JPWO2014185353A1 - 透明ポリイミドおよびその前駆体 - Google Patents
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Abstract
Description
mは、式(1a)で表される構造単位および式(1b)で表される構造単位の全体に対する、式(1a)で表される構造単位のモル分率を示し、nは、式(1a)で表される構造単位および式(1b)で表される構造単位の全体に対する、式(1b)で表される構造単位のモル分率を示し(m+n=100%)、かつm/nが99.9/0.1〜50.0/50.0であり、式(1a)で表される構造単位と式(1b)で表される構造単位とは結合しており、その結合方式は、ランダムでもブロックでもよく、
上記式(1a)におけるシクロヘキサン骨格(y)は、60%〜100%の下記式(y1)で表されるトランス体と、40%〜0%の下記式(y2)で表されるシス体とからなり(トランス体+シス体=100%)、
mは、式(2a)で表される構造単位および下記式(2b)で表される構造単位の全体に対する、式(2a)で表される構造単位のモル分率を示し、nは、式(2a)で表される構造単位および下記式(2b)で表される構造単位の全体に対する、式(2b)で表される構造単位のモル分率を示し、かつm/nが99.9/0.1〜50.0/50.0の範囲にあり、式(2a)で表される構造単位と式(2b)で表される構造単位とは結合しており、その結合方式は、ランダムでもブロックでもよく、
上記式(2a)におけるシクロヘキサン骨格(y)は、60%〜100%の下記式(y1)で表されるトランス体と、40%〜0%の下記式(y2)で表されるシス体とからなり(トランス体+シス体=100%)、
1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンとビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、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、および2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物から選ばれる少なくとも1つを含むテトラカルボン酸二無水物とを反応させて下記式(3b)で表される構造単位を含むポリアミド酸(2)を製造する工程、
ポリアミド酸(1)とポリアミド酸(2)とを、下記式(3a)で表される構造単位/下記式(3b)で表される構造単位のモル比が99.9/0.1〜50.0/50.0の範囲となるように混合してポリアミド酸混合物を製造する工程、および
上記ポリアミド酸混合物のイミド化を行う工程を含む[1]に記載のポリイミドの製造方法。
[9] [3]または[4]に記載のポリアミド酸と溶媒とを含むポリアミド酸ワニス。
1,4−シクロヘキサンジアミンおよび1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン以外のジアミンと1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンと、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、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、または2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物とを反応させて得られる構造単位、
1,4−シクロヘキサンジアミンおよび1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン以外のジアミンとビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、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、および2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物以外のテトラカルボン酸二無水物とを反応させて得られる構造単位などが挙げられる。上記テトラカルボン酸二無水物は単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。また、ポリイミドに分岐を導入することなどを目的に、上記テトラカルボン酸二無水物の一部を、ヘキサカルボン酸三無水物またはオクタカルボン酸四無水物などに置き換えてもよい。上記ジアミンは単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
1,4−シクロヘキサンジアミンおよび1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン以外のジアミンと1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンと、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、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、または2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物とを反応させて得られる構造単位、
