JP7101352B2 - ポリイミド、ポリイミドフィルム、ポリイミド金属積層体及び、ポリアミド酸 - Google Patents
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Description
前記ジアミン成分として、下記一般式(1)で表されるジアミンと、一般式(1)以外の構造を有し且つベンゼン核を1~4個有するフッ素非含有の芳香族ジアミンとを少なくとも用いた、ポリイミドを提供するものである。
また、接着性向上の観点から、ジアミン成分中、一般式(1)で表される芳香族ジアミン及び一般式(2)で表される芳香族ジアミンの合計の割合は20モル%以上、22モル%以上及び24モル%以上のいずれかであることが好ましい。
芳香族テトラカルボン酸としては、ビフェニルテトラカルボン酸、ナフタレンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、及び、2つのo-ベンゼンジカルボン酸基のベンゼン環同士が連結基で結合された構造を有するテトラカルボン酸を挙げることができる。この連結基としては、-O-、-CO-、-SO2-、アルキレン基(好ましくは炭素数1~3等)、ハロゲン化アルキレン基(好ましくは炭素数1~3等)、フェニレン基又はこれらを酸素原子同士が連続しない条件で組み合せてなる基が挙げられる。
前記のビフェニルテトラカルボン酸としては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が挙げられる。
前記のナフタレンテトラカルボン酸としては、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が挙げられる。
前記の2つのo-ベンゼンジカルボン酸基のベンゼン環同士が連結基で結合された構造を有するテトラカルボン酸としては、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、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、1,1-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エタン、4,4’-(4,4’-イソプロピリデンビスフェノキシ)ジフタル酸などの芳香族テトラカルボン酸が挙げられる。
ポリイミドフィルムの製造方法としては、公知の方法を任意で用いることができる。
本発明のポリアミド酸は、一般式(4)で表される構造単位及び下記一般式(5)で表される構造単位を有することを特徴の一つとする。本発明のポリアミド酸は、前述の本発明のポリイミドを得るための前駆体として用いられるものである。
(式中、A2は、4価のテトラカルボン酸残基であり、A1と同一であっても異なってもよい。D2は、一般式(6)以外の構造を有し且つベンゼン核を1~4個有するフッ素非含有の2価の芳香族ジアミン残基であり、X3及びX4はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~6のアルキル基又は炭素数3~9のアルキルシリル基である。)
ポリアミド酸の重合反応を実施するに際して、有機溶媒としては、上述したものを用いることができる。有機溶媒中の全モノマーの濃度は、使用する目的や製造する目的に応じて適宜選択すればよく、例えば、有機溶媒中の全モノマーの濃度が、5質量%~30質量%、さらに8質量%~25質量%、特に10質量%~22質量%であることが効率よく反応を進ませる観点や副生物の生成抑制等の観点から好ましい。
上述したように本発明のポリイミドフィルムはその製造方法により限定されるものではないが、たるみの低減の効果を発揮させる点において、好ましいポリイミドフィルムの製造方法の一つを以下に示す。本製造方法は、上記ポリアミド酸を、溶媒中に溶解させた溶液を支持体上に流延又は塗布した後に加熱して、一方向に長い自己支持性フィルムを得、得られた自己支持性フィルムを該支持体から剥がして該フィルムの幅方向の両端縁を固定した状態で、250℃以上500℃以下の最高加熱温度で加熱するものである。
ポリアミド酸溶液の自己支持性フィルムは、ポリアミド酸溶液を支持体上に流延塗布し、自己支持性となる程度(通常のキュア工程前の段階を意味する)、例えば支持体上より剥離することができる程度にまで加熱して製造される。
次いで、自己支持性フィルムを加熱処理してポリイミドフィルムを得る。加熱処理工程において、最高加熱温度が、好ましくは250℃以上、300℃以上、より好ましくは350℃以上、さらに好ましくは400℃以上となるように加熱する。加熱温度の上限はポリイミドフィルムの特性が低下しない温度であれば良く、好ましくは500℃以下、より好ましくは490℃以下、さらに好ましくは480℃以下、特に好ましくは450℃以下である。
(ジアミン)
・2,4-ビス(4-アミノアニリノ)-6-アニリノ-1,3,5-トリアジン(p-ATDA)
・2,4-ビス(p-アミノアニリノ)-6-(p-エチニルアニリノ)-1,3,5-トリアジン(EDA)
・4,4’-ジアミノジフェニルエーテル(ODA)
・p-フェニレンジアミン(PPD)
(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(s-BPDA)
・ピロメリット酸二無水物(PMDA)
(溶媒)
・N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)
重合槽に所定量のDMAc、ジアミン成分としてp-ATDA、ODAを加えた後、室温下で撹拌しながら、酸成分としてs-BPDAをジアミン成分と略等モルまで段階的に添加して反応させ、固形分濃度が18質量%であるポリアミド酸の重合溶液(ポリイミド前駆体溶液)を得た。そして、このポリアミド酸重合溶液に、ポリアミド酸100質量部に対して0.25質量部の割合でモノステアリルリン酸エステルトリエタノールアミン塩を添加し、均一に混合し、加圧ろ過して、ポリアミド酸溶液を得た。p-ATDA:ODAのモル比は20:80とした。
