WO2019116940A1 - ポリイミド樹脂、ポリイミドワニス及びポリイミドフィルム - Google Patents

ポリイミド樹脂、ポリイミドワニス及びポリイミドフィルム Download PDF

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WO2019116940A1
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polyimide
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film
polyimide resin
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洋平 安孫子
慎司 関口
貴文 高田
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三菱瓦斯化学株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a polyimide resin, a polyimide varnish and a polyimide film.
  • polyimide resin Since polyimide resin has excellent mechanical properties and heat resistance, various applications are being examined in the field of electric and electronic parts and the like. For example, it is desirable to replace a glass substrate used in an image display device such as a liquid crystal display or an OLED display with a plastic substrate for the purpose of reducing the weight and flexibility of the device, and polyimide resin suitable as the plastic material Research is also in progress.
  • the polyimide resin for such applications is also required to be colorless and transparent, and also has high dimensional stability against heat (that is, a low coefficient of linear thermal expansion) so as to be compatible with the high temperature process of the manufacturing process of image display devices. Desired.
  • Patent Document 1 discloses a first tetracarboxylic acid component such as pyromellitic anhydride, and 2,3 ', 4,4'-diphenyl sulfone tetracarboxylic acid.
  • a polyimide resin synthesized from a second tetracarboxylic acid component such as an anhydride and a tolidine sulfone skeleton diamine component is described.
  • Patent Document 2 discloses a diamine compound containing a benzoxazole group and an aromatic tetracarboxylic acid Polyimide resins synthesized from anhydrides are described.
  • the polyimide film is also required to have laser peeling properties.
  • the polyimide film is required to be excellent in the property of absorbing light having a wavelength of 308 nm (that is, having a low light transmittance at a wavelength of 308 nm).
  • the polyimide film is also required to have resistance (organic solvent resistance) to organic solvents such as polar solvents.
  • a film poor in organic solvent resistance may change the form of the film due to elution or swelling of the surface when exposed to an organic solvent such as a polar solvent.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and the subject of the present invention is that the mechanical properties and the heat resistance are good, and further the colorless transparency, the dimensional stability against heat, the laser removability and the organic resistance It is an object of the present invention to provide a polyimide resin capable of forming a film excellent in solvent property, and a polyimide varnish and a polyimide film containing the polyimide resin.
  • the present inventors have found that a polyimide resin containing a combination of specific structural units can solve the above-mentioned problems, and has completed the invention.
  • a polyimide resin having a structural unit A derived from tetracarboxylic acid dianhydride and a structural unit B derived from a diamine, Structural unit (A-1) derived from a compound represented by the following formula (a-1) and structural unit derived from a compound represented by the following formula (a-2) (A-2) And a structural unit (A-3) derived from a compound represented by the following formula (a-3),
  • a polyimide resin comprising a structural unit (B-1) derived from a compound represented by the following formula (b-1):
  • the ratio of the structural unit (A-1) in the structural unit A is 10 to 80 mol%, The proportion of the structural unit (A-2) in the structural unit A is 10 to 80 mol%, The polyimide resin according to the above [1], wherein the proportion of the structural unit (A-3) in the structural unit A is 10 to 80 mol%.
  • a polyimide film comprising the polyimide resin according to any one of the above [1] to [3].
  • the present invention it is possible to form a film which is excellent in mechanical properties and heat resistance and is further excellent in colorless transparency, dimensional stability to heat, laser peelability and organic solvent resistance.
  • being excellent in colorless transparency means that the total light transmittance is high and that the yellow index is small
  • being excellent in dimensional stability against heat means that the linear thermal expansion coefficient is low.
  • the polyimide resin of the present invention is a polyimide resin having a structural unit A derived from tetracarboxylic acid dianhydride and a structural unit B derived from a diamine, and the structural unit A is represented by the following formula (a-1) In the structural unit (A-1) derived from the compound, the structural unit (A-2) derived from the compound represented by the following formula (a-2), and the compound represented by the following formula (a-3) And a structural unit (A-3) from which the structural unit B includes a structural unit (B-1) derived from a compound represented by the following formula (b-1).
  • the structural unit A is a structural unit derived from tetracarboxylic acid dianhydride occupied in the polyimide resin, and a structural unit (A-1) derived from the compound represented by the formula (a-1); It includes a constituent unit (A-2) derived from the compound represented by 2) and a constituent unit (A-3) derived from the compound represented by the formula (a-3).
  • the structural unit (A-1) improves colorless transparency and dimensional stability, and the structural unit (A-2) improves laser removability and organic solvent resistance, and the structural unit (A-3) Colorless transparency is improved.
  • the compound represented by the formula (a-1) is norbornane-2-spiro- ⁇ -cyclopentanone- ⁇ ′-spiro-2 ′ ′-norbornane-5,5 ′ ′, 6,6 ′ ′-tetracarboxylic acid It is an acid dianhydride.
  • the compound represented by the formula (a-3) is 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic acid dianhydride.
