架橋剤、シランカップリング剤などを含むことができる。
前記液晶偏光層は、配向膜上に液晶偏光組成物を塗布して液晶偏光層を形成することにより製造される。
液晶偏光層は、フィルム型偏光子に比べて厚さを薄く形成することができる。前記液晶偏光層の厚さは好ましくは0.5〜10μm、より好ましくは1〜5μmであってもよい。
前記配向膜は、例えば基材上に配向膜形成組成物を塗布し、ラビング、偏光照射等により配向性を付与することで製造することができる。前記配向膜形成組成物は、配向剤の他に溶剤、架橋剤、開始剤、分散剤、レベリング剤、シランカップリング剤等を含んでいてもよい。前記配向剤としては、例えば、ポリビニルアルコール類、ポリアクリレート類、ポリアミック酸類、ポリイミド類を使用できる。光配向を適用する場合にはシンナメート基を含む配向剤を使用することが好ましい。前記配向剤として使用される高分子の重量平均分子量が10,000〜1,000,000程度であってもよい。前記配向膜の厚さは、配向規制力の観点から、好ましくは5〜10,000nm、より好ましは10〜500nmである。前記液晶偏光層は基材から剥離して転写して積層することもできるし、前記基材をそのまま積層することもできる。前記基材が、保護フィルムや位相差板、ウインドウの透明基材としての役割を担うことも好ましい。
前記保護フィルムとしては、透明な高分子フィルムであればよく、前記透明基材に使用される材料、添加剤が使用できる。セルロース系フィルム、オレフィン系フィルム、アクリルフィルム、ポリエステル系フィルムが好ましい。エポキシ樹脂等のカチオン硬化組成物やアクリレート等のラジカル硬化組成物を塗布して硬化して得られるコーティング型の保護フィルムであってもよい。必要により可塑剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、顔料や染料のような着色剤、蛍光増白剤、分散剤、熱安定剤、光安定剤、帯電防止剤、酸化防止剤、滑剤、溶剤等を含んでいてもよい。前記保護フィルムの厚さは、200μm以下であってもよく、好ましくは、1〜100μmである。前記保護フィルムの厚さが前記の範囲にあると、保護フィルムの柔軟性が低下し難い。保護フィルムは、ウインドウの透明基材の役割を兼ねることもできる。
前記λ/4位相差板は、入射光の進行方向に直交する方向(フィルムの面内方向)にλ/4の位相差を与えるフィルムである。前記λ/4位相差板は、セルロース系フィルム、オレフィン系フィルム、ポリカーボネート系フィルム等の高分子フィルムを延伸することで製造される延伸型位相差板であってもよい。必要により位相差調整剤、可塑剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、顔料や染料のような着色剤、蛍光増白剤、分散剤、熱安定剤、光安定剤、帯電防止剤、酸化防止剤、滑剤、溶剤等を含んでいてもよい。前記延伸型位相差板の厚さは、200μm以下であってもよく、好ましくは1〜100μmである。厚さが前記の範囲にあるとフィルムの柔軟性が低下し難い傾向にある。
さらに前記λ/4位相差板の他の一例としては、液晶組成物を塗布して形成する液晶塗布型位相差板であってもよい。前記液晶組成物は、ネマチック、コレステリック、スメクチック等の液晶状態を示す性質を有する液晶性化合物を含む。液晶組成物の中の液晶性化合物を含むいずれかの化合物は重合性官能基を有している。前記液晶塗布型位相差板はさらに開始剤、溶剤、分散剤、レベリング剤、安定剤、界面活性剤、架橋剤、シランカップリング剤などを含むことができる。前記液晶塗布型位相差板は、前記液晶偏光層での記載と同様に配向膜上に液晶組成物を塗布硬化して液晶位相差層を形成することで製造することができる。液晶塗布型位相差板は、延伸型位相差板に比べて厚さを薄く形成することができる。前記液晶偏光層の厚さは、通常0.5〜10μm、好ましくは1〜5μmであってもよい。前記液晶塗布型位相差板は基材から剥離して転写して積層することもできるし、前記基材をそのまま積層することもできる。前記基材が、保護フィルムや位相差板、ウインドウの透明基材としての役割を担うことも好ましい。
