JP6939768B2 - ポリイミドフィルム、ポリイミドフィルムの製造方法、及びポリイミド前駆体樹脂組成物 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、ポリカーボネートシートの剛性と耐衝撃性を向上することを目的として、特定の曲げ弾性率を有する透明硬質樹脂層の両面にポリカーボネート樹脂層を有する、透明導電膜基材用の透明多層合成樹脂シートが記載されている。
以上のことから、剛性と耐屈曲性が向上し、光学的歪みが低減した樹脂フィルムが求められている。
また、本発明は、前記樹脂フィルムの製造方法、及び、前記樹脂フィルムの製造に適したポリイミド前駆体樹脂組成物を提供することを目的とする。
25℃から10℃/分で単調昇温した際に250℃以上400℃以下のいずれかで、少なくとも一方向における下記式で示される寸法収縮率が0.1%以上を示すものであり、
寸法収縮率(%)=[{(25℃の寸法)−(昇温後の寸法)}/(25℃の寸法)]×100
波長590nmにおける厚み方向の複屈折率が0.020以下であり、
JIS K7361−1に準拠して測定する全光線透過率が、厚み10μmにおいて、80%以上である、ポリイミドフィルムを提供する。
線熱膨張係数が−10ppm/℃以上40ppm/℃以下であり、
波長590nmにおける厚み方向の複屈折率が0.020以下であり、
JIS K7361−1に準拠して測定する全光線透過率が、厚み10μmにおいて、80%以上であり、
前記ポリイミドが、下記一般式(1)及び下記一般式(3)で表される構造からなる群から選ばれる少なくとも1種の構造を有するポリイミドフィルムを提供する。
芳香族環を含むポリイミド前駆体と、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子と、有機溶剤とを含み、且つ含有水分量1000ppm以下であるポリイミド前駆体樹脂組成物を調製する工程と、
前記ポリイミド前駆体樹脂組成物を支持体に塗布して、ポリイミド前駆体樹脂塗膜を形成する工程と、
加熱をすることにより、前記ポリイミド前駆体をイミド化する工程と、
前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜、及び、前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜をイミド化したイミド化後塗膜の少なくとも一方を延伸する工程と、を含む、
ポリイミドと、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子とを含有し、25℃から10℃/分で単調昇温した際に250℃以上400℃以下のいずれかで少なくとも一方向における下記式で示される寸法収縮率が0.1%以上を示すものであり、
寸法収縮率(%)=[{(25℃の寸法)−(昇温後の寸法)}/(25℃の寸法)]×100
波長590nmにおける厚み方向の複屈折率が0.020以下であり、JIS K7361−1に準拠して測定する全光線透過率が、厚み10μmにおいて、80%以上であるポリイミドフィルムの製造方法である。
更に、本発明においては、芳香族環を含むポリイミド前駆体と、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子と、窒素原子を含む有機溶剤を含む、ポリイミド前駆体樹脂組成物も提供する。
また、本発明は、前記樹脂フィルムの製造方法、及び、前記樹脂フィルムの製造に適したポリイミド前駆体樹脂組成物を提供することができる。
本発明の第一の態様のポリイミドフィルムは、ポリイミドと、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子とを含有し、
25℃から10℃/分で単調昇温した際に250℃以上400℃以下のいずれかで、少なくとも一方向における下記式で示される寸法収縮率が0.1%以上を示すものであり、
寸法収縮率(%)=[{(25℃の寸法)−(昇温後の寸法)}/(25℃の寸法)]×100
波長590nmにおける厚み方向の複屈折率が0.020以下であり、
JIS K7361−1に準拠して測定する全光線透過率が、厚み10μmにおいて、80%以上である、ポリイミドフィルムである。
当該寸法収縮率は、0.3%以上であることが好ましく、一方で、大きすぎると加熱によるしわの発生などの恐れがある点から、60%以下が好ましく、40%以下が更に好ましい。
本発明における寸法収縮率は、熱機械的分析装置(TMA)により、窒素雰囲気中で25℃から10℃/分の昇温速度で、400℃まで温度を上昇させていくことにより求めることができる。通常の正の線熱膨張係数を有するポリイミドフィルムは、温度の上昇に伴い、寸法が単調増加し、軟化温度に達した時に、急激に寸法が大きくなる。一方、イミド化後に延伸処理を行ったポリイミドフィルムは、温度上昇に伴い、その延伸処理を行った温度に対応する温度付近で、寸法が収縮する。その250℃以上400℃以下のいずれかで収縮した時のサンプル寸法と、25℃の時のサンプル寸法とを用いて前記式により、寸法収縮率を求める。
250℃以上400℃以下の範囲のいずれかの温度で、上記寸法収縮率を満たせばよい。
収縮率であるので、250℃以上400℃以下の温度範囲での各温度におけるサンプル寸法が、25℃の時のサンプル寸法より小さくなった時に正の値として得られる。一般に、250℃以上400℃以下の温度範囲に寸法収縮率の極大値を示すとそうでない場合があるが、極大値を取る場合だけではなく、単純に各温度の寸法と25℃の時の寸法の比率から計算される。
吸湿の大きいフィルムを測定したときなどは、水分の揮発による寸法収縮が100℃付近に見受けられる場合がある。本発明のポリイミド樹脂組成物は、それらと区別するため250℃以上400℃以下の範囲のいずれかで収縮挙動を示すことを特徴とする。中でも、280℃以上400℃以下の範囲のいずれかの温度で、上記寸法収縮率を満たすことが好ましい。
なお、本発明のポリイミドフィルムの前記波長590nmにおける厚み方向の複屈折率は、以下のように求めることができる。
まず、位相差測定装置(例えば、王子計測機器株式会社製、製品名「KOBRA−WR」)を用いて、23℃、波長590nmの光で、ポリイミドフィルムの厚み方向位相差値(Rth)を測定する。厚み方向位相差値(Rth)は、0度入射の位相差値と、斜め40度入射の位相差値を測定し、これらの位相差値から厚み方向位相差値Rthを算出する。前記斜め40度入射の位相差値は、位相差フィルムの法線から40度傾けた方向から、波長590nmの光を位相差フィルムに入射させて測定する。
ポリイミドフィルムの厚み方向の複屈折率は、式:Rth/dに代入して求めることができる。前記dは、ポリイミドフィルムの膜厚(nm)を表す。
なお、厚み方向位相差値は、フィルムの面内方向における遅相軸方向(フィルム面内方向における屈折率が最大となる方向)の屈折率をnx、フィルム面内における進相軸方向(フィルム面内方向における屈折率が最小となる方向)の屈折率をny、及びフィルムの厚み方向の屈折率をnzとしたときに、Rth[nm]={(nx+ny)/2−nz}×dと表すことができる。
JIS K7361−1に準拠して測定する全光線透過率は、例えば、ヘイズメーター(例えば村上色彩技術研究所製 HM150)により測定することができる。厚みが10μmでない場合は、ランベルトベールの法則により換算値を求めることができ、それを利用することができる。
線熱膨張係数が−10ppm/℃以上40ppm/℃以下であり、
波長590nmにおける厚み方向の複屈折率が0.020以下であり、
JIS K7361−1に準拠して測定する全光線透過率が、厚み10μmにおいて、80%以上であり、
前記ポリイミドが、下記一般式(1)及び下記一般式(3)で表される構造からなる群から選ばれる少なくとも1種の構造を有するポリイミドフィルムである。
ここで本発明における線熱膨張係数は、熱機械分析装置(例えばTMA−60(島津製作所株式会社製)によって、昇温速度を10℃/分、評価サンプルの断面積当たりの荷重が同じになるように引張り荷重を9g/0.15mm2として、100℃〜150℃の範囲の線熱膨張係数を算出して得られる値である。例えば、サンプル幅を5mm、チャック間距離を15mmとして測定することができる。
また、第二の態様のポリイミドフィルムにおける前記複屈折率、前記全光線透過率は、第一の態様における前記複屈折率、前記全光線透過率と同様である。