  • the compound represented by the formula (a-2) is biphenyltetracarboxylic acid dianhydride (BPDA), and as a specific example thereof, 3,3 ′, 4, 3 represented by the following formula (a-2s) 4′-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride (s-BPDA), 2,3,3 ′, 4′-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride (a-BPDA) represented by the following formula (a-2a), Examples thereof include 2,2 ′, 3,3′-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride (i-BPDA) represented by the following formula (a-2i).
  • BPDA biphenyltetracarboxylic acid dianhydride
  • s-BPDA 4, 3 represented by the following formula (a-2s) 4′-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride
  • a-BPDA 2,3,3 ′, 4′-biphenyltetracar
  • the proportion of the structural unit (A-1) in the structural unit A is preferably 10 to 80 mol%, more preferably 15 to 55 mol%, still more preferably 20 to 45 mol%, particularly preferably Is 22.5-40 mol%.
  • the proportion of the structural unit (A-2) in the structural unit A is preferably 10 to 80 mol%, more preferably 20 to 60 mol%, still more preferably 25 to 50 mol%, particularly preferably Is 27.5-45 mol%.
  • the proportion of the structural unit (A-3) in the structural unit A is preferably 10 to 80 mol%, more preferably 25 to 65 mol%, still more preferably 30 to 55 mol%, particularly preferably Is 32.5 to 50 mol%.
  • the ratio of the total of the structural units (A-1) to (A-3) in the structural unit A is preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and still more preferably 90 mol% or more. And particularly preferably 99 mol% or more.
  • the upper limit of the ratio of the total of the structural units (A-1) to (A-3) is not particularly limited, that is, 100 mol%.
  • the structural unit A may be composed only of the structural unit (A-1), the structural unit (A-2) and the structural unit (A-3).
  • the structural unit A may include structural units other than the structural units (A-1) to (A-3).
  • the tetracarboxylic acid dianhydride giving such a structural unit is not particularly limited, but aromatic tetracarboxylic acids such as pyromellitic dianhydride and 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic anhydride and the like A dianhydride (but excluding the compound represented by the formula (a-2)); an alicyclic tetracarboxylic acid dianhydride such as 1,2,3,4-cyclobutane tetracarboxylic acid dianhydride (wherein Compounds represented by the formula (a-1) and compounds represented by the formula (a-3); and aliphatic tetracarboxylic acids such as 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid dianhydride Dianhydride is mentioned.
  • aromatic tetracarboxylic acid dianhydride means tetracarboxylic acid dianhydride containing one or more aromatic rings
  • alicyclic tetracarboxylic acid dianhydride means one alicyclic ring.
  • the above means a tetracarboxylic dianhydride containing no aromatic ring
  • an aliphatic tetracarboxylic dianhydride means a tetracarboxylic dianhydride containing neither an aromatic ring nor an alicyclic ring.
  • the structural unit ie, the structural units other than the structural units (A-1) to (A-3)
  • optionally contained in the structural unit A may be of one type or of two or more types.
  • the structural unit B is a structural unit derived from diamine occupied in the polyimide resin, and includes a structural unit (B-1) derived from the compound represented by the formula (b-1).
  • the structural unit (B-1) improves mechanical properties and dimensional stability.
  • the compound represented by the formula (b-1) is 2,2′-bis (trifluoromethyl) benzidine.
  • the proportion of the structural unit (B-1) in the structural unit B is preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more, particularly preferably 99 mol % Or more.
  • the upper limit of the proportion of the structural unit (B-1) is not particularly limited, that is, 100 mol%.
  • the structural unit B may consist of only the structural unit (B-1).
  • the structural unit B may include structural units other than the structural unit (B-1).
  • the diamine giving such a structural unit is not particularly limited, and 1,4-phenylenediamine, p-xylylenediamine, 3,5-diaminobenzoic acid, 2,2'-dimethylbiphenyl-4,4'- Diamine, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 2,2-bis (4-aminophenyl) hexafluoropropane, bis (4-aminophenyl) sulfone, 4,4'-diaminobenzanilide 1- (4-Aminophenyl) -2,3-dihydro-1,3,3-trimethyl-1H-inden-5-amine, ⁇ , ⁇ '-bis (4-aminophenyl) -1,4-diisopropyl Benzene, N, N'-bis (4-aminopheny
  • an aromatic diamine means a diamine containing one or more aromatic rings
  • an alicyclic diamine means a diamine containing one or more alicyclic rings and containing no aromatic ring, a fat
  • the group diamine means a diamine containing neither an aromatic ring nor an alicyclic ring.
  • the structural unit (ie, structural units other than the structural unit (B-1)) optionally contained in the structural unit B may be of one type or of two or more types.
  • the number average molecular weight of the polyimide resin of the present invention is preferably 5,000 to 100,000 from the viewpoint of the mechanical strength of the resulting polyimide film.
  • the number average molecular weight of a polyimide resin can be calculated
  • the polyimide resin of the present invention has good mechanical properties and heat resistance, and can form a film excellent in colorless transparency, dimensional stability against heat, laser releasability and resistance to organic solvents.