一般的には、短波長ほど複屈折が大きく長波長になるほど小さな複屈折を示す材料が多い。この場合には全可視光領域でλ/4の位相差を達成することはできないので、視感度の高い560nm付近に対してλ/4となるような面内位相差100〜180nm、好ましくは130〜150nmとなるように設計されることが多い。通常とは逆の複屈折率波長分散特性を有する材料を用いた逆分散λ/4位相差板を用いることは視認性をよくすることができるので好ましい。このような材料としては延伸型位相差板の場合は特開2007−232873号公報等、液晶塗布型位相差板の場合には特開2010−30979号公報に記載されているものを用いることも好ましい。
また、他の方法としてはλ/2位相差板と組合せることで広帯域λ/4位相差板を得る技術も知られている(特開平10−90521号公報)。λ/2位相差板もλ/4位相差板と同様の材料方法で製造される。延伸型位相差板と液晶塗布型位相差板との組合せは任意であるが、どちらも液晶塗布型位相差板を用いることは厚さを薄くすることができるので好ましい。
前記円偏光板には斜め方向の視認性を高めるために、正のCプレートを積層する方法も知られている(特開2014−224837号公報)。正のCプレートも液晶塗布型位相差板であっても延伸型位相差板であってもよい。厚さ方向の位相差は−200〜−20nm好ましくは−140〜−40nmである。
[タッチセンサ]
本発明のフレキシブルディスプレイは、タッチセンサをさらに備えていてもよい。タッチセンサは入力手段として用いられる。タッチセンサとしては、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、電磁誘導方式、静電容量方式等様々な様式が提案されており、いずれの方式でも構わない。中でも静電容量方式が好ましい。静電容量方式タッチセンサは活性領域および前記活性領域の外郭部に位置する非活性領域に区分される。活性領域は表示パネルで画面が表示される領域(表示部)に対応する領域であって、使用者のタッチが感知される領域であり、非活性領域は表示装置で画面が表示されない領域(非表示部)に対応する領域である。タッチセンサはフレキシブルな特性を有する基板と;前記基板の活性領域に形成された感知パターンと;前記基板の非活性領域に形成され、前記感知パターンとパッド部を介して外部の駆動回路と接続するための各センシングラインを含むことができる。フレキシブルな特性を有する基板としては、前記ウインドウの透明基板と同様の材料が使用できる。タッチセンサの基板は、その靱性が2,000MPa%以上であるものがタッチセンサのクラック抑制の面から好ましい。より好ましくは靱性が2,000〜30,000MPa%であってもよい。ここで、靭性は、高分子材料の引張実験を通じて得られる応力(MPa)−歪み(%)曲線(Stress-strain curve)で破壊点までの曲線の下部面積として定義される。
前記感知パターンは、第1方向に形成された第1パターンおよび第2方向に形成された第2パターンを備えることができる。第1パターンと第2パターンは互いに異なる方向に配置される。第1パターンおよび第2パターンは、同一層に形成され、タッチされる地点を感知するためには、それぞれのパターンが電気的に接続されなければならない。第1パターンは各単位パターンが継ぎ手を介して互いに接続された形態であるが、第2パターンは各単位パターンがアイランド形態に互いに分離された構造になっているので、第2パターンを電気的に接続するためには別途のブリッジ電極が必要である。感知パターンは周知の透明電極素材を適用することができる。例えば、インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、亜鉛酸化物(ZnO)、インジウム亜鉛スズ酸化物(IZTO)、インジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO)、カドミウムスズ酸化物(CTO)、PEDOT(poly(3,4−ethylenedioxythiophene))、炭素ナノチューブ(CNT)、グラフェン、金属ワイヤなどを挙げることができ、これらは単独または2種以上混合して使用することができる。好ましくはITOを使用することができる。金属ワイヤに使用される金属は特に限定されず、例えば、銀、金、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、チタン、テレニウム、クロムなどを挙げることができる。これらは単独または2種以上混合して使用することができる。