また、本発明の第二の態様によれば、芳香族環を含み特定の構造を有するポリイミドと特定の分極軸を有する無機粒子とを含有し、前記特定の線熱膨張係数、前記特定の複屈折率、及び前記特定の全光線透過率とを有するポリイミドフィルムとしたことにより、剛性と耐屈曲性が向上し、光学的歪みが低減した樹脂フィルムを提供することができる。
この理由については、前述の他、以下のように推定される。
それに対して、本発明によれば、延伸フィルムとすることにより芳香族環を含むポリイミドの分子鎖を高密度に配向させて剛性を向上(第一の態様)、または、芳香族環を含み、特定の剛直な化学構造を有することにより低い線熱膨張係数を有し、高い配向性を有するポリイミドを選択することにより剛性を向上(第二の態様)させ、更に、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子を組み合わせることにより、当該無機粒子は、長径が、ポリイミドの高分子鎖が延伸乃至配向された方向に配向する。これにより、前記無機粒子の長径方向と直交する方向のより大きい屈折率が、ポリイミドの高分子鎖の配向による位相差を打ち消すことができる。
その結果、本発明によれば、剛性と耐屈曲性が向上し、光学的歪みが低減した樹脂フィルムを提供することができる。このようにポリイミドの分子鎖を高密度に配向させたポリイミドフィルムは、耐衝撃性にも優れたものになる。このような本発明のポリイミドフィルムは、樹脂フィルムの中でも実現が困難な、折り癖や折り跡が残らない程優れた耐屈曲性と、高い剛性を両立した、光学的歪みが低減した樹脂フィルムとすることもできる。
以上のことから、本発明のポリイミドフィルムによれば、耐衝撃性乃至耐屈曲性を有し、且つ耐熱性及び剛性が向上した、透明で光学的歪みが低減した樹脂フィルムとすることができる。
本発明に係るポリイミドフィルムは、芳香族環を含むポリイミドと、前記特定の無機粒子とを含有し、前記特定の特性を有するものである。本発明の効果が損なわれない限り、更にその他の成分を含有していても良いし、他の構成を有していても良い。
ポリイミドは、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とを反応させて得られるものである。テトラカルボン酸成分とジアミン成分の重合によってポリアミド酸を得てイミド化することが好ましい。イミド化は、熱イミド化で行っても、化学イミド化で行ってもよい。また、熱イミド化と化学イミド化とを併用した方法で製造することもできる。
本発明で用いられるポリイミドは、芳香族環を含むポリイミドであり、テトラカルボン酸成分及びジアミン成分の少なくとも一方に芳香族環を含むものである。
これらは単独でも、2種以上を混合して用いることもできる。
これらは単独でも、2種以上を混合して用いることもできる。
ポリイミドに(i)フッ素原子を含むとポリイミド骨格内の電子状態を電荷移動し難くすることができる点から光透過性が向上する。
ポリイミドに(ii)脂肪族環を含むと、ポリイミド骨格内のπ電子の共役を断ち切ることで骨格内の電荷の移動を阻害することができる点から光透過性が向上する。
ポリイミドに(iii)芳香族環同士の電子共役を切断する連結基を含むと、ポリイミド骨格内のπ電子の共役を断ち切ることで骨格内の電荷の移動を阻害することができる点からの点から光透過性が向上する。このような芳香族環同士の電子共役を切断する連結基としては、例えば、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル結合、チオカルボニル結合、アミド結合、スルホニル結合、及び、スルフィニル結合、並びに、フッ素で置換されていても良いアルキレン基等の2価の連結基が挙げられる。
フッ素原子の含有割合は、ポリイミド表面をX線光電子分光法により測定したフッ素原子数(F)と炭素原子数(C)の比率(F/C)が、0.01以上であることが好ましく、更に0.05以上であることが好ましい。一方でフッ素原子の含有割合が高すぎるとポリイミド本来の耐熱性などが低下する恐れがあることから、前記フッ素原子数(F)と炭素原子数(C)の比率(F/C)が1以下であることが好ましく、更に0.8以下であることが好ましい。
ここで、X線光電子分光法(XPS)の測定による上記比率は、X線光電子分光装置(例えば、Thermo Scientific社 Theta Probe)を用いて測定される各原子の原子%の値から求めることができる。
ポリイミドに含まれる炭素原子に結合する水素原子の70%以上が、芳香族環に直接結合する水素原子であるポリイミドである場合には、大気中における加熱工程を経ても、例えば200℃以上で延伸を行っても、光学特性、特に全光線透過率や黄色度YI値の変化が少ない点から好ましい。ポリイミドに含まれる炭素原子に結合する水素原子の70%以上が、芳香族環に直接結合する水素原子であるポリイミドである場合には、酸素との反応性が低いため、ポリイミドの化学構造が変化し難いことが推定される。ポリイミドフィルムはその高い耐熱性を利用し、加熱を伴う加工工程が必要なデバイスなどに用いられる場合が多いが、ポリイミドに含まれる炭素原子に結合する水素原子の70%以上が、芳香族環に直接結合する水素原子であるポリイミドである場合には、これら後工程を透明性維持のために不活性雰囲気下で実施する必要が生じないので、設備コストや雰囲気制御にかかる費用を抑制できるというメリットがある。
ここで、ポリイミドに含まれる炭素原子に結合する全水素原子(個数)中の、芳香族環に直接結合する水素原子(個数)の割合は、ポリイミドの分解物を高速液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフ質量分析計及びNMRを用いて求めることができる。例えば、サンプルを、アルカリ水溶液、又は、超臨界メタノールにより分解し、得られた分解物を、高速液体クロマトグラフィーで分離し、当該分離した各ピークの定性分析をガスクロマトグラフ質量分析計及びNMR等を用いて行い、高速液体クロマトグラフィーを用いて定量することでポリイミドに含まれる全水素原子(個数)中の、芳香族環に直接結合する水素原子(個数)の割合を求めることができる。
また、ジアミン残基とは、ジアミンから2つのアミノ基を除いた残基をいう。
一般式(1)における、R1としては、中でも、光透過性を向上し、且つ、剛性を向上する点から、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸残基、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸残基、ピロメリット酸残基、2,3’,3,4’−ビフェニルテトラカルボン酸残基、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸残基、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸残基、4,4'-オキシジフタル酸残基、シクロヘキサンテトラカルボン酸残基、及びシクロペンタンテトラカルボン酸残基からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、更に、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸残基、4,4’-オキシジフタル酸残基、及び3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸残基からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。R1において、これらの好適な残基を合計で、50モル%以上含むことが好ましく、更に70モル%以上含むことが好ましく、より更に90モル%以上含むことが好ましい。