  • the suitable physical-property value of the film which can be formed using the polyimide resin of this invention is as follows.
  • the tensile strength is preferably 80 MPa or more, more preferably 100 MPa or more, and still more preferably 110 MPa or more.
  • the tensile modulus of elasticity is preferably 2.5 GPa or more, more preferably 3.0 GPa or more, and still more preferably 3.2 GPa or more.
  • the glass transition temperature (Tg) is preferably 320 ° C. or more, more preferably 340 ° C. or more, and still more preferably 350 ° C. or more.
  • the total light transmittance is preferably 88% or more, more preferably 89% or more, and still more preferably 90% or more, when it is formed into a film having a thickness of 10 ⁇ m.
  • the yellow index (YI) is preferably 2.9 or less, more preferably 2.7 or less, and still more preferably 2.5 or less, when it is formed into a film having a thickness of 10 ⁇ m.
  • the linear thermal expansion coefficient (CTE) as CTE of 100 to 250 ° C. is preferably 25 ppm / ° C. or less, more preferably 20 ppm / ° C. or less, still more preferably 12 ppm / ° C. or less.
  • the light transmittance at a wavelength of 308 nm is preferably 1.0% or less, more preferably 0.6% or less, and still more preferably 0.4% or less, when it is formed into a film having a thickness of 10 ⁇ m.
  • the tensile modulus, tensile strength, glass transition temperature (Tg), total light transmittance, yellow index (YI), linear thermal expansion coefficient (CTE), and light transmittance at a wavelength of 308 nm are specifically mentioned. It can measure by the method as described in the Example.
  • the polyimide resin of the present invention comprises a compound giving the above-mentioned constituent unit (A-1), a compound giving the above-mentioned constituent unit (A-2), and a tetramer containing the compound giving the above-mentioned constituent unit (A-3) It can be produced by reacting a carboxylic acid component with a diamine component containing a compound giving the above-mentioned structural unit (B-1).
  • Examples of the compound giving the structural unit (A-1) include the compounds represented by the formula (a-1), but the compound is not limited thereto, and may be a derivative thereof as long as the same structural unit is given.
  • a tetracarboxylic acid corresponding to the tetracarboxylic acid dianhydride represented by the formula (a-1) ie, norbornane-2-spiro- ⁇ -cyclopentanone- ⁇ ′-spiro-2 ′ ′ Novolane-5,5 ′ ′, 6,6 ′ ′-tetracarboxylic acid
  • alkyl esters of the tetracarboxylic acid ie, norbornane-2-spiro- ⁇ -cyclopentanone- ⁇ ′-spiro-2 ′ ′ Novolane-5,5 ′ ′, 6,6 ′ ′-tetracarboxylic acid
  • the compound (namely, dianhydride) represented by Formula (a-1) is preferable.
  • the compound giving the structural unit (A-2) include the compounds represented by the formula (a-2), but the compound is not limited thereto, and may be a derivative thereof as long as the same structural unit is given .
  • the derivative include tetracarboxylic acid corresponding to tetracarboxylic acid dianhydride represented by the formula (a-2) and alkyl ester of the tetracarboxylic acid.
  • the compound (namely, dianhydride) represented by Formula (a-2) is preferable.
  • examples of the compound giving the structural unit (A-3) include the compounds represented by the formula (a-3), but the compound is not limited thereto, and may be a derivative thereof as long as the same structural unit is given .
  • examples of the derivative include tetracarboxylic acids corresponding to the tetracarboxylic acid dianhydride represented by formula (a-3) and alkyl esters of the tetracarboxylic acids.
  • the compound (namely, dianhydride) represented by Formula (a-3) is preferable.
  • Examples of the compound giving the structural unit (B-1) include the compounds represented by the formula (b-1), but the compound is not limited thereto and may be a derivative thereof as long as the same structural unit is given.
  • Examples of the derivative include diisocyanates corresponding to the diamine represented by the formula (b-1).
  • the compound (namely, diamine) represented by Formula (b-1) is preferable.
  • the tetracarboxylic acid component preferably contains 10 to 80 mol%, more preferably 15 to 55 mol%, still more preferably 20 to 45 mol% of a compound giving the structural unit (A-1), particularly preferably It contains 22.5 to 40 mol%.
  • the tetracarboxylic acid component preferably contains 10 to 80 mol%, more preferably 20 to 60 mol%, still more preferably 25 to 50 mol% of the compound giving the structural unit (A-2), particularly preferably 27.5-45 mol% is included.
  • the tetracarboxylic acid component preferably contains 10 to 80 mol%, more preferably 25 to 65 mol%, still more preferably 30 to 55 mol%, and particularly preferably 10 to 80 mol% of a compound giving the structural unit (A-3). 32.5 to 50 mol% is included.
  • the tetracarboxylic acid component preferably comprises 50 mol% or more in total of the compound giving the structural unit (A-1), the compound giving the structural unit (A-2), and the compound giving the structural unit (A-3) , More preferably 70 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more, and particularly preferably 99 mol% or more.