ブリッジ電極は感知パターン上部に絶縁層を介して前記絶縁層上部に形成することができ、基板上にブリッジ電極が形成されており、その上に絶縁層および感知パターンを形成することができる。前記ブリッジ電極は感知パターンと同じ素材で形成することもでき、モリブデン、銀、アルミニウム、銅、パラジウム、金、白金、亜鉛、スズ、チタンまたはこれらのうちの2種以上の合金などの金属で形成することもできる。第1パターンと第2パターンは電気的に絶縁されなければならないので、感知パターンとブリッジ電極の間には絶縁層が形成される。絶縁層は第1パターンの継ぎ手とブリッジ電極の間にのみ形成することもでき、感知パターンを覆う層の構造に形成することもできる。後者の場合は、ブリッジ電極は絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して第2パターンを接続することができる。前記タッチセンサはパターンが形成されたパターン領域と 、パターンが形成されていない非パターン領域間の透過率の差、具体的には、これらの領域における屈折率の差によって誘発される光透過率の差を適切に補償するための手段として基板と電極の間に光学調節層をさらに含むことができ、前記光学調節層は無機絶縁物質または有機絶縁物質を含むことができる。光学調節層は光硬化性有機バインダーおよび溶剤を含む光硬化組成物を基板上にコーティングして形成することができる。前記光硬化組成物は無機粒子をさらに含むことができる。前記無機粒子によって光学調節層の屈折率を上昇させることができる。
前記光硬化性有機バインダーは、例えば、アクリレート系単量体、スチレン系単量体、カルボン酸系単量体などの各単量体の共重合体を含むことができる。前記光硬化性有機バインダーは、例えば、エポキシ基含有繰り返し単位、アクリレート繰り返し単位、カルボン酸繰り返し単位などの互いに異なる各繰り返し単位を含む共重合体であってもよい。
前記無機粒子は、例えば、ジルコニア粒子、チタニア粒子、アルミナ粒子などを含むことができる。前記光硬化組成物は、光重合開始剤、重合性モノマー、硬化補助剤などの各添加剤をさらに含むこともできる。
[接着層]
前記フレキシブルディスプレイ用積層体を形成する各層(ウインドウ、偏光板、タッチセンサ)並びに各層を構成するフィルム部材(直線偏光板、λ/4位相差板等)は接着剤によって接着することができる。接着剤としては、水系接着剤、有機溶剤系接着剤、無溶剤系接着剤、固体接着剤、溶剤揮散型接着剤、湿気硬化型接着剤、加熱硬化型接着剤、嫌気硬化型接着剤、活性エネルギー線硬化型接着剤、硬化剤混合型接着剤、熱溶融型接着剤、感圧型接着剤(粘着剤)、再湿型接着剤等、汎用に使用されているものが使用できる。中でも水系溶剤揮散型接着剤、活性エネルギー線硬化型接着剤、粘着剤がよく用いられる。接着層の厚さは、求められる接着力等に応じて適宜調節することができ、例えば0.01〜500μm、好ましくは0.1〜300μmである。接着層は、前記フレキシブルディスプレイ用積層体には複数存在してよいが、それぞれの厚さおよび用いられる接着剤の種類は同じであっても異なっていてもよい。
前記水系溶剤揮散型接着剤としてはポリビニルアルコール系ポリマー、でんぷん等の水溶性ポリマー、エチレン−酢酸ビニル系エマルジョン、スチレン−ブタジエン系エマルジョン等水分散状態のポリマーを主剤ポリマーとして使用することができる。水、前記主剤ポリマーに加えて、架橋剤、シラン系化合物、イオン性化合物、架橋触媒、酸化防止剤、染料、顔料、無機フィラー、有機溶剤等を配合してもよい。前記水系溶剤揮散型接着剤によって接着する場合、前記水系溶剤揮散型接着剤を被接着層間に注入して被着層を貼合した後、乾燥させることで接着性を付与することができる。前記水系溶剤揮散型接着剤を用いる場合の接着層の厚さは0.01〜10μm、好ましくは0.1〜1μmであってもよい。前記水系溶剤揮散型接着剤を複数層の形成に用いる場合、それぞれの層の厚さおよび前記接着剤の種類は同じであっても異なっていてもよい。
前記活性エネルギー線硬化型接着剤は、活性エネルギー線を照射して接着剤層を形成する反応性材料を含む活性エネルギー線硬化組成物の硬化により形成することができる。前記活性エネルギー線硬化組成物は、ハードコート組成物と同様のラジカル重合性化合物およびカチオン重合性化合物の少なくとも1種の重合物を含有することができる。前記ラジカル重合性化合物とは、ハードコート組成物と同様であり、ハードコート組成物と同様の種類のものが使用できる。接着層に用いられるラジカル重合性化合物としてはアクリロイル基を有する化合物が好ましい。接着剤組成物としての粘度を下げるために単官能の化合物を含むことも好ましい。