1,4−シクロヘキサンジアミンおよび1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン以外のジアミンとビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、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、および2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物以外のテトラカルボン酸二無水物とを反応させて得られる構造単位などが挙げられる。上記テトラカルボン酸二無水物は単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。また、ポリイミドに分岐を導入することなどを目的に、上記テトラカルボン酸二無水物の一部を、ヘキサカルボン酸三無水物またはオクタカルボン酸四無水物などに置き換えてもよい。
(1)溶媒中のポリアミド酸を、例えば100〜400℃程度に加熱して、イミド化する方法(熱イミド化)
(2)溶媒中のポリアミド酸を、無水酢酸などのイミド化剤を用いて化学的にイミド化する方法(化学イミド化)
(3)溶媒中のポリアミド酸を、触媒存在下または不存在下、共沸脱水用溶媒の存在下においてイミド化する方法(共沸脱水閉環法)
また、上述したポリアミド酸ワニスから作製されたドライフィルムを、20℃〜400℃、好ましくは150℃〜350℃、さらに好ましくは200℃〜300℃で、1秒〜5時間程度加熱することによりイミド化を行い、ポリイミドを作製することもできる。
1,4−シクロヘキサンジアミンとビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、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、および2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物から選ばれる少なくとも1つを含むテトラカルボン酸二無水物とを反応させて下記式(3a)で表される構造単位を含むポリアミド酸(1)を製造する工程、
1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンとビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、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、および2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物から選ばれる少なくとも1つを含むテトラカルボン酸二無水物とを反応させて下記式(3b)で表される構造単位を含むポリアミド酸(2)を製造する工程、
ポリアミド酸(1)とポリアミド酸(2)とを、下記式(3a)で表される構造単位/下記式(3b)で表される構造単位のモル比が99.9/0.1〜50.0/50.0の範囲となるように混合してポリアミド酸混合物を製造する工程、および
上記ポリアミド酸混合物のイミド化を行う工程を含む製造方法によっても製造できる。
式(3a)で表される構造単位/式(3b)で表される構造単位のモル比は、好ましくは99.9/0.1〜70.0/30.0の範囲、より好ましくは99.5/0.5〜80.0/20.0の範囲、さらに好ましくは99.5/0.5〜90.5/9.5の範囲である。特に、上記式(3a)および(3b)のRが式(x1)であらわされる基である場合には、式(3a)で表される構造単位/式(3b)で表される構造単位のモル比が上記範囲であることが望ましい。
各実施例および比較例で得られたポリアミド酸溶液(ワニス)を、ドクターブレードにてガラス基板上に流延した。このガラス基板を、オーブンにて窒素気流中、2時間かけて50℃から280℃まで昇温し、次いで280℃で2時間保持して、流延膜をイミド化させた。得られた流延膜をガラス基板から剥離することで、厚みが10μm〜14μmの範囲にあるポリイミドフィルムを得た。
得られたポリアミド酸溶液(ワニス)を、固形分濃度が0.5g/dlとなるようにN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)を加えて調整し、その固有対数粘度(dl/g)をウベローデ粘度計を用いて35℃にて測定した。
作製したポリイミドフィルムの試験片(標線幅5mm・試料長20mm)を、測定装置TMA−50(島津製作所製)を用いて、25〜350℃の温度範囲で、昇温速度5℃/分、荷重14g/mm2、引張りモードの条件でTMA測定した。得られた温度・伸度曲線の変曲点からガラス転移温度(Tg)を求めた。
作製したポリイミドフィルムをMultiSpec−1500(島津製作所製)を用いて、紫外・可視スペクトルを測定した。この時の波長365nmにおける光線透過率を計測した。