  • the upper limit of the total content of the compound giving the structural unit (A-1), the compound giving the structural unit (A-2), and the compound giving the structural unit (A-3) is not particularly limited, ie 100 It is mol%.
  • the tetracarboxylic acid component may be composed only of a compound giving the structural unit (A-1), a compound giving the structural unit (A-2), and a compound giving the structural unit (A-3).
  • the tetracarboxylic acid component may contain a compound other than a compound giving any of the structural units (A-1) to (A-3), and as the compound, the above-mentioned aromatic tetracarboxylic acid dianhydrides and fats are mentioned. Examples thereof include cyclic tetracarboxylic acid dianhydrides, and aliphatic tetracarboxylic acid dianhydrides, and derivatives thereof (tetracarboxylic acids, alkyl esters of tetracarboxylic acids, and the like).
  • the compound optionally contained in the tetracarboxylic acid component may be one kind or two or more kinds. It is also good.
  • the diamine component preferably contains 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more, and particularly preferably 99 mol% or more of the compound giving the structural unit (B-1). .
  • the upper limit of the content of the compound giving the constituent unit (B-1) is not particularly limited, that is, 100 mol%.
  • the diamine component may consist only of the compound giving the structural unit (B-1).
  • the diamine component may contain a compound other than the compound giving the structural unit (B-1), and as the compound, the above-mentioned aromatic diamine, alicyclic diamine, and aliphatic diamine, and derivatives thereof (diisocyanate etc.) Can be mentioned.
  • the compound optionally contained in the diamine component ie, the compound other than the compound giving the structural unit (B-1)
  • the ratio by weight of the tetracarboxylic acid component to the diamine component used for producing the polyimide resin is preferably 0.9 to 1.1 moles of the diamine component to 1 mole of the tetracarboxylic acid component.
  • an end capping agent may be used for the production of the polyimide resin.
  • the end capping agent monoamines or dicarboxylic acids are preferable.
  • the preparation amount of the end capping agent to be introduced is preferably 0.0001 to 0.1 mol, particularly preferably 0.001 to 0.06 mol, per 1 mol of the tetracarboxylic acid component.
  • Examples of monoamines end capping agents include methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, benzylamine, 4-methylbenzylamine, 4-ethylbenzylamine, 4-dodecylbenzylamine, 3-methylbenzylamine, 3- Ethyl benzylamine, aniline, 3-methylaniline, 4-methylaniline and the like are recommended. Among these, benzylamine and aniline can be suitably used.
  • dicarboxylic acid end capping agent dicarboxylic acids are preferable, and some of them may be ring-closed.
  • phthalic acid, phthalic anhydride, 4-chlorophthalic acid, tetrafluorophthalic acid, 2,3-benzophenonedicarboxylic acid, 3,4-benzophenonedicarboxylic acid, cyclohexane-1,2-dicarboxylic acid, cyclopentane-1,2 -Dicarboxylic acid, 4-cyclohexene-1,2-dicarboxylic acid, etc. are recommended.
  • phthalic acid and phthalic anhydride can be suitably used.
  • tetracarboxylic acid component and a diamine component are made to react
  • a well-known method can be used.
  • a specific reaction method (1) a tetracarboxylic acid component, a diamine component, and a reaction solvent are charged in a reactor, and stirred at room temperature to 80 ° C. for 0.5 to 30 hours, and then heated to imidation Method for carrying out the reaction, (2) The diamine component and the reaction solvent are charged into the reactor and dissolved, and then the tetracarboxylic acid component is charged, and if necessary, stirred for 0.5 to 30 hours at room temperature to 80 ° C. (3) The tetracarboxylic acid component, the diamine component, and the reaction solvent are charged into a reactor, and the temperature is raised immediately to perform the imidization reaction.
  • the reaction solvent used for producing the polyimide resin may be any solvent which can dissolve the polyimide to be produced without inhibiting the imidization reaction.
  • aprotic solvents phenol solvents, ether solvents, carbonate solvents and the like can be mentioned.
  • aprotic solvent examples include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, 1,3-dimethylimidazolidinone, tetramethylurea and the like.
  • amido solvents lactone solvents such as ⁇ -butyrolactone and ⁇ -valerolactone, phosphorus-containing amide solvents such as hexamethylphosphoric amide and hexamethylphosphine triamide, and sulfur-containing solvents such as dimethylsulfone, dimethylsulfoxide and sulfolane
  • lactone solvents such as ⁇ -butyrolactone and ⁇ -valerolactone
  • phosphorus-containing amide solvents such as hexamethylphosphoric amide and hexamethylphosphine triamide
  • sulfur-containing solvents such as dimethylsulfone, dimethylsulfoxide and sulfolane
  • system solvents ketone solvents such as acetone, cyclohexanone and methylcyclohexanone
  • amine solvents such as picoline and pyridine
  • ester solvents such as acetic acid (2-methoxy-1-methylethyl).
  • phenolic solvents include phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,3-xylenol, 2,4-xylenol, 2,5-xylenol, 2,6-xylenol, 3,4 -Xylenol, 3,5-xylenol and the like.