また、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸残基、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸残基、及びピロメリット酸残基からなる群から選択される少なくとも1種のような剛直性を向上するのに適したテトラカルボン酸残基群(グループA)と、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸残基、2,3’,3,4’−ビフェニルテトラカルボン酸残基、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸残基、4,4'-オキシジフタル酸残基、シクロヘキサンテトラカルボン酸残基、及びシクロペンタンテトラカルボン酸残基からなる群から選択される少なくとも1種のような透明性を向上するのに適したテトラカルボン酸残基群(グループB)とを混合して用いることも好ましい。この場合、前記剛直性を向上するのに適したテトラカルボン酸残基群(グループA)と、透明性を向上するのに適したテトラカルボン酸残基群(グループB)との含有比率は、透明性を向上するのに適したテトラカルボン酸残基群(グループB)1モルに対して、前記剛直性を向上するのに適したテトラカルボン酸残基群(グループA)が0.05モル以上9モル以下であることが好ましく、更に0.1モル以上5モル以下であることが好ましく、より更に0.3モル以上4モル以下であることが好ましい。
一般式(3)における、R6としては、中でも、光透過性を向上し、且つ、剛性を向上する点から、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン残基、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン残基、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン残基、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残基、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン残基、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ジフェニルエーテル残基、1,4−ビス[4−アミノ−2−(トリフルオロメチル)フェノキシ]ベンゼン残基、2,2−ビス[4−(4−アミノ−2−トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン残基、4,4’−ジアミノ−2−(トリフルオロメチル)ジフェニルエーテル残基、4,4’−ジアミノベンズアニリド残基、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)テレフタルアミド残基、及び9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン残基からなる群から選ばれる少なくとも1種の2価の基を含むことが好ましく、更に、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン残基、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン残基、及び4,4’−ジアミノジフェニルスルホン残基からなる群から選ばれる少なくとも1種の2価の基を含むことが好ましい。R6において、これらの好適な残基を合計で、50モル%以上含むことが好ましく、更に70モル%以上含むことが好ましく、より更に90モル%以上含むことが好ましい。
また、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン残基、4,4’−ジアミノベンズアニリド残基、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)テレフタルアミド残基、パラフェニレンジアミン残基、メタフェニレンジアミン残基、及び4,4’−ジアミノジフェニルメタン残基からなる群から選択される少なくとも1種のような剛直性を向上するのに適したジアミン残基群(グループC)と、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン残基、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン残基、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残基、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン残基、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ジフェニルエーテル残基、1,4−ビス[4−アミノ−2−(トリフルオロメチル)フェノキシ]ベンゼン残基、2,2−ビス[4−(4−アミノ−2−トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン残基、4,4’−ジアミノ−2−(トリフルオロメチル)ジフェニルエーテル残基、及び9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン残基からなる群から選択される少なくとも1種のような透明性を向上するのに適したジアミン残基群(グループD)とを混合して用いることも好ましい。この場合、前記剛直性を向上するのに適したジアミン残基群(グループC)と、透明性を向上するのに適したジアミン残基群(グループD)との含有比率は、透明性を向上するのに適したジアミン残基群(グループD)1モルに対して、前記剛直性を向上するのに適したジアミン残基群(グループC)が0.05モル以上9モル以下であることが好ましく、更に0.1モル以上5モル以下であることが好ましく、より更に0.3モル以上4モル以下であることが好ましい。
ポリイミドにおける繰り返し単位数nは、後述する好ましいガラス転移温度を示すように、構造に応じて適宜選択されれば良く、特に限定されない。
平均繰り返し単位数は、通常10〜2000であり、更に15〜1000であることが好ましい。
本発明に用いられるポリイミドのガラス転移温度は、後述のポリイミドフィルムのガラス転移温度と同様にして測定することができる。
本発明に用いられる無機粒子は、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子である。本発明に用いられる無機粒子は、長径と短径を有する形状異方性を有する無機粒子であり、長径とは無機粒子の最も長い径を意味し、短径とは長径に垂直な軸のうち最も短い径を意味する。長径の方向をa軸、短径の方向をb軸、長径と短径の両方に垂直な径の方向をc軸とした場合に、長径方向と直交する方向の平均屈折率は、b軸方向とc軸方向の屈折率の平均値を表す。
長径と短径とのアスペクト比(長径/短径)が上記範囲であると、ポリイミドフィルムにおけるポリイミド高分子鎖の配向方向に無機粒子が配置しやすくなり、ポリイミドフィルムの光学歪みを低減し易くなる。
このような無機化合物としては、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸ジルコニウム、炭酸ストロンチウム、炭酸コバルト、炭酸マンガン等の炭酸塩、等が挙げられる。
中でも、上記複屈折性が大きく、少量添加しただけでポリイミドフィルムの光学歪みを低減でき、光透過性を向上しやすい点から、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸ジルコニウム、炭酸ストロンチウム、炭酸コバルト、及び炭酸マンガンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、特に炭酸ストロンチウムが好ましい。
表面処理剤としては、従来公知の表面処理剤を適宜選択して用いることができ、シラン系表面処理剤やカップリング剤が挙げられる。これらの表面処理剤は、1種単独で、または2種以上を混合して用いることができる。
前記無機粒子は、前記複屈折率が0.020以下であるようにするため、ポリイミドフィルム全量に対して、通常0.01質量%以上で含有され、更に0.05質量%以上で含有されることが好ましい。
一方、前記無機粒子の含有量が多すぎると、光透過性が低下したり、別の光学的歪みが生じる恐れがある点から、前記無機粒子は、ポリイミドフィルム全量に対して、50質量%以下で含有されることが好ましく、より更に30質量%以下で含有されることが好ましい。
第一の態様のポリイミドフィルムにおける寸法収縮率、第一及び第二の態様のポリイミドフィルムにおける複屈折率及び全光線透過率、並びに、第二の態様のポリイミドフィルムにおける線熱膨張係数については、前述したのでここでの記載を省略する。