前記カチオン重合性化合物は、ハードコート組成物と同様であり、ハードコート組成物と同様の種類のものが使用できる。活性エネルギー線硬化組成物に用いられるカチオン重合性化合物としては、エポキシ化合物が特に好ましい。接着剤組成物の粘度を下げるために単官能の化合物を反応性希釈剤として含むことも好ましい。
活性エネルギー線組成物には重合開始剤をさらに含むことができる。重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤、カチオン重合開始剤、ラジカルおよびカチオン重合開始剤等であり、適宜選択して用いることができる。これらの重合開始剤は、活性エネルギー線照射および加熱の少なくとも一種により分解されて、ラジカルもしくはカチオンを発生してラジカル重合とカチオン重合を進行させるものである。ハードコート組成物の記載の中で活性エネルギー線照射によりラジカル重合またはカチオン重合の内の少なくともいずれか開始することができる開始剤を使用することができる。
前記活性エネルギー線硬化組成物はさらに、イオン捕捉剤、酸化防止剤、連鎖移動剤、密着付与剤、熱可塑性樹脂、充填剤、流動粘度調整剤、可塑剤、消泡剤溶剤、添加剤、溶剤を含むことができる。前記活性エネルギー線硬化型接着剤によって接着する場合、前記活性エネルギー線硬化組成物を被接着層のいずれかまたは両方に塗布後貼合し、いずれかの被着層または両方の被着層を通して活性エネルギー線を照射して硬化させることで接着することができる。前記活性エネルギー線硬化型接着剤を用いる場合の接着層の厚さは0.01〜20μm、好ましくは0.1〜10μmであってもよい。前記活性エネルギー線硬化型接着剤を複数層の形成に用いる場合には、それぞれの層の厚さおよび用いられる接着剤の種類は同じであっても異なっていてもよい。
前記粘着剤としては、主剤ポリマーに応じて、アクリル系粘着剤、ウレタン系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤等に分類され何れを使用することもできる。粘着剤には主剤ポリマーに加えて、架橋剤、シラン系化合物、イオン性化合物、架橋触媒、酸化防止剤、粘着付与剤、可塑剤、染料、顔料、無機フィラー等を配合してもよい。前記粘着剤を構成する各成分を溶剤に溶解・分散させて粘着剤組成物を得て、該粘着剤組成物を基材上に塗布した後に乾燥させることで、粘着層(接着層)が形成される。粘着層は直接形成されてもよいし、別途基材に形成したものを転写することもできる。接着前の粘着面をカバーするためには離型フィルムを使用することも好ましい。前記粘着剤を用いる場合の接着層の厚さは1〜500μm、好ましくは2〜300μmであってもよい。前記粘着剤を複数層の形成に用いる場合、それぞれの層の厚さおよび用いられる粘着剤の種類は同じであっても異なっていてもよい。
[遮光パターン]
前記遮光パターンは前記フレキシブルディスプレイのベゼルまたはハウジングの少なくとも一部として適用することができる。遮光パターンによって前記フレキシブルディスプレイの辺縁部に配置される配線が隠されて視認されにくくすることで、画像の視認性が向上する。前記遮光パターンは単層または複層の形態であってもよい。遮光パターンのカラーは特に制限されることはなく、黒色、白色、金属色などの多様なカラーを有することができる。遮光パターンはカラーを具現するための顔料と、アクリル系樹脂、エステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリウレタン、シリコーンなどの高分子で形成することができる。これらの単独または2種類以上の混合物で使用することもできる。前記遮光パターンは、印刷、リソグラフィ、インクジェットなど各種の方法にて形成することができる。遮光パターンの厚さは、通常1〜100μm、好ましくは2〜50μmである。また、遮光パターンの厚さ方向に傾斜等の形状を付与することも好ましい。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。例中の「%」および「部」は、特記ない限り、質量%および質量部を意味する。まず始めに物性値の測定方法を説明する。