  • ether solvents include 1,2-dimethoxyethane, bis (2-methoxyethyl) ether, 1,2-bis (2-methoxyethoxy) ethane, bis [2- (2-methoxyethoxy) ethyl] Ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane and the like can be mentioned.
  • reaction solvents diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, ethylene carbonate, a propylene carbonate etc. are mentioned as a specific example of a carbonate type solvent.
  • amide solvents or lactone solvents are preferable.
  • the above reaction solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • the imidization reaction it is preferable to carry out the reaction while removing water generated at the time of production using a Dean-Stark apparatus or the like. By performing such an operation, the degree of polymerization and the imidation ratio can be further increased.
  • the imidation catalyst includes a base catalyst or an acid catalyst.
  • a base catalyst pyridine, quinoline, isoquinoline, ⁇ -picoline, ⁇ -picoline, 2,4-lutidine, 2,6-lutidine, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, tributylamine, triethylenediamine, imidazole, N, N
  • organic base catalysts such as dimethylaniline and N, N-diethylaniline
  • inorganic base catalysts such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, potassium hydrogencarbonate and sodium hydrogencarbonate.
  • an acid catalyst crotonic acid, acrylic acid, trans-3-hexenoic acid, cinnamic acid, benzoic acid, methylbenzoic acid, oxybenzoic acid, terephthalic acid, benzenesulfonic acid, paratoluenesulfonic acid, naphthalenesulfonic acid, etc.
  • the above imidation catalysts may be used alone or in combination of two or more.
  • a base catalyst more preferably an organic base catalyst, still more preferably triethylamine, and particularly preferably a combination of triethylamine and triethylenediamine.
  • the temperature of the imidization reaction is preferably 120 to 250 ° C., more preferably 160 to 200 ° C., from the viewpoint of the reaction rate and suppression of gelation and the like.
  • the reaction time is preferably 0.5 to 10 hours after the start of distillation of the produced water.
  • the polyimide varnish of the present invention is obtained by dissolving the polyimide resin of the present invention in an organic solvent. That is, the polyimide varnish of the present invention contains the polyimide resin of the present invention and an organic solvent, and the polyimide resin is dissolved in the organic solvent.
  • the organic solvent is not particularly limited as long as it dissolves the polyimide resin, but it is preferable to use one or more of the compounds described above as the reaction solvent used for producing the polyimide resin.
  • the polyimide varnish of the present invention may be a polyimide solution itself in which a polyimide resin obtained by a polymerization method is dissolved in a reaction solvent, or may be one in which a dilution solvent is further added to the polyimide solution.
  • the polyimide varnish of the present invention preferably contains 5 to 40% by mass, and more preferably 10 to 30% by mass of the polyimide resin of the present invention.
  • the viscosity of the polyimide varnish is preferably 1 to 200 Pa ⁇ s, more preferably 5 to 150 Pa ⁇ s.
  • the viscosity of the polyimide varnish is a value measured at 25 ° C. using an E-type viscometer.
  • the polyimide varnish of the present invention is an inorganic filler, an adhesion promoter, a release agent, a flame retardant, an ultraviolet light stabilizer, a surfactant, a leveling agent, an antifoaming agent, a fluorescent increase, as long as the required properties of the polyimide film are not impaired.
  • Various additives such as a whitening agent, a crosslinking agent, a polymerization initiator, and a photosensitizer may be included.
  • the manufacturing method of the polyimide varnish of this invention is not specifically limited, A well-known method is applicable.
  • the polyimide film of the present invention contains the polyimide resin of the present invention. Accordingly, the polyimide film of the present invention has good mechanical properties and heat resistance, and is further excellent in colorless transparency, dimensional stability to heat, laser releasability and resistance to organic solvents. Preferred physical properties of the polyimide film of the present invention are as described above. There is no restriction
  • a release agent may be applied to the surface of the support in advance, if necessary.
  • a method of removing the organic solvent contained in the varnish by heating the following method is preferable. That is, after the organic solvent is evaporated at a temperature of 120 ° C. or less to form a self-supporting film, the self-supporting film is peeled off from the support to fix the end portion of the self-supporting film. It is preferable to dry at a temperature above the boiling point of to produce a polyimide film. Moreover, it is preferable to dry under nitrogen atmosphere.
  • the pressure of the drying atmosphere may be any of reduced pressure, normal pressure and increased pressure.
  • the heating temperature at the time of producing the polyimide film by drying the self-supporting film is preferably 320 ° C. or higher, more preferably 340 ° C. or higher, from the viewpoint of imparting organic solvent resistance to the polyimide film. .
  • the upper limit of the heating temperature is not particularly limited, but is preferably 400 ° C. or less.
  • the thickness of the polyimide film of the present invention can be appropriately selected depending on the application etc., but is preferably in the range of 1 to 250 ⁇ m, more preferably 5 to 100 ⁇ m, still more preferably 10 to 80 ⁇ m.
  • the thickness of 1 to 250 ⁇ m enables practical use as a free standing film.