p-ATDA及びODAの使用量をs-BPDA:ODA:p-ATDAのモル比が下記表1記載の比となるように変更した以外は、比較例1と同様にしてポリアミド酸溶液を得た。
p-ATDAを用いずに、EDAを用い、s-BPDA:ODA:EDAのモル比が下記表1記載の比となるように原料の量を調整した以外は、比較例1と同様にしてポリアミド酸溶液を得た。
s-BPDA、ODA、p-ATDAに加えてEDAを用い、s-BPDA:ODA:p-ATDA:EDAのモル比が下記表1記載の比となるように原料の量を調整した以外は、比較例1と同様にしてポリアミド酸溶液を得た。
ポリアミド酸溶液をガラス板上に薄膜状にキャストし、オーブンを用いて132℃で6分加熱した後、ガラス板から剥離して、自己支持性フィルムを得た。 自己支持性フィルムをピンテンターに固定し、オーブンを用いて150℃から350℃まで昇温速度20℃/分で加熱し、さらに350℃で9分保持して、厚さ35μmのポリイミドフィルムを得た。
[たるみ]
フィルムを、製膜時と上下をひっくり返した状態で平坦な台の上面に戴置した。フィルム幅方向の両端をテープで固定し、上方へ向けて凸となった凸部の頂点の、台の上面からの高さを定規を用いて測定した。結果を表1に示す。
HAZE MATER NDH2000(日本電色工業(株)社製)を用いて、JIS K7136の規格に準拠して、ポリイミドフィルムのヘイズを測定した。結果を表1に示す。
ポリイミドフィルムの両面に、銅箔(三井金属鉱業株式会社製3EC-III(35μm))を340℃、4MPaの条件で10分間プレスして貼り合わせた。ポリイミドフィルムは銅箔の粗化面と圧着させた。得られたポリイミド金属積層体を幅5mmに切断し、ピール試験片を得た。ピール強度は島津製作所製小型引張試験機(EZ-S500N)を用い、Tピールで、A面(自己支持性フィルム作製時の基板側に対して反対側の面)を上にした状態で剥離速度50mm/minの条件で測定した。実施例6及び7のポリイミドフィルムについて測定した接着強度を表2に示す。表2には五連の平均値を示す。ポリイミドフィルムと銅箔の剥離においては、ポリイミドフィルムの両面に積層された銅箔のうち、より接着力の弱い方の面で剥離する。従って、測定された剥離強度はより接着力の弱い面の剥離強度である。測定は温度23℃、相対湿度50%の環境下で行った。
下記測定条件にて、レオメトリック・サイエンティフィック・エフ・イー社製固体粘弾性アナライザーRSAIIIを用いて室温(約25℃)から500℃までの温度範囲におけるフィルムの固体粘弾性を測定した。得られたE’’曲線の極大が位置する温度をガラス転移温度(Tg)とした。結果を表3に示す。
(測定条件)
測定モード:引張モード動的測定
周波数:62.8rad/sec(10Hz)
昇温: 3℃/step
雰囲気:窒素気流中
ポリイミドフィルムを幅4mmの短冊状に切り取って試験片とし、TMA/SS6100(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)を用い、チャック間長15mm、荷重2gで、30℃から昇温速度20℃/分で昇温を開始した。220℃まで昇温した(1st)後、すぐに室温に戻して、再度20℃/分で500℃まで昇温した(2nd)。2nd測定時の50℃から200℃の間で計算した線熱膨張係数を表3に示す。
ポリイミドフィルムを試験片とし、TAインスツルメント社製熱量計測定装置(Q5000IR)を用い、窒素気流中、昇温速度10℃/分で30℃から700℃まで昇温した。得られた重量曲線から、5%重量減少温度を求めた。結果を表3に示す。
ポリイミドフィルムをIEC-540(S)規格のダンベル形状に打ち抜いて試験片(幅:4mm)とし、ORIENTEC社製TENSILONを用いて、チャック間長30mm、引張速度2mm/分で、初期の引張弾性率、破断点伸度、破断強度を測定した。結果を表3に示す。
使用するテトラカルボン酸の組成、及び/又はジアミンの組成が表4の記載となるように、使用するジアミンの種類及び使用量を変更した以外は、実施例1と同様にしてポリアミド酸溶液を得た。
ポリアミド酸溶液を用いてポリイミド金属積層体を作製した。ポリイミド金属積層体は、ポリアミド酸溶液を圧延銅箔(JX日鉱日石金属株式会社製、BHY-13H-T、18μm厚)に塗布し、120℃で10分加熱後、さらに400℃まで20分かけて昇温することにより得た。ポリイミド金属積層体のポリイミドフィルムの厚みは下記表4に示す通りであった。
得られたポリイミド金属積層体の90°剥離試験を行った。90°剥離強度は試験機として島津製作所製小型引張試験機(EZ-S500N)を用い、温度23℃、相対湿度50%の環境下で、50mm/分の剥離速度で測定した。結果を表4に示す。
下記の実施例では化学イミド化により本発明のポリイミドを得た例である。
使用するテトラカルボン酸の組成、及び/又はジアミンの組成が表5の記載となるように、テトラカルボン酸成分が合計2.5mmol、使用するジアミン成分が合計2.5mmolとなるように種類及び使用量を変更し、溶媒にN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリアミド酸溶液(固形分濃度13~20質量%)を得た。得られたポリアミド酸溶液を固形分濃度が5質量%となるようにNMPで希釈した後、無水酢酸1.6mL、ピリジン1.8mLを攪拌しながら滴下し、100℃で24時間攪拌して化学イミド化を行った。化学イミド化終了後、ポリイミドをメタノールで沈殿させ、ろ過して回収した後、室温で減圧乾燥して、ポリイミドを得た。得られたポリイミドをNMPに再溶解して、濃度15質量%のポリイミド溶液を得た。このようにして得たポリイミド溶液をガラス板上に薄膜状にキャストし、室温から、オーブンを用いて、40℃、60℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃と段階的に温度を上げ、