第一の態様のポリイミドフィルムにおいても、第二の態様のポリイミドフィルムにおける線熱膨張係数と同様に、線熱膨張係数が−10ppm/℃以上40ppm/℃以下であることが好ましく、20ppm/℃以下であることが更に好ましく、10ppm/℃以下であることがより更に好ましい。
本発明におけるポリイミドフィルムの特性は、膜厚が200μm以下で達成されることが好ましく、更に100μm以下で達成されることが好ましい。
なお、前記ガラス転移温度は、動的粘弾性測定によって、tanδ(tanδ=損失弾性率(E’’)/貯蔵弾性率(E’))のピーク温度から求められるものである。動的粘弾性測定としては、例えば、動的粘弾性測定装置 RSA III(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン(株))によって、測定範囲を25℃〜400℃として、周波数1Hz、昇温速度5℃/minにより行うことができる。また、サンプル幅を5mm、チャック間距離を20mmとして測定することができる。
前記ポリイミドフィルムの鉛筆硬度は、測定サンプルを温度25℃、相対湿度60%の条件で2時間調湿した後、JIS−S−6006が規定する試験用鉛筆を用いて、JIS K5600−5−4(1999)に規定する鉛筆硬度試験(9.8N荷重)をフィルム表面に行い、傷がつかない最も高い鉛筆硬度を評価することにより行うことができる。例えば東洋精機(株)製 鉛筆引っかき塗膜硬さ試験機を用いることができる。
耐屈曲性試験は、JIS K5600−5−1 タイプ1に準拠して行うことができ、塗膜屈曲試験器 No.514((株)安田精機製作所製)を用いることができる。測定サンプルとしては、例えば、寸法 100mm×50mmの長方形のサンプルを温度25℃、相対湿度60%の条件で2時間調湿した後、用いることができる。
前記ヘイズ値は、JIS K−7105に準拠した方法で測定することができ、例えば村上色彩技術研究所製のヘイズメーターHM150により測定することができる。
前記YI値は、紫外可視近赤外分光光度計(例えば、日本分光(株) V−7100)を用い、視野2度、光源としてJIS Z8701−1999に準拠したC光源を用いた測定により、JIS K7105−1981に準拠した方法で求めることができる。
また、ポリイミドフィルムのX線光電子分光法により測定した、フィルム表面のフッ素原子数(F)と窒素原子数(N)の比率(F/N)が、0.1以上20以下であることが好ましく、更に0.5以上15以下であることが好ましい。
ここで、X線光電子分光法(XPS)の測定による上記比率は、X線光電子分光装置(例えば、Thermo Scientific社 Theta Probe)を用いて測定される各原子の原子%の値から求めることができる。
ポリイミドフィルムの厚さは、用途により適宜選択されれば良いが、0.5μm以上であることが好ましく、更に1μm以上であることが好ましい。一方、200μm以下であることが好ましく、更に150μm以下であることが好ましい。
厚みが薄いと強度が低下し破断しやすくなり、厚みが厚いと屈曲時の内径と外径の差が大きくなり、フィルムへの負荷が大きくなることから耐屈曲性が低下する恐れがある。
本発明のポリイミドフィルムの用途は特に限定されるものではなく、従来ガラス基材等ガラス製品が用いられていた剛性が要求される基材や部材として用いることができる。
例えば、本発明のポリイミドフィルムは、剛性、及び、耐屈曲性乃至耐衝撃性が優れたものであるため、曲面に対応できるディスプレイとして、例えば、薄くて曲げられるフレキシブルタイプの有機ELディスプレイや、スマートフォンや腕時計型端末などの携帯端末、自動車内部の表示装置、腕時計などに使用するフレキシブルパネル等に好適に用いることができる。また、本発明のポリイミドフィルムは、液晶表示装置、有機EL表示装置等の画像表示装置用部材や、タッチパネル用部材、フレキシブルプリント基板、表面保護膜や基板材料等の太陽電池パネル用部材、光導波路用部材、その他半導体関連部材等に適用することもできる。
第一の態様のポリイミドフィルムの製造方法は、芳香族環を含むポリイミド前駆体と、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子と、有機溶剤とを含み、且つ含有水分量1000ppm以下であるポリイミド前駆体樹脂組成物を調製する工程(以下、ポリイミド前駆体樹脂組成物調製工程という)と、
前記ポリイミド前駆体樹脂組成物を支持体に塗布して、ポリイミド前駆体樹脂塗膜を形成する工程(以下、ポリイミド前駆体樹脂塗膜形成工程という)と、
加熱をすることにより、前記ポリイミド前駆体をイミド化する工程(以下、イミド化工程という)と、
前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜、及び、前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜をイミド化したイミド化後塗膜の少なくとも一方を延伸する工程(以下、延伸工程という)と、を含む、
ポリイミドと、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子とを含有し、25℃から10℃/分で単調昇温した際に250℃以上400℃以下のいずれかで少なくとも一方向における下記式で示される寸法収縮率が0.1%以上を示すものであり、
寸法収縮率(%)=[{(25℃の寸法)−(昇温後の寸法)}/(25℃の寸法)]×100
波長590nmにおける厚み方向の複屈折率が0.020以下であり、JIS K7361−1に準拠して測定する全光線透過率が、厚み10μmにおいて、80%以上である、ポリイミドフィルムの製造方法である。
以下、各工程について詳細に説明する。
本発明のポリイミドフィルムの製造に好適に用いられる第一のポリイミド前駆体樹脂組成物は、芳香族環を含むポリイミド前駆体と、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子と、有機溶剤とを含み、且つ含有水分量1000ppm以下であるポリイミド前駆体樹脂組成物である。
溶剤に溶解し難いポリイミドを用いる場合、無機粒子の分散ができない若しくは不十分になる恐れがある。それに対して、ポリイミド前駆体は溶剤溶解性が良好であることから、有機溶剤中でポリイミド前駆体を溶解させつつ、無機粒子を良好に分散させると、均一で剛性と耐屈曲性が向上し、光学的歪みが低減したポリイミドフィルムを得ることが容易になる。
ポリイミド前駆体樹脂組成物中に水分を多く含むと、ポリイミド前駆体が分解しやすく、また、前記無機粒子が溶解して、屈折率を調整する成分として機能しなくなる恐れがある。それに対して、本発明によれば、含有水分量1000ppm以下であるポリイミド前駆体樹脂組成物を用いることにより、前記無機粒子の溶解を抑制でき、ポリイミド前駆体樹脂組成物の保存安定性が良好になり、生産性を向上することができる。
なお、ポリイミド前駆体樹脂組成物の含有水分量は、カールフィッシャー水分計(例えば、三菱化学株式会社製、微量水分測定装置CA−200型)を用いて求めることができる。
ポリイミド前駆体がポリアミド酸である場合、ポリアミド酸が酸性であることから、無機粒子が溶解し易く、粒子形状が変化するという恐れがある。それに対して、本発明によれば、窒素原子を含む有機溶剤を含むことにより、当該溶剤がポリアミド酸を中和し、前記無機粒子の溶解を抑制できるため、ポリイミド前駆体樹脂組成物の保存安定性が良好になり、生産性を向上することができる。
中でも、窒素原子を含む有機溶剤を含み、含有水分量1000ppm以下であるポリイミド前駆体樹脂組成物を用いることが好ましい。
ここで、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とは、前記ポリイミドにおいて説明したのと同様のものが挙げられるので、ここでの説明を省略する。
ポリイミドフィルムの光透過性を向上し、且つ、剛性を向上する点から、本発明に用いられるポリイミド前駆体としては、前記ポリイミドで説明したのと同様に、芳香族環を含み、且つ、(i)フッ素原子、(ii)脂肪族環、及び(iii)芳香族環同士の電子共役を切断する連結基からなる群から選択される少なくとも1つを含むポリイミド前駆体であることが好ましい。