  • the thickness of the polyimide film can be easily controlled by adjusting the solid content concentration and viscosity of the polyimide varnish.
  • the polyimide film of the present invention is suitably used as a film for various members such as a color filter, a flexible display, a semiconductor component, an optical member and the like.
  • the polyimide film of the present invention is particularly suitably used as a substrate of an image display device such as a liquid crystal display or an OLED display.
  • Solid content concentration The solid content concentration of the polyimide varnish was measured by heating the sample at 320 ° C. for 120 minutes in a small electric furnace “MMF-1” manufactured by As One Corporation, and calculated from the mass difference of the sample before and after heating. .
  • Film thickness The film thickness was measured using a micrometer manufactured by Mitutoyo Corporation.
  • Tensile Strength, Tensile Elastic Modulus Measurement was carried out using a tensile tester “Strograph VG-1E” manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd. in accordance with JIS K7127.
  • Tg Glass transition temperature
  • organic solvent a mixed solvent of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and 2-aminoethanol (mixed at a mass ratio of 1: 1), which is a stripping solution for removing the photoresist layer.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • 2-aminoethanol mixed at a mass ratio of 1: 1
  • the evaluation criteria of organic solvent resistance were as follows. E: The film surface was dissolved in less than 10 minutes by immersion in an organic solvent. D: The film surface was dissolved in 10 minutes or more and less than 20 minutes by immersion in an organic solvent. C: The film surface was dissolved in 20 minutes or more and less than 30 minutes by immersion in an organic solvent. B: The film surface was dissolved in 30 minutes or more and less than 40 minutes by immersion in an organic solvent. A: The film surface did not dissolve and did not change even after 40 minutes of immersion in an organic solvent. From a practical viewpoint, it is desirable that the film surface does not dissolve for 10 minutes or more and does not change, and the above evaluation E is a
  • the acid dianhydride and diamine which were used in the Example and the comparative example, and its symbol are as follows.
  • ⁇ Acid dianhydride> CpODA: norbornane-2-spiro- ⁇ -cyclopentanone- ⁇ ′-spiro-2 ′ ′-norbornane-5,5 ′ ′, 6,6 ′ ′-tetracarboxylic acid dianhydride (manufactured by JX Energy Co., Ltd .; Compound Represented by Formula (a-1)) BPDA: 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation; a compound represented by formula (a-2)) HPMDA: 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic acid dianhydride (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd .; a compound represented by the formula (a-3))
  • TFMB 2,2′-bis
  • Example 1 32.024 g (0. 100 mol) of TFMB in a 1-liter, 5-necked, round-bottomed flask equipped with a stainless steel half-moon stirring blade, a nitrogen inlet tube, a Dean Stark fitted with a cooling tube, a thermometer, and a glass end cap Then, 73.799 g of ⁇ -butyrolactone (manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) was added, and the solution was stirred at a rotation speed of 200 rpm under a nitrogen atmosphere at an internal temperature of 70 ° C.
  • ⁇ -butyrolactone manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.
  • the components to be distilled off were collected, and the temperature inside the reaction system was maintained at 190 ° C. and refluxed for 5 hours while adjusting the number of revolutions in accordance with the increase in viscosity. Thereafter, 164.99 g of ⁇ -butyrolactone (manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) is added, and after the temperature in the reaction system is cooled to 120 ° C., the mixture is further stirred for about 3 hours for homogenization to obtain a polyimide having a solid content concentration of 10% by mass. I got a varnish. Subsequently, the obtained polyimide varnish is applied onto a glass plate, held at 80 ° C. for 20 minutes on a hot plate, and then heated at 350 ° C. for 30 minutes in a hot air dryer under a nitrogen atmosphere to evaporate the solvent A film of 10 ⁇ m was obtained. The results are shown in Table 1.
  • Example 2 A polyimide varnish was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of CpODA was changed from 0.030 to 0.025 mol, and the amount of BPDA was changed from 0.030 to 0.035 mol, A polyimide varnish with a solid concentration of 10% by mass was obtained. Using the obtained polyimide varnish, a film was produced in the same manner as in Example 1 to obtain a film with a thickness of 20 ⁇ m. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 A polyimide varnish was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of BPDA was changed from 0.030 mol to 0.035 mol and the amount of HPMDA was changed from 0.040 mol to 0.035 mol, A polyimide varnish with a solid concentration of 10% by mass was obtained. Using the obtained polyimide varnish, a film was produced in the same manner as in Example 1 to obtain a 14 ⁇ m thick film. The results are shown in Table 1.
  • Comparative Example 1 A polyimide varnish was prepared in the same manner as in Example 1 except that only 0.100 mol of CpODA was used as the acid dianhydride, to obtain a polyimide varnish having a solid content concentration of 10% by mass. Using the obtained polyimide varnish, a film was produced in the same manner as in Example 1 to obtain a 14 ⁇ m thick film. The results are shown in Table 1.