最終的に350℃で30分キュアし、ガラス板から剥離して、厚さ35μmのポリイミドフィルムを得た。
Claims (11)
- テトラカルボン酸成分と、ジアミン成分とから得られるポリイミドであって、
前記ジアミン成分として、下記一般式(1)で表されるジアミンと、一般式(1)以外の構造を有し且つベンゼン核を1~4個有するフッ素非含有の芳香族ジアミンとを少なくとも用い、前記芳香族ジアミンのうちベンゼン核を4個有するフッ素非含有の芳香族ジアミンは、3,3’-ビス(3-アミノフェノキシ)ビフェニル、3,3’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(3-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス〔3-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕エーテル、ビス〔3-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕エーテル、ビス〔4-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕エーテル、ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕エーテル、ビス〔3-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕ケトン、ビス〔3-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕ケトン、ビス〔4-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕ケトン、ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕ケトン、ビス〔3-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕スルフィド、ビス〔3-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕スルフィド、ビス〔4-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕スルフィド、ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕スルフィド、ビス〔3-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン、ビス〔3-(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、ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン、ビス〔3-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕メタン、ビス〔3-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕メタン、ビス〔4-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕メタン、ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕メタン、2,2-ビス〔3-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン、2,2-ビス〔3-(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、および2,2-ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕プロパンから選択される一種以上である、ポリイミド。
- 前記芳香族ジアミンが4,4’-ジアミノジフェニルエーテル及び前記一般式(2)で表される化合物から選ばれる少なくとも1種である、請求項2記載のポリイミド。
- 前記テトラカルボン酸成分が、ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸、これらの酸の二無水物並びにこれらの酸の低級アルコ-ルのエステル化物から選ばれる少なくとも一種である、請求項1~3いずれかに記載のポリイミド。
- 前記ジアミン成分中、前記一般式(1)で表されるジアミンの割合が2モル%以上である請求項1~5いずれかに記載のポリイミド。
- 前記ジアミン成分中、前記一般式(1)で表されるジアミンの割合が80モル%以下である請求項1~6いずれかに記載のポリイミド。
- 請求項1~7いずれかに記載のポリイミドを含むポリイミドフィルム。
- 請求項1~7いずれかに記載のポリイミドフィルムと、該ポリイミドフィルムに直接又は接着剤を介して積層された金属層とを有するポリイミド金属積層体。
- 下記一般式(4)で表される構造単位及び下記一般式(5)で表される構造単位を有するポリアミド酸。
- 請求項10に記載のポリアミド酸を溶媒中に溶解させた溶液を、支持体上に流延又は塗布した後に加熱して、一方向に長い自己支持性フィルムを得、得られた自己支持性フィルムを該支持体からはがして該フィルムの幅方向の両端縁を固定した状態で、250℃以上500℃以下の最高加熱温度で加熱する、ポリイミドフィルムの製造方法。
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