フッ素原子の含有割合は、ポリイミド前駆体の塗膜を作製し、ポリイミド前駆体塗膜表面をX線光電子分光法により測定したフッ素原子数(F)と炭素原子数(C)の比率(F/C)が、0.01以上であることが好ましく、更に0.05以上であることが好ましい。一方でフッ素原子の含有割合が高すぎると耐熱性などが低下する恐れがあることから、前記フッ素原子数(F)と炭素原子数(C)の比率(F/C)が1以下であることが好ましく、更に0.8以下であることが好ましい。
ここで、ポリイミド前駆体塗膜は、例えば、ポリイミド前駆体溶液をガラス上に塗布し、120℃の循環オーブンで溶剤を乾燥して厚み3.5μmで作製する。X線光電子分光法(XPS)の測定は、前記ポリイミドにおけるフッ素の含有割合と同様に行うことができる。
ここで、ポリイミド前駆体に含まれる炭素原子に結合する全水素原子(個数)中の、芳香族環に直接結合する水素原子(個数)の割合は、ポリイミド前駆体の分解物を、前記ポリイミドの分解物と同様にして、高速液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフ質量分析計及びNMRを用いて求めることができる。
ポリイミド前駆体の数平均分子量は、NMR(例えば、BRUKER製、AVANCEIII)により求めることができる。例えば、ポリイミド前駆体溶液をガラス板に塗布して100℃で5分乾燥後、固形分10mgをジメチルスルホキシド−d6溶媒7.5mlに溶解し、NMR測定を行い、芳香族環に結合している水素原子のピーク強度比から数平均分子量を算出することができる。
重合反応の手順は、公知の方法を適宜選択して用いることができ、特に限定されない。
また、合成反応により得られたポリイミド前駆体溶液をそのまま用い、そこに必要に応じて他の成分を混合しても良いし、ポリイミド前駆体溶液の溶剤を乾燥させ、別の溶剤に溶解して用いても良い。
ポリイミド前駆体溶液の粘度は、粘度計(例えば、TVE−22HT、東機産業株式会社)を用いて、25℃で測定することができる。
本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物中の前記無機粒子は、求める光学特性に応じて適宜設定するが、光学特性を制御する点から、樹脂組成物の固形分中に0.01質量%以上であることが好ましく、更に0.05質量%以上であることが好ましく、また50質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることが好ましい。
本発明のポリイミド前駆体樹脂組成物中の有機溶剤は、均一な塗膜及びポリイミドフィルムを形成する点から、樹脂組成物中に40質量%以上であることが好ましく、更に50質量%以上であることが好ましく、また99質量%以下であることが好ましい。
前述のように含有水分量1000ppm以下とするには、無機粒子を事前に乾燥させてから用いたり、使用する有機溶剤を脱水したり、水分量が管理されたものを用いた上で、湿度5%以下の環境下で取り扱うことが好ましい。
ポリイミド前駆体樹脂組成物の粘度は、粘度計(例えば、TVE−22HT、東機産業株式会社)を用いて、25℃で、サンプル量0.8mlとして測定することができる。
ポリイミド前駆体樹脂組成物を支持体に塗布して、ポリイミド前駆体樹脂塗膜を形成する。
支持体としては、表面が平滑で耐熱性および耐溶剤性のある材料であれば特に制限はない。例えばガラス板などの無機材料、表面を鏡面処理した金属板等が挙げられる。また支持体の形状は塗布方式によって選択され、例えば板状であってもよく、またドラム状やベルト状、ロールに巻き取り可能なシート状等であってもよい。
塗布は、枚葉式の塗布装置により行ってもよく、ロールtoロール方式の塗布装置により行ってもよい。
光学特性の高度な管理が必要な場合、溶剤の乾燥時の雰囲気は、不活性ガス雰囲気下であることが好ましい。不活性ガス雰囲気下としては、窒素雰囲気下であることが好ましく、酸素濃度が100ppm以下であることが好ましく、50ppm以下であることがより好ましい。大気下で熱処理を行うと、フィルムが酸化され、着色したり、性能が低下する可能性がある。
当該製造方法においては、加熱をすることにより、前記ポリイミド前駆体をイミド化する。
イミド化工程は、後述する延伸工程前の前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜中のポリイミド前駆体に対して行っても良いし、後述する延伸工程後の前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜中のポリイミド前駆体に対して行っても良いし、延伸工程前の前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜中のポリイミド前駆体及び延伸工程後の膜中に存在するポリイミド前駆体の両方に対して行っても良い。
通常、昇温開始温度を30℃以上とすることが好ましく、100℃以上とすることがより好ましい。一方、昇温終了温度は250℃以上とすることが好ましい。また昇温終了温度は400℃以下とすることが好ましく、360℃以下とすることがより好ましい。
ポリイミドフィルムの製造効率の点から、5℃/分以上とすることが好ましく、10℃/分以上とすることが更に好ましい。一方、昇温速度の上限は、通常50℃/分とされ、好ましくは40℃/分以下、さらに好ましくは30℃/分以下である。上記昇温速度とすることが、フィルムの外観不良や強度低下の抑制、イミド化反応に伴う白化をコントロールでき、光透過性が向上する点から好ましい。
ただし、ポリイミドに含まれる炭素原子に結合する水素原子の70%以上が、芳香族環に直接結合する水素原子である場合は、光学特性に対する酸素の影響が少なく、不活性ガス雰囲気を用いなくても光透過性の高いポリイミドが得られる。
なお、イミド化率の測定は、赤外測定(IR)によるスペクトルの分析等により行うことができる
イミド化を90%以上、さらには100%まで反応を進行させるには、昇温終了温度で一定時間保持することが好ましく、当該保持時間は、通常1分〜180分、更に、5分〜150分とすることが好ましい。
前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜、及び、前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜をイミド化したイミド化後塗膜の少なくとも一方を延伸する工程である。
中でも、イミド化後塗膜を延伸する工程を含むことが、ポリイミドフィルムの剛性が向上する点から好ましい。
延伸時の加熱温度は、ポリイミド乃至ポリイミド前駆体のガラス転移温度±50℃の範囲内であることが好ましく、ガラス転移温度±40℃の範囲内であることが好ましい。延伸温度が低すぎるとフィルムが変形せず充分に配向を誘起できない恐れがある。一方で、延伸温度が高すぎると延伸によって得られた配向が温度で緩和し、充分な配向が得られない恐れがある。
延伸工程は、イミド化工程と同時に行っても良い。イミド化率80%以上、更に90%以上、より更に95%以上、特に実質的に100%イミド化を行った後のイミド化後塗膜を延伸することが、ポリイミドフィルムの剛性を向上する点から好ましい。
また、第一の態様のポリイミドフィルムの製造方法の第二の製造方法としては、
芳香族環を含むポリイミドと、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子と、有機溶剤とを含み、且つ含有水分量1000ppm以下であるポリイミド樹脂組成物を調製する工程(以下、ポリイミド樹脂組成物調製工程という)と、
前記ポリイミド樹脂組成物を支持体に塗布して、ポリイミド樹脂塗膜を形成する工程(以下、ポリイミド樹脂塗膜形成工程という)と、
前記ポリイミド樹脂塗膜を延伸する工程(以下、延伸工程という)と、を含む、
ポリイミドと、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子とを含有し、25℃から10℃/分で単調昇温した際に250℃以上400℃以下のいずれかで少なくとも一方向における下記式で示される寸法収縮率が0.1%以上を示すものであり、
寸法収縮率(%)=[{(25℃の寸法)−(昇温後の寸法)}/(25℃の寸法)]×100
波長590nmにおける厚み方向の複屈折率が0.020以下であり、JIS K7361−1に準拠して測定する全光線透過率が、厚み10μmにおいて、80%以上である、ポリイミドフィルムの製造方法が挙げられる。