  • Comparative Example 2 32.024 g (0. 100 mol) of TFMB in a 500 mL five-necked round bottom flask equipped with stainless steel half-moon stirring blades, a nitrogen inlet tube, a Dean Stark fitted with a cooling tube, a thermometer, and a glass end cap Then, 73.993 g of N, N-dimethylformamide (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) was charged, and the solution was obtained by stirring at a rotation speed of 200 rpm under a nitrogen atmosphere at a system temperature of 50 ° C.
  • Comparative Example 3 A polyimide varnish was prepared in the same manner as in Example 1 except that only 0.100 mol of HPMDA was used as the acid dianhydride, to obtain a polyimide varnish having a solid content concentration of 10% by mass. Using the obtained polyimide varnish, a film was produced in the same manner as in Example 1 to obtain a film with a thickness of 10 ⁇ m. The results are shown in Table 1.
  • the polyimide films of Examples 1 to 3 have good mechanical properties and heat resistance, and are further excellent in colorless transparency, dimensional stability to heat, laser releasability, and organic solvent resistance. .
  • the polyimide film of Comparative Example 1 is significantly inferior in laser removability, and the organic solvent resistance is also at a level of rejection in practice.
  • the polyimide film of Comparative Example 2 is a little inferior in colorless transparency, and the dimensional stability to heat is largely inferior.
  • the polyimide film of Comparative Example 3 is greatly inferior in the dimensional stability to heat and the laser releasability.

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Abstract

テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A及びジアミンに由来する構成単位Bを有するポリイミド樹脂であって、構成単位Aが下記式(a-1)で表される化合物に由来する構成単位(A-1)と、下記式(a-2)で表される化合物に由来する構成単位(A-2)と、下記式(a-3)で表される化合物に由来する構成単位(A-3)とを含み、構成単位Bが下記式(b-1)で表される化合物に由来する構成単位(B-1)を含む、ポリイミド樹脂、並びに該ポリイミド樹脂を含むポリイミドワニス及びポリイミドフィルム。

Description

ポリイミド樹脂、ポリイミドワニス及びポリイミドフィルム
 本発明はポリイミド樹脂、ポリイミドワニス及びポリイミドフィルムに関する。
 ポリイミド樹脂は、優れた機械的特性及び耐熱性を有することから、電気・電子部品等の分野において様々な利用が検討されている。例えば、液晶ディスプレイやOLEDディスプレイ等の画像表示装置に用いられるガラス基板を、デバイスの軽量化やフレキシブル化を目的として、プラスチック基板へ代替することが望まれており、当該プラスチック材料として適するポリイミド樹脂の研究も進められている。そのような用途のポリイミド樹脂には、無色透明性も求められ、更に、画像表示装置の製造工程の高温プロセスに対応できるように、熱に対する高い寸法安定性(即ち、低い線熱膨張係数)も求められる。
 低い線熱膨張係数を有するポリイミド樹脂としては、例えば、特許文献1には無水ピロメリット酸等の第一のテトラカルボン酸成分と、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等の第二のテトラカルボン酸成分と、トリジンスルホン骨格ジアミン成分とから合成されるポリイミド樹脂が記載されており、特許文献2にはベンゾオキサゾール基を含むジアミン化合物と芳香族テトラカルボン酸二無水物とから合成されるポリイミド樹脂が記載されている。
 また、近年、マイクロエレクトロニクスの分野において、樹脂フィルムが積層された支持体における当該支持体と当該樹脂フィルムを剥離する方法として、レーザーリフトオフ(LLO)と呼ばれるレーザー剥離加工が注目を浴びている。したがって、ポリイミドフィルムをレーザー剥離加工に対応可能とするためには、ポリイミドフィルムにはレーザー剥離性も要求される。波長308nmのXeClエキシマレーザーによる剥離加工に対応可能とするためには、ポリイミドフィルムは波長308nmの光を吸収する特性に優れること(即ち、波長308nmにおける光線透過率が小さいこと)が求められる。
 更に、ポリイミドフィルムには、極性溶媒等の有機溶媒に対する耐性(耐有機溶媒性)も求められる。耐有機溶媒性に劣るフィルムは、極性溶媒等の有機溶媒に曝されたときに、その表面の溶出又は膨潤によりフィルムの形態が変わることがある。
特開2010-053336号公報 特開2015-093915号公報
 本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、機械的特性及び耐熱性が良好であって、更に無色透明性、熱に対する寸法安定性、レーザー剥離性及び耐有機溶媒性に優れるフィルムの形成が可能なポリイミド樹脂、並びに該ポリイミド樹脂を含むポリイミドワニス及びポリイミドフィルムを提供することにある。