作製したポリイミドフィルムについて、色彩式差計(測定ヘッド:CM−2500d コニカミノルタ社製)を用いて、C光源・2°視野・SCIモードの条件で、校正白色板の上で、黄色味の指標となる値の測定を行った。3回の測定値の平均値をb*とした。
作製したポリイミドフィルムの全光線透過率を、積分球を備えた日本電色工業製ヘーズメーターNDH2000を用いて、光源D65にてJIS K 7105に準じた方法で測定した。
上記で得たポリイミドフィルムよりダンベル型打ち抜き試験片を作製し、引張試験機(島津製作所製、EZ−S)にて、標線幅5mm、試料長30mm、引張速度30mm/分の条件で測定を行った。得られた応力・歪曲線より、破断に至った点における強度および伸度をそれぞれ引張強度および引張伸度とし、5回の測定値の平均値を、引張強度 TS、引張伸度 ELとした。
1H NMR(溶媒CDCl3)測定より、所定磁場範囲におけるシグナルの強度比より、シス体/トランス体比率を算出した。すなわち、シス体由来のNH2CH2(2.61ppm、ダブレット)と、トランス体由来のNH2CH2(2.53ppm、ダブレット)との比率から算出したところ、トランス体比率84%であった。
(実施例1)
温度計、攪拌機、窒素導入管を備えた500mLの5口セパラブルフラスコに、撹拌条件下、1,4−ジアミノシクロヘキサン(以下、CHDAと称する;岩谷瓦斯社製、トランス体比率:99%以上)11.3g(0.099モル)と、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(以下、14BACと称する;トランス体比率:84%、)0.140g(0.001モル)と、有機溶媒であるN,N‐ジメチルアセトアミド(以下、DMAcと称する)223gとを加え、ジアミン混合物の溶液を作製した。さらに撹拌条件下、その溶液に、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物(以下、ODPAと称する)31.0g(0.100モル)を粉状のまま投入した後、得られた液を、90℃に保持したオイルバス中に1時間浴して反応させた。液は、当初は不均一であったが、反応の進行に従って透明な溶液に変化し、粘性のあるポリアミド酸溶液を得た。得られたポリアミド酸溶液のワニス物性(η)、および上記フィルム作成方法に従って得られたフィルムの各物性(Tg、T%@365nm、b*、Total T、TS、EL)を表1にまとめる。
CHDAの仕込み量を11.3gから10.9g(0.095モル)に、14BACの仕込み量を0.140gから0.710g(0.005モル)に、DMAcの仕込み量を223gから224gに変更する以外は実施例1と同様に、ポリアミド酸溶液を作製した。得られたポリアミド酸溶液のワニス物性(η)、および上記フィルム作成方法に従って得られたフィルムの各物性(Tg、T%@365nm、b*、Total T、TS、EL)を表1にまとめる。
CHDAの仕込み量を11.3gから10.3g(0.090モル)に、14BACの仕込み量を0.140gから1.42g(0.010モル)に、DMAcの仕込み量を223gから224gに変更する以外は実施例1と同様に、ポリアミド酸溶液を作製した。得られたポリアミド酸溶液のワニス物性(η)、および上記フィルム作成方法に従って得られたフィルムの各物性(Tg、T%@365nm、b*、Total T、TS、EL)を表1にまとめる。
CHDAの仕込み量を11.3gから9.14g(0.080モル)に、14BACの仕込み量を0.140gから2.84g(0.020モル)に、DMAcの仕込み量を223gから226gに変更する以外は実施例1と同様に、ポリアミド酸溶液を作製した。得られたポリアミド酸溶液のワニス物性(η)、および上記フィルム作成方法に従って得られたフィルムの各物性(Tg、T%@365nm、b*、Total T、TS、EL)を表1にまとめる。
CHDAの仕込み量を11.3gから5.71g(0.050モル)に、14BACの仕込み量を0.140gから7.11g(0.050モル)に、DMAcの仕込み量を223gから230gに変更する以外は実施例1と同様に、ポリアミド酸溶液を作製した。得られたポリアミド酸溶液のワニス物性(η)、および上記フィルム作成方法に従って得られたフィルムの各物性(Tg、T%@365nm、b*、Total T、TS、EL)を表1にまとめる。
ジアミンとして14BACを用いずに、CHDAの仕込み量を11.3gから11.4g(0.100モル)に、DMAcの仕込み量を223gから224gに変更する以外は実施例1と同様に、ポリアミド酸溶液を作製した。得られたポリアミド酸溶液のワニス物性(η)、および上記フィルム作成方法に従って得られたフィルムの各物性(Tg、T%@365nm、b*、Total T、TS、EL)を表1にまとめる。
ジアミンとしてCHDAを用いずに、14BACの仕込み量を0.140gから14.2g(0.100モル)に、DMAcの仕込み量を223gから238gに変更する以外は実施例1と同様に、ポリアミド酸溶液を作製した。得られたポリアミド酸溶液のワニス物性(η)、および上記フィルム作成方法に従って得られたフィルムの各物性(Tg、T%@365nm、b*、Total T、TS、EL)を表1にまとめる。