芳香族環を含むポリイミドが25℃で有機溶剤に5質量%以上溶解するような溶剤溶解性を有する場合には、当該製造方法を好適に用いることができる。
ポリイミド樹脂組成物調製工程において、前記有機溶剤は、前記ポリイミド前駆体樹脂組成物調製工程において説明したのと同様のものを用いることができる。
含有水分量1000ppm以下とする方法は、前記ポリイミド前駆体樹脂組成物調製工程において説明したのと同様のものを用いることができる。
ポリイミド樹脂塗膜形成工程において、乾燥温度としては、常圧下では80℃〜150℃とすることが好ましい。減圧下では10℃〜100℃の範囲とすることが好ましい。
第二の態様のポリイミドフィルムの製造方法としては、
芳香族環を含むポリイミド前駆体と、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子と、有機溶剤とを含み、且つ含有水分量1000ppm以下であるポリイミド前駆体樹脂組成物を調製する工程と、
前記ポリイミド前駆体樹脂組成物を支持体に塗布して、ポリイミド前駆体樹脂塗膜を形成する工程と、
加熱をすることにより、前記ポリイミド前駆体をイミド化する工程と、を含む、
芳香族環を含むポリイミドと、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子とを含有し、
線熱膨張係数が−10ppm/℃以上40ppm/℃以下であり、
波長590nmにおける厚み方向の複屈折率が0.020以下であり、
JIS K7361−1に準拠して測定する全光線透過率が、厚み10μmにおいて、80%以上であり、
前記ポリイミドが、前記一般式(1)及び前記一般式(3)で表される構造からなる群から選ばれる少なくとも1種の構造を有するポリイミドフィルムの製造方法が挙げられる。
当該第二の態様のポリイミドフィルムの製造方法においては、更に、前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜、及び、前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜をイミド化したイミド化後塗膜の少なくとも一方を延伸する工程を有していても良い。
更に、前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜、及び、前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜をイミド化したイミド化後塗膜の少なくとも一方を延伸する工程を有する場合についても、前記第一の態様のポリイミドフィルムの製造方法と同様に行うことができる。
本発明の第一の態様のポリイミド前駆体樹脂組成物は、芳香族環を含むポリイミド前駆体と、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子と、有機溶剤を含み、且つ含有水分量1000ppm以下であることを特徴とする。
本発明の第一の態様のポリイミド前駆体樹脂組成物は、剛性と耐屈曲性が向上し、光学的歪みが低減したポリイミドフィルムを提供するのに適した樹脂組成物である。
ポリイミド前駆体は溶剤溶解性が良好であることから、有機溶剤中でポリイミド前駆体を溶解させつつ、無機粒子を良好に分散させることにより、均一で剛性と耐屈曲性が向上し、光学的歪みが低減したポリイミドフィルムを得ることが容易になる。
更に、ポリイミド前駆体樹脂組成物中に水分を多く含むと、ポリイミド前駆体が分解しやすく、また、前記無機粒子が溶解して、屈折率を調整する成分として機能しなくなる恐れがあるが、本発明の含有水分量1000ppm以下であるポリイミド前駆体樹脂組成物を用いることにより、前記無機粒子の溶解を抑制でき、ポリイミド前駆体樹脂組成物の保存安定性が良好になり、生産性を向上することができる。
ポリイミド前駆体がポリアミド酸である場合、ポリアミド酸が酸性であることから、無機粒子が溶解し易く、粒子形状が変化するという恐れがある。それに対して、本発明によれば、窒素原子を含む有機溶剤を含むことにより、ポリアミド酸を中和し、前記無機粒子の溶解を抑制でき、ポリイミド前駆体樹脂組成物の保存安定性が良好になり、生産性を向上することができる。
中でも、窒素原子を含む有機溶剤を含み、含有水分量1000ppm以下であるポリイミド前駆体樹脂組成物であることが好ましい。
<ポリイミド前駆体の数平均分子量>
ポリイミド前駆体の数平均分子量は、NMR(例えば、BRUKER製、AVANCEIII)により求めた。より具体的には、ポリイミド前駆体溶液をガラス板に塗布して100℃で5分乾燥後、固形分10mgをジメチルスルホキシド−d6溶媒7.5mlに溶解し、NMR測定を行い、芳香族環に結合している水素原子のピーク強度比から数平均分子量を算出した。
<ポリイミド前駆体溶液の粘度>
ポリイミド前駆体溶液の粘度は、粘度計(例えば、TVE−22HT、東機産業株式会社)を用いて、25℃で、サンプル量0.8mlとして測定した。
JIS K7361−1に準拠して、ヘイズメーター(村上色彩技術研究所製 HM150)により測定した。また、以下のように、ランベルトベールの法則により、厚み10μmにおける換算値を求めた。
具体的には、ランベルトベールの法則によれば、透過率Tは、
Log10(1/T)=kcb
(k=物質固有の定数、c=濃度、b=光路長)で表される。
フィルムの透過率の場合、膜厚が変化しても密度が一定であると仮定するとcも定数となるので、上記式は、定数fを用いて
Log10(1/T)=fb
(f=kc)と表すことができる。ここで、ある膜厚の時の透過率がわかれば、各物質の固有の定数fを求めることができる。従って、T=1/10f・b の式を用いて、fに固有の定数、bに目標の膜厚を代入すれば、所望の膜厚の時の透過率を求めることができる。
<YI値>
YI値は、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光(株) V−7100)を用い、視野2度、光源としてJIS Z8701−1999に準拠したC光源を用い、JIS K7105−1981に準拠した方法で求めた。
位相差測定装置(王子計測機器株式会社製、製品名「KOBRA−WR」)を用いて、23℃、波長590nmの光で、ポリイミドフィルムの厚み方向位相差値(Rth)を測定した。厚み方向位相差値(Rth)は、0度入射の位相差値と、斜め40度入射の位相差値を測定し、これらの位相差値から厚み方向位相差値Rthを算出した。前記斜め40度入射の位相差値は、位相差フィルムの法線から40度傾けた方向から、波長590nmの光を位相差フィルムに入射させて測定した。
ポリイミドフィルムの複屈折率は、式:Rth/d(ポリイミドフィルムの膜厚(nm))に代入して求めた。
<線熱膨張係数、寸法収縮率>
線熱膨張係数は、熱機械分析装置(例えばTMA−60(島津製作所株式会社製)によって、昇温速度を10℃/分、評価サンプルの断面積当たりの荷重が同じになるように引張り荷重を9g/0.15mm2として、25℃から400℃までの寸法変化を測定した。線熱膨張係数は、昇温時の100℃〜150℃の範囲の線熱膨張係数を算出して得た。サンプル幅を5mm、チャック間距離を15mmとして測定した。
寸法収縮率は、上記、線熱膨張係数の測定の際に求められる、25℃の時のサンプル寸法と250℃以上400℃以下の温度範囲での各温度におけるサンプル寸法との差の25℃の時のサンプル寸法に対する比率を計算することで求めた。
寸法収縮率(%)=[{(25℃の寸法)−(昇温後の寸法)}/(25℃の寸法)]×100
鉛筆硬度は、測定サンプルを温度25℃、相対湿度60%の条件で2時間調湿した後、JIS−S−6006が規定する試験用鉛筆を用い、東洋精機(株)製 鉛筆引っかき塗膜硬さ試験機を用いて、JIS K5600−5−4(1999)に規定する鉛筆硬度試験(9.8N荷重)をフィルム表面に行い、傷がつかない最も高い鉛筆硬度を評価することにより行った。
<耐屈曲性>
耐屈曲性は、測定サンプル(寸法 100mm×50mmの長方形)を温度25℃、相対湿度60%の条件で2時間調湿した後、(株)安田精機製作所社製 塗膜屈曲試験器を用いて、JIS K5600−5−1 タイプ1に規定する耐屈曲性試験を以下のように行うことにより評価した。