(重量平均分子量(Mw)の測定)
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて測定を行った。測定試料の調製方法および測定条件は下記の通りである。
(1)試料調整方法
樹脂を20mg秤りとり、10mLのDMF(10mmol/L臭化リチウム)を加え、完全に溶解させた。この溶液をクロマトディスク(孔径0.45μm)にてろ過し、試料溶液とした。
(2)測定条件
装置:HLC−8020GPC
カラム:ガードカラム+TSKgelα−M(300mm×7.8mm径)×2本+α−2500(300mm×7.8mm径)×1本
溶離液:DMF(10mmol/Lの臭化リチウム添加)
流量:1.0mL/分
検出器:RI検出器
カラム温度:40℃
注入量:100μL
分子量標準:標準ポリスチレン
(広角X線回折測定)
ガラス試料板の上に、ポリイミド系樹脂粉体を試料上面が平らになるように敷きつめ、測定試料を調製し、下記の測定条件で広角X線回折の測定を行った。得られた測定結果において、結晶質に由来する回折ピークの有無を確認し、該ピークが検出されないことにより樹脂粉体が非晶質であることを確認した。
<測定条件>
X線回折装置:X′ Pert PRO MPD(スペクトリス(株)製)
電圧:45kV
電流:40mA
測定範囲:2θ=5〜90°
(比表面積)
前処理装置としてBELPREP−vacII(マイクロトラック・ベル(株)製)を用い、真空条件下、120℃で8時間の処理条件でポリイミド系樹脂粉体を前処理し、測定試料を調製した。かかる測定試料について、定容法を用いて吸着等温線を測定し、BET法により比表面積を算出した。
<測定条件>
測定装置:BELSORP−Max(マイクロトラック・ベル(株)製)
吸着温度:77K
吸着質:Kr
飽和蒸気圧:0.3320kPa
吸着質断面積:0.2020nm
平衡待ち時間:500秒間の圧力変化が圧力計の読み値の0.2%以内。
測定回数:N=1
(安息角)
パウダーテスターPT−X(ホソカワミクロン(株)製)を測定装置として用い、ポリイミド系樹脂粉体を一定の高さの漏斗から水平な基板の上に落下させ、生成した堆積物の角度を測定し安息角とした。
(タップ密度)
ポリイミド系樹脂粉体を20mLのメスシリンダーに入れ、3分間タッピングした。粉体の質量(g)をタッピング後の体積(cm)で除して、タップ密度(g/cm)を計算した。
(色度)
ポリイミド系樹脂粉体をシャーレに入れたものを測定試料とし、コニカミノルタ(株)製の色彩色差計「CR−5」を用いて、次の測定条件で色度(JIS Z 8781−4:2013に準拠)を測定した。
<測定条件>
観察条件:2°視野(CIE1931)
観察光源:C
表色系:L色空間
色差式:ΔEab(CIE1976)色差式
インデックス:なし
測定タイプ:シャーレ測定
測定径φ:30mm
(粒度分布)
ポリイミド系樹脂粉体を測定試料とし、マイクロトラック粒度分析計 MT−3100II(日機装(株)製)を用いて、次の測定条件で粒度分布を測定した。
<測定条件>
粒子屈折率:1.53
測定方法:乾式レーザー回折法
[樹脂の溶媒への溶解性の確認]
製造例1と同じ組成の樹脂粉体を準備し、下記の方法で溶媒への溶解性を確認した。
30mLのガラス製スクリュー管に溶媒を9.9g量りとり、さらにマグネチックスターラーを入れて撹拌した。そこに上記樹脂粉体を0.1g加え、室温(24℃)で3時間撹拌し、溶解性を確認した。
結果、樹脂粉体は、DMAcには溶解したが、メタノールとイオン交換水には溶解しなかった。したがって、DMAcは良溶媒であり、メタノールとイオン交換水は貧溶媒である。また、撹拌中の外観において、樹脂粉体はメタノール中に舞っている状態であるが、水中には入っていかず、水面で留まっていた。このことから、メタノールと水を比較して、水の方が貧溶媒の度合いが高いと推定される。
(耐屈曲性試験)
実施例および比較例で得られた光学フィルムを、ダンベルカッターを用いて10mm×100mmの大きさにカットした。カットしたフィルムをMIT耐折疲労試験機((株)東洋精機製作所製「MIT−DA」 形式:0530)本体にセットして、試験速度175cpm、折り曲げ角度135°、加重0.75kg、折り曲げクランプのR=1.0mmの条件で、裏表両方向への折り曲げ試験を実施し、各フィルムの耐屈曲回数(破断せずに折り曲げ可能な回数)を測定した。