DMAcの仕込み量を224gから189gに、ODPA31.0gを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(DSDA)35.8g(0.100モル)に変更する以外は、比較例1と同様に、ポリアミド酸溶液を作製した。得られたポリアミド酸溶液のワニス物性(η)、および上記フィルム作成方法に従って得られたフィルムの各物性(Tg、T%@365nm、b*、Total T、TS、EL)を表1にまとめる。
DMAcの仕込み量を238gから200gに、ODPA31.0gをDSDA35.8g(0.100モル)に変更する以外は、比較例2と同様に、ポリアミド酸溶液を作製した。得られたポリアミド酸溶液のワニス物性(η)、および上記フィルム作成方法に従って得られたフィルムの各物性(Tg、T%@365nm、b*、Total T、TS、EL)を表1にまとめる。
DMAcの仕込み量を224gから231gに、ODPA31.0gを3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)29.4g(0.100モル)に変更する以外は、比較例1と同様に、ポリアミド酸溶液を作製した。得られたポリアミド酸溶液のワニス物性(η)、および上記フィルム作成方法に従って得られたフィルムの各物性(Tg、T%@365nm、b*、Total T、TS、EL)を表1にまとめる。
DMAcの仕込み量を238gから247gに、ODPA31.0gを3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)29.4g(0.100モル)に変更する以外は、比較例2と同様に、ポリアミド酸溶液を作製した。得られたポリアミド酸溶液のワニス物性(η)、および上記フィルム作成方法に従って得られたフィルムの各物性(Tg、T%@365nm、b*、Total T、TS、EL)を表1にまとめる。
(実施例6)
温度計、攪拌機、窒素導入管を備えた200mLの5口セパラブルフラスコに、撹拌条件下、比較例1で得たポリアミド酸溶液(CHDA/14BAC比率が100/0、濃度16wt%)50.4gと、比較例2で得たポリアミド酸溶液(CHDA/14BAC比率が0/100、濃度16wt%)2.83gとを加え混合溶液を作製した。混合溶液中のCHDA/14BAC比率(すなわち、m/n)は95/5である。該混合溶液を60℃に保持したオイルバス中で1時間、さらに室温で12時間撹拌した。得られた混合溶液のワニス物性(η)、および上記フィルム作成方法に従って得られたフィルムの各物性(Tg、T%@365nm、b*、Total T、TS、EL)を表1にまとめる。
比較例1で得たポリアミド酸溶液の仕込み量を50.4gから48.3gに、比較例2で得たポリアミド酸溶液の仕込み量を2.83gから5.09g変更する以外は、実施例6と同様に混合溶液を作製した。得られた混合溶液のワニス物性(η)、および上記フィルム作成方法に従って得られたフィルムの各物性(Tg、T%@365nm、b*、Total T、TS、EL)を表1にまとめる。なお得られた混合液中のCHDA/14BAC比率(すなわち、m/n)は91/9である。
mは、式(2a)で表される構造単位および下記式(2b)で表される構造単位の全体に対する、式(2a)で表される構造単位のモル分率を示し、nは、式(2a)で表される構造単位および上記式(2b)で表される構造単位の全体に対する、式(2b)で表される構造単位のモル分率を示し、かつm/nが99.9/0.1〜50.0/50.0の範囲にあり、式(2a)で表される構造単位と式(2b)で表される構造単位とは結合しており、その結合方式は、ランダムでもブロックでもよく、
上記式(2a)におけるシクロヘキサン骨格(y)は、60%〜100%の下記式(y1)で表されるトランス体と、40%〜0%の下記式(y2)で表されるシス体とからなり(トランス体+シス体=100%)、
作製したポリイミドフィルムについて、色彩色差計(測定ヘッド:CM−2500d コニカミノルタ社製)を用いて、C光源・2°視野・SCIモードの条件で、校正白色板の上で、黄色味の指標となる値の測定を行った。3回の測定値の平均値をb*とした。
(実施例1)
温度計、攪拌機、窒素導入管を備えた500mLの5口セパラブルフラスコに、撹拌条件下、1,4−ジアミノシクロヘキサン(以下、CHDAと称する;岩谷瓦斯社製、トランス体比率:99%以上)11.3g(0.099モル)と、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(以下、14BACと称する;トランス体比率:84%)0.140g(0.001モル)と、有機溶媒であるN,N−ジメチルアセトアミド(以下、DMAcと称する)223gとを加え、ジアミン混合物の溶液を作製した。さらに撹拌条件下、その溶液に、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物(以下、ODPAと称する)31.0g(0.100モル)を粉状のまま投入した後、得られた液を、90℃に保持したオイルバス中に1時間浴して反応させた。液は、当初は不均一であったが、反応の進行に従って透明な溶液に変化し、粘性のあるポリアミド酸溶液を得た。得られたポリアミド酸溶液のワニス物性(η)、および上記フィルム作成方法に従って得られたフィルムの各物性(Tg、T%@365nm、b*、Total T、TS、EL)を表1にまとめる。