試験器を完全に広げ、必要なマンドレルを装着し、測定サンプルを挟み、折り曲げを実施した。折り曲げは測定サンプルを180°折り曲げた状態で1〜2秒保持した。折り曲げ終了後、測定サンプルを試験器からはずすことなく、測定サンプルの評価を行い、評価は目視で測定サンプルの割れ及び折れの確認できないものを合格、割れ及び折れが確認されたものを不合格と判定した。
測定サンプルの割れ及び折れが起こるまで,マンドレルの直径をより小さなものに変えて評価を行い、測定サンプルの割れ及び折れが初めて起こったマンドレルの直径を記録し、前記直径よりも一つ大きいマンドレルの直径を耐屈曲性(曲げ直径)とした。使用したマンドレルの直径は,2,3,4,5,6,8,10,12,16,20,25,32mmである。
以下のように前処理を行い、ポリイミドフィルムを超臨界メタノールにより分解して、ポリイミド分解物を得て、ポリイミド分解物についてGC−MSを用いて全体の定性分析を行った。次いで、ポリイミド分解物について高速液体クロマトグラフィーで分離し、各ピークを分取した。当該各ピークの分取物の定性分析をガスクロマトグラフ質量分析計及びNMRを用いて行った。各ピークの定性分析がされた高速液体クロマトグラフィーを用いて、ポリイミドフィルムに含まれる炭素原子に結合する水素原子のうち、芳香族環に直接結合する水素原子の割合を定量した。
(1)前処理
(i)ポリイミドフィルムをメスにて削り、ガラス管(Glass capsule b:外径2.5mm、FRONTIER LAB製)に、前記削り取ったポリイミドフィルムサンプル5μgを入れる。
(ii)サンプルを入れたガラス管にマイクロシリンジにてメタノールを15μl注入する。
(iii)バーナーにて、ポリイミドフィルムサンプルとメタノールが入ったガラス管を25mm以上34mm以下の長さとなるように封管する。
(iv)密封したガラス管を280℃の電気炉に入れ、10時間放置する。
(v)電気炉からガラス管を取り出し開管する。
(2)ガスクロマトグラフ質量分析
使用装置 GCMS:GCMS2020(島津製作所製)
電気炉:Wショットパイロライザー(FLONTIER LAB製)
電気炉温度:320℃
注入口温度:320℃
オーブン条件:50℃で5分保持−10℃/分で昇温−320℃で15分保持
インターフェース温度:320℃
イオン源温度:260℃
測定質量範囲:m/z:40〜650
カラム:UA(UltraAlloy)−5 長さ:30m 内径:0.25mm 膜厚:0.25μm
(3)高速液体クロマトグラフィー
使用装置 LC−20AD(低圧グラジエント仕様)システム(島津製作所製)
溶媒:アセトニトリル、水混合溶媒(グラジエントモード)
流量:0.2ml/分
カラム温度:40℃
検出器:フォトダイオードアレイ
測定波長範囲:200nm〜400nm
サンプル注入量:1μl
(4)NMR
使用装置 AVANCEIII(BRUKER製)
500mlのセパラブルフラスコに、脱水されたN−メチルピロリドン 159g、及び、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)17gを投入し、25℃でメカニカルスターラーで撹拌した。そこへ、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物(6FDA)23gを徐々に投入し、ポリイミド前駆体溶液1を合成した。ポリイミド前駆体溶液1の固形分20質量%25℃における粘度は25900cpsであり、ポリイミド前駆体の数平均分子量は130600であった。
合成例1において、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)17gと4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物(6FDA)の代わりに、これらと等モル量の表1に示すジアミン成分及び酸二無水物成分をそれぞれ用いた以外は、合成例1と同様の手法で、ポリイミド前駆体溶液2〜8を合成した。得られたポリイミド前駆体溶液の固形分20質量%25℃における粘度、ポリイミド前駆体の数平均分子量を表1に併せて示す。
500mlのセパラブルフラスコに、脱水されたN−メチルピロリドン 166g、及び、trans−シクロヘキサンジアミン(trans−CHE)12gを投入し、25℃でメカニカルスターラーで撹拌し溶解させた後、モレキュラーシーブにより脱水した酢酸 14gを投入した。そこへ、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二酸無水物(BPDA)29gを徐々に投入し、投入終了後、25℃で12時間撹拌することにより、ポリイミド前駆体溶液9を合成した。得られたポリイミド前駆体溶液の固形分20質量%25℃における粘度、ポリイミド前駆体の数平均分子量を表1に併せて示す。
TFMB:2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン
BAPS:ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン
BAPS−M:ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン
DDS:4,4’−ジアミノジフェニルスルホン
HFFAPP:2,2−ビス[4−{4−アミノ−2−(トリフルオロメチル)フェノキシ}フェニル]ヘキサフルオロプロパン
DABA:4,4’−ジアミノベンズアニリド
AMC:1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(cis−,trans−混合物)
trans−CHE:trans-シクロヘキサンジアミン
6FDA:4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物
BPDA:3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二酸無水物
ポリイミド前駆体溶液1〜9を、下記(1)〜(3)の手順を行うことで、30μm±5μmの厚みのポリイミドフィルムA〜Iを作製した。
イミド化を行う(2)の工程を、窒素中(酸素濃度 50ppm以下)、及び大気中のそれぞれで実施し、作製したフィルムの全光線透過率(%)を比較した(表2)。
(1)ガラス上に塗布し、120℃の循環オーブンで10分乾燥。
(2)昇温速度 10℃/分で、350℃まで昇温し、350℃で1時間保持後、室温まで冷却。
(3)ガラスより剥離。
上記参考例1の(2)のイミド化工程の雰囲気が窒素である、30μm±5μmの厚みのポリイミドフィルムA〜Iを用い、雰囲気が窒素中(酸素濃度 50ppm以下)、及び大気中のそれぞれで、室温から300℃まで昇温速度10℃/分で昇温し、その後、300℃で2時間加熱し、室温まで自然冷却する処理を行った。各サンプルの全光線透過率(%)を測定した。結果を表3に示す。
(1)ポリイミド前駆体樹脂組成物の調製
ポリイミド前駆体溶液1に、長径の平均長さ300nm、短径の平均長さ50nmの炭酸ストロンチウム粒子(堺化学製、長径方向の屈折率1.52、長径に垂直方向の平均屈折率1.66)を、樹脂組成物の固形分に対して0.7質量%となるように添加し、容器を密閉の上、超音波照射(アズワン製 USD−2R)を3時間実施し、炭酸ストロンチウムが分散されたポリイミド前駆体樹脂組成物1−1を調製した。なお、前記炭酸ストロンチウム粒子は、120℃で加熱して乾燥してから用いた。また、ポリイミド前駆体樹脂組成物の調製は湿度0%に保たれたグローブボックス内で行った。
得られたポリイミド前駆体樹脂組成物1−1の含有水分量を、カールフィッシャー水分計で測定した。
前記ポリイミド前駆体樹脂組成物1−1をガラス上に塗布し、120℃の循環オーブンで10分乾燥してポリイミド前駆体樹脂塗膜を形成した後、当該樹脂塗膜を昇温速度 10℃/分で、窒素雰囲気下(酸素濃度100ppm以下)、350℃まで昇温し、350℃で1時間保持後、室温まで冷却した。ガラスより剥離することで、膜厚37mmのイミド化後塗膜1−1を作製した。
前記イミド化後塗膜1−1について、下記の条件で延伸を行い、ポリイミドフィルム1−1を製造した。種々条件を検討した結果、ポリイミド前駆体1のポリイミドのガラス転移温度である340℃を中心に±10℃の範囲が、延伸倍率を大きくすることができ好適であった。
装置名:フィルム延伸装置(IMC−1901型:(株)井元製作所製)