[製造例1:ポリイミド系樹脂1の製造]
十分に乾燥させた撹拌機と温度計を備える反応容器に、窒素を導通させ、容器内を窒素で置換した。反応容器内を10℃に冷却し、DMAc 1567.4kgを容器に入れ、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB) 91.8kgと4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸二無水物(6FDA) 38.6kgを加え、3時間撹拌した。
次いで、4,4’−オキシビス(ベンゾイルクロリド)(OBBC) 4.3kgとテレフタロイルクロリド(TPC) 15.9kgを加え、30分撹拌し、同量のOBBCおよびTPCを添加し、同時間撹拌した。生成した反応液にDMAcを1567.4kg、TPC 3.5kgを加え、更に10℃で2時間撹拌した。
次いで、ジイソプロピルエチルアミン 26.2kgおよび無水酢酸 62.1kgを加え、10℃に保ったまま30分間撹拌した後、4−ピコリン 18.9kgを加え、反応容器を75℃に昇温し、さらに3時間撹拌し、反応液を得た。
反応液を冷却し、40℃以下に下がったところで、メタノール 940.4kgを加えた。このようにして得た反応液を、以下において反応液(1)と称する。この段階では反応液(1)は透明であり、粒子の析出はなかった。
[製造例2:ポリイミド系樹脂2の製造]
十分に乾燥させた撹拌機と温度計を備える反応容器に、窒素を導通させ、容器内を窒素で置換した。反応容器内に、DMAc 512.29g、TFMB 30.00g(93.68mmol)を加え、室温で撹拌しながらTFMBをDMAcに溶解させた。次に、6FDA 12.61g(28.39mmol)と、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA) 2.78g(9.46mmol)、次いで、TPC 11.53g(56.78mmol)を添加し、室温で1時間撹拌した。
次いで、フラスコに4−ピコリン 5.29g(56.78mmol)と無水酢酸 27.05g(264.95mmol)とを加え、室温で30分間撹拌した後、反応容器を70℃に昇温し、さらに3時間撹拌し、反応液を得た。
反応液を冷却し、40℃以下に下がったところで、メタノール 307.36gを加えた。このようにして得た反応液を、以下において反応液(2)と称する。この段階では反応液(2)は透明であり、粒子の析出はなかった。
[実施例1:ポリイミド系樹脂粉体1の製造]
撹拌機と温度計を備える反応容器に、窒素を導通させ、容器内を窒素で置換した。20℃で撹拌しながら反応容器内に上記反応液(1) 1452.2kgを入れた。次いで、30kg/分の速度で第1の貧溶媒としてメタノール 1253.9kgを滴下し、次いで7kg/分の速度で第2の貧溶媒としてイオン交換水 783.7kgを滴下し、白色固体を析出させた。析出した白色固体を遠心ろ過により捕集し、メタノールで洗浄することにより、ポリイミド系樹脂を含むウェットケーキを得た。得られたウェットケーキを減圧下、78℃で乾燥させることにより52kgのポリイミド系樹脂粉体1を得た。
得られたポリイミド系樹脂粉体1に対する各測定の結果を下記に示す。
重量平均分子量(Mw):343,000
広角X線回折:非晶質
BET比表面積:0.22m/g
タップ密度:0.41g/cm
安息角:37.8°
色度(L表色系):L=98.22、a=−2.29、b=6.56
粒度分布:d10=152μm、d50=205μm、d90=264μm
上記で作製したポリイミド系樹脂粉体1をDMAcに溶解して樹脂濃度が10質量%であるポリイミド溶液を得た。得られたポリイミド溶液をポリエステル基材(東洋紡(株)製、商品名「A4100」)の平滑面上に自立膜の厚さが55μmとなるようにアプリケーターを用いて塗布し、50℃で30分間、次いで140℃で15分間乾燥後、得られた塗膜をポリエステル基材から剥離して、自立膜を得た。自立膜を金枠に固定し、さらに大気下、200℃で40分間乾燥し、厚さ50μmのポリイミド系樹脂フィルム1を得た。
得られたポリイミド系樹脂フィルム1の耐屈曲性試験を行ったところ、耐屈曲回数は、10万回超であった。
[実施例2:ポリイミド系樹脂粉体2の製造]