Claims (13)
- 下記式(1a)で表される構造単位と下記式(1b)で表される構造単位とを含むポリイミド。
mは、式(1a)で表される構造単位および式(1b)で表される構造単位の全体に対する、式(1a)で表される構造単位のモル分率を示し、nは、式(1a)で表される構造単位および式(1b)で表される構造単位の全体に対する、式(1b)で表される構造単位のモル分率を示し(m+n=100%)、かつm/nが99.9/0.1〜50.0/50.0であり、式(1a)で表される構造単位と式(1b)で表される構造単位とは結合しており、その結合方式は、ランダムでもブロックでもよく、
上記式(1a)におけるシクロヘキサン骨格(y)は、60%〜100%の下記式(y1)で表されるトランス体と、40%〜0%の下記式(y2)で表されるシス体とからなり(トランス体+シス体=100%)、
- 上記式(1a)および(1b)において、Rが(x1)で表される基である請求項1に記載のポリイミド。
- 下記式(2a)で表される構造単位と下記式(2b)で表される構造単位とを含むポリアミド酸。
mは、式(2a)で表される構造単位および下記式(2b)で表される構造単位の全体に対する、式(2a)で表される構造単位のモル分率を示し、nは、式(2a)で表される構造単位および下記式(2b)で表される構造単位の全体に対する、式(2b)で表される構造単位のモル分率を示し、かつm/nが99.9/0.1〜50.0/50.0の範囲にあり、式(2a)で表される構造単位と式(2b)で表される構造単位とは結合しており、その結合方式は、ランダムでもブロックでもよく、
上記式(2a)におけるシクロヘキサン骨格(y)は、60%〜100%の下記式(y1)で表されるトランス体と、40%〜0%の下記式(y2)で表されるシス体とからなり(トランス体+シス体=100%)、
- 上記一般式(2a)および(2b)において、Rが(x1)で表される基である請求項3に記載のポリアミド酸。
- 請求項1に記載のポリイミドと無機フィラーとを含むポリイミド組成物。
- 請求項3に記載のポリアミド酸と無機フィラーとを含むポリアミド酸組成物。
- 1,4−シクロヘキサンジアミンと1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンとを1,4−シクロヘキサンジアミン/1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンのモル比が99.9/0.1〜50.0/50.0の範囲となるように含むジアミン混合物と、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、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、および2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物から選ばれる少なくとも1つを含むテトラカルボン酸二無水物とを反応させる工程を含む請求項3に記載のポリアミド酸の製造方法。
- 1,4−シクロヘキサンジアミンとビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、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、および2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物から選ばれる少なくとも1つを含むテトラカルボン酸二無水物とを反応させて下記式(3a)で表される構造単位を含むポリアミド酸(1)を製造する工程、
1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンとビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、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、および2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物から選ばれる少なくとも1つを含むテトラカルボン酸二無水物とを反応させて下記式(3b)で表される構造単位を含むポリアミド酸(2)を製造する工程、
ポリアミド酸(1)とポリアミド酸(2)とを、下記式(3a)で表される構造単位/下記式(3b)で表される構造単位のモル比が99.9/0.1〜50.0/50.0の範囲となるように混合してポリアミド酸混合物を製造する工程、および
上記ポリアミド酸混合物のイミド化を行う工程を含む請求項1に記載のポリイミドの製造方法。
- 請求項3に記載のポリアミド酸と溶媒とを含むポリアミド酸ワニス。
- 請求項3に記載のポリアミド酸を含むドライフィルム。
- 請求項1に記載のポリイミド組成物を含むフィルム。
- 請求項11に記載のフィルムを含む光学フィルム。
- 請求項12に記載の光学フィルムを含むフレキシブルディスプレイ用基板。
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