延伸条件:延伸サンプルサイズ:40mm×40mm(チャック部含まない)、加熱温度:340℃(大気雰囲気下)、延伸速度:10mm/min、槽内滞在時間:160sec、延伸倍率:1.3倍
実施例1のポリイミド前駆体樹脂組成物の調製において、炭酸ストロンチウム添加量を表4に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2及び4のポリイミド前駆体樹脂組成物1−2及び1−3を調製した。得られたポリイミド前駆体樹脂組成物1−2及び1−3の含有水分量を、カールフィッシャー水分計で測定した。
また、前記ポリイミド前駆体樹脂組成物1−2及び1−3をそれぞれ用いて、実施例1と同様にして、ポリイミドフィルム1−2及び1−3を製造した。
実施例2と同様にして、前記ポリイミド前駆体樹脂組成物1−2を用いてイミド化後塗膜1−2を作製した。延伸工程において、加熱温度340℃窒素雰囲気下で、延伸を行った以外は、実施例2と同様にして、ポリイミドフィルム1−2Nを製造した。
無機粒子を添加していない前記ポリイミドフィルムAについて、実施例1と同様にして延伸を行い、比較ポリイミドフィルムAを製造した。
Claims (17)
- 芳香族環を含むポリイミド(但し、9,9−ビス(4−アミノ−3−フルオロフェニル)フルオレン残基を含むポリイミドを除く)と、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子とを含有し、
25℃から10℃/分で単調昇温した際に250℃以上400℃以下のいずれかで、少なくとも一方向における下記式で示される寸法収縮率が0.1%以上を示すものであり、
寸法収縮率(%)=[{(25℃の寸法)−(昇温後の寸法)}/(25℃の寸法)]×100
波長590nmにおける厚み方向の複屈折率が0.020以下であり、
JIS K7361−1に準拠して測定する全光線透過率が、厚み10μmにおいて、80%以上である、ポリイミドフィルム。 - 前記ポリイミドが、下記一般式(1)及び下記一般式(3)で表される構造からなる群から選ばれる少なくとも1種の構造を有する、請求項1に記載のポリイミドフィルム。
- 前記ポリイミドに含まれる炭素原子に結合する水素原子の70%以上が、芳香族環に直接結合する水素原子である、請求項1又は2に記載のポリイミドフィルム。
- 前記無機粒子が、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸ジルコニウム、炭酸ストロンチウム、炭酸コバルト、及び炭酸マンガンからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリイミドフィルム。
- 前記無機粒子の含有量は、ポリイミドフィルム全量に対して、0.01質量%以上1.1質量%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリイミドフィルム。
- 芳香族環を含むポリイミド(但し、9,9−ビス(4−アミノ−3−フルオロフェニル)フルオレン残基を含むポリイミドを除く)と、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子とを含有し、
線熱膨張係数が−10ppm/℃以上40ppm/℃以下であり、
波長590nmにおける厚み方向の複屈折率が0.020以下であり、
JIS K7361−1に準拠して測定する全光線透過率が、厚み10μmにおいて、80%以上であり、
前記ポリイミドが、下記一般式(1)及び下記一般式(3)で表される構造からなる群から選ばれる少なくとも1種の構造を有し、
前記無機粒子の含有量は、ポリイミドフィルム全量に対して、0.01質量%以上1.1質量%以下である、ポリイミドフィルム。
- 前記ポリイミドに含まれる炭素原子に結合する水素原子の70%以上が、芳香族環に直接結合する水素原子である、請求項6に記載のポリイミドフィルム。
- 前記無機粒子が、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸ジルコニウム、炭酸ストロンチウム、炭酸コバルト、及び炭酸マンガンからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項6又は7に記載のポリイミドフィルム。
- 芳香族環を含むポリイミド前駆体(但し、9,9−ビス(4−アミノ−3−フルオロフェニル)フルオレン残基を含むポリイミド前駆体を除く)と、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子と、有機溶剤とを含み、且つ含有水分量1000ppm以下であるポリイミド前駆体樹脂組成物を調製する工程と、
前記ポリイミド前駆体樹脂組成物を支持体に塗布して、ポリイミド前駆体樹脂塗膜を形成する工程と、
加熱をすることにより、前記ポリイミド前駆体をイミド化する工程と、
前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜、及び、前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜をイミド化したイミド化後塗膜の少なくとも一方を延伸する工程と、を含む、
ポリイミド(但し、9,9−ビス(4−アミノ−3−フルオロフェニル)フルオレン残基を含むポリイミドを除く)と、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子とを含有し、25℃から10℃/分で単調昇温した際に250℃以上400℃以下のいずれかで少なくとも一方向における下記式で示される寸法収縮率が0.1%以上を示すものであり、
寸法収縮率(%)=[{(25℃の寸法)−(昇温後の寸法)}/(25℃の寸法)]×100
波長590nmにおける厚み方向の複屈折率が0.020以下であり、JIS K7361−1に準拠して測定する全光線透過率が、厚み10μmにおいて、80%以上である、ポリイミドフィルムの製造方法。 - 前記ポリイミド前駆体樹脂塗膜をイミド化したイミド化後塗膜を延伸する工程を含む、請求項9に記載のポリイミドフィルムの製造方法。
- 前記無機粒子の含有量は、樹脂組成物の固形分に対して、0.01質量%以上1.1質量%以下である、請求項9又は10に記載のポリイミドフィルムの製造方法。
- 芳香族環を含むポリイミド前駆体(但し、9,9−ビス(4−アミノ−3−フルオロフェニル)フルオレン残基を含むポリイミド前駆体を除く)と、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子と、有機溶剤を含み、且つ含有水分量1000ppm以下であるポリイミド前駆体樹脂組成物。
- 芳香族環を含むポリイミド前駆体(但し、9,9−ビス(4−アミノ−3−フルオロフェニル)フルオレン残基を含むポリイミド前駆体を除く)と、長径方向の屈折率が長径方向と直交する方向の平均屈折率よりも小さい無機粒子と、窒素原子を含む有機溶剤を含む、ポリイミド前駆体樹脂組成物。
- 前記ポリイミド前駆体が、下記一般式(1’)及び下記一般式(3’)で表される構造からなる群から選ばれる少なくとも1種の構造を有する、請求項12又は13に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
- 前記ポリイミド前駆体に含まれる炭素原子に結合する水素原子の70%以上が、芳香族環に直接結合する水素原子である、請求項12〜14のいずれか1項に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
- 前記無機粒子が、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸ジルコニウム、炭酸ストロンチウム、炭酸コバルト、及び炭酸マンガンからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項12〜15のいずれか1項に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
- 前記無機粒子の含有量は、樹脂組成物の固形分に対して、0.01質量%以上1.1質量%以下である、請求項12〜16のいずれか1項に記載のポリイミド前駆体樹脂組成物。
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