撹拌機と温度計を備える反応容器に、窒素を導通させ、容器内を窒素で置換した。20℃で撹拌しながら反応容器内に上記反応液(2) 0.500kgを入れた。次いで、0.04kg/分の速度で第1の貧溶媒としてメタノール 0.432kgを滴下し、次いで0.014kg/分の速度で第2の貧溶媒としてイオン交換水 0.270kgを滴下し、白色固体を析出させた。析出した白色固体を減圧ろ過により捕集し、メタノールで洗浄することにより、ポリイミド系樹脂を含むウェットケーキを得た。得られたウェットケーキを減圧下、78℃で乾燥させて、0.031kgのポリイミド系樹脂粉体2を得た。
得られたポリイミド系樹脂粉体2に対する各測定の結果を下記に示す。
重量平均分子量(Mw):340,000
広角X線回折:非晶質
BET比表面積:1.33m/g
色度(L表色系):L=99.61、a=−2.04、b=4.95
上記で得られたポリイミド系樹脂粉体2を使用した以外は、同様の方法にて、厚さ50μmのポリイミド系樹脂フィルム2を得た。
得られたポリイミド系樹脂フィルム2の耐屈曲性試験を行ったところ、耐屈曲回数は10万回超であった。
(取り扱い性および溶媒への溶解性の評価)
500mLガラスビーカーに190gのGBLを入れ、撹拌機で撹拌した。実施例1および実施例2で得られた粉体10gを、それぞれ、ポリエチレン製カップに量りとった。次に溶媒の入った前記ガラスビーカーへ、量りとった粉体をカップから流し入れた。粉体を流し入れる際の取り扱い性、および、流し入れた後の溶媒への溶解性を、次の基準で評価した。実施例1および実施例2で作製した粉体は、きれいに流し入れることが可能であり、ダマ等の発生は無かった。また、1時間撹拌を行ったところ、無色透明の溶液が得られた。そのため、取り扱い性および溶媒への溶解性共に以下の評価基準で○の評価であり、取り扱い性および溶解性が良好であることが確認された。
〈取り扱い性〉
○:粉体をきれいに流し入れることができ、ダマの発生がなかった。
×:粉体をきれいに流し入れることができず、ダマが発生した。
〈溶媒への溶解性〉
○:粉体が溶媒へ溶解し、無色透明の溶液が得られる。
×:粉体が溶媒へ溶解しない。
[比較例1]
撹拌機と温度計を備えた反応容器に、窒素を導通させ、容器内を窒素で置換した。20℃で撹拌しながら、反応容器内に製造例1で得た反応液(1) 1,452.2kgを入れた。次いで、ノズル(内径:22mm)から30kg/分の速度で第1の貧溶媒としてメタノール 1253.9kgを滴下した。滴下の途中から溶液が白濁し始めた。
次いで、さらに、ノズル(内径:22mm)から7kg/分の速度でメタノール 783.7kgを滴下した。滴下が進むにつれて、溶液の白濁の程度が強くなった。
析出した白色固体を遠心ろ過により捕集し、メタノールで洗浄することにより、ポリアミドイミド樹脂を含むゴム状の混合物を得た。得られた混合物の着色は見られないが、ゴム状であり、ろ布への固着が確認され、粉体として回収できなかった。

Claims (8)

  1. 比表面積が10m/g以下であり、重量平均分子量が100,000以上であり、粒度分布におけるd 50 が20〜800μmであり、かつ、L 表色系に基づく色差測定において、L ≧90、−10≦a ≦10、および−10≦b ≦10を満たす、非晶性ポリイミド系樹脂粉体。
  2. 安息角が45°以下である、請求項1に記載のポリイミド系樹脂粉体。
  3. タップ密度が0.3〜0.6g/cmである、請求項1または2に記載のポリイミド系樹脂粉体。
  4. 請求項1〜のいずれかに記載のポリイミド系樹脂粉体の製造方法であって、
    ポリイミド系樹脂が良溶媒中に溶解した溶液を前記ポリイミド系樹脂に対する少なくとも2種の貧溶媒と接触させることを含み、前記ポリイミド系樹脂の溶液と第1の貧溶媒とを接触させる工程、および、前記工程で得られた溶液に第2の貧溶媒を添加する工程を含む、製造方法。
  5. 請求項1〜のいずれかに記載のポリイミド系樹脂粉体を用いて形成される光学フィルム。
  6. 請求項5に記載の光学フィルムを備えるフレキシブルディスプレイ。
  7. タッチセンサをさらに備える、請求項に記載のフレキシブルディスプレイ。
  8. 偏光板をさらに備える、請求項またはに記載のフレキシブルディスプレイ。
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