 本発明者らは、特定の構成単位の組み合わせを含むポリイミド樹脂が上記課題を解決できることを見出し、発明を完成させるに至った。
 即ち、本発明は、下記の[1]~[5]に関する。
[1]
 テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A及びジアミンに由来する構成単位Bを有するポリイミド樹脂であって、
 構成単位Aが下記式(a-1)で表される化合物に由来する構成単位(A-1)と、下記式(a-2)で表される化合物に由来する構成単位(A-2)と、下記式(a-3)で表される化合物に由来する構成単位(A-3)とを含み、
 構成単位Bが下記式(b-1)で表される化合物に由来する構成単位(B-1)を含む、ポリイミド樹脂。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
[2]
 構成単位A中における構成単位(A-1)の比率が10~80モル%であり、
 構成単位A中における構成単位(A-2)の比率が10~80モル%であり、
 構成単位A中における構成単位(A-3)の比率が10~80モル%である、上記[1]に記載のポリイミド樹脂。
[3]
 構成単位B中における構成単位(B-1)の比率が50モル%以上である、上記[1]又は[2]に記載のポリイミド樹脂。
[4]
 上記[1]~[3]のいずれかに記載のポリイミド樹脂が有機溶媒に溶解してなるポリイミドワニス。
[5]
 上記[1]~[3]のいずれかに記載のポリイミド樹脂を含む、ポリイミドフィルム。
 本発明によれば、機械的特性及び耐熱性が良好であって、更に無色透明性、熱に対する寸法安定性、レーザー剥離性及び耐有機溶媒性に優れるフィルムを形成することができる。なお、本発明において、無色透明性に優れるとは、全光線透過率が高く、かつ、イエローインデックスが小さいことを意味し、熱に対する寸法安定性に優れるとは、線熱膨張係数が低いことを意味する。
[ポリイミド樹脂]
 本発明のポリイミド樹脂は、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A及びジアミンに由来する構成単位Bを有するポリイミド樹脂であって、構成単位Aが下記式(a-1)で表される化合物に由来する構成単位(A-1)と、下記式(a-2)で表される化合物に由来する構成単位(A-2)と、下記式(a-3)で表される化合物に由来する構成単位(A-3)とを含み、構成単位Bが下記式(b-1)で表される化合物に由来する構成単位(B-1)を含む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
<構成単位A>
 構成単位Aは、ポリイミド樹脂に占めるテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位であり、式(a-1)で表される化合物に由来する構成単位(A-1)と、式(a-2)で表される化合物に由来する構成単位(A-2)と、式(a-3)で表される化合物に由来する構成単位(A-3)とを含む。構成単位(A-1)によって、無色透明性及び寸法安定性が向上し、構成単位(A-2)によって、レーザー剥離性及び耐有機溶媒性が向上し、構成単位(A-3)によって、無色透明性が向上する。
 式(a-1)で表される化合物は、ノルボルナン-2-スピロ-α-シクロペンタノン-α’-スピロ-2’’-ノルボルナン-5,5’’,6,6’’-テトラカルボン酸二無水物である。
 式(a-3)で表される化合物は、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物である。
 式(a-2)で表される化合物は、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)であり、その具体例としては、下記式(a-2s)で表される3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(s-BPDA)、下記式(a-2a)で表される2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(a-BPDA)、下記式(a-2i)で表される2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(i-BPDA)が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 構成単位A中における構成単位(A-1)の比率は、好ましくは10~80モル%であり、より好ましくは15~55モル%であり、更に好ましくは20~45モル%であり、特に好ましくは22.5~40モル%である。
 構成単位A中における構成単位(A-2)の比率は、好ましくは10~80モル%であり、より好ましくは20~60モル%であり、更に好ましくは25~50モル%であり、特に好ましくは27.5~45モル%である。
 構成単位A中における構成単位(A-3)の比率は、好ましくは10~80モル%であり、より好ましくは25~65モル%であり、更に好ましくは30~55モル%であり、特に好ましくは32.5~50モル%である。
 構成単位A中における構成単位(A-1)~(A-3)の合計の比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。構成単位(A-1)~(A-3)の合計の比率の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。構成単位Aは構成単位(A-1)と、構成単位(A-2)と、構成単位(A-3)とのみからなっていてもよい。
 構成単位Aは、構成単位(A-1)~(A-3)以外の構成単位を含んでもよい。そのような構成単位を与えるテトラカルボン酸二無水物としては、特に限定されないが、ピロメリット酸二無水物及び4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物(ただし、式(a-2)で表される化合物を除く);1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物等の脂環式テトラカルボン酸二無水物(ただし、式(a-1)で表される化合物及び式(a-3)で表される化合物を除く);並びに1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸二無水物が挙げられる。
 なお、本明細書において、芳香族テトラカルボン酸二無水物とは芳香環を1つ以上含むテトラカルボン酸二無水物を意味し、脂環式テトラカルボン酸二無水物とは脂環を1つ以上含み、かつ芳香環を含まないテトラカルボン酸二無水物を意味し、脂肪族テトラカルボン酸二無水物とは芳香環も脂環も含まないテトラカルボン酸二無水物を意味する。
 構成単位Aに任意に含まれる構成単位(即ち、構成単位(A-1)~(A-3)以外の構成単位)は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
<構成単位B>
 構成単位Bは、ポリイミド樹脂に占めるジアミンに由来する構成単位であって、式(b-1)で表される化合物に由来する構成単位(B-1)を含む。構成単位(B-1)によって、機械的特性及び寸法安定性が向上する。
 式(b-1)で表される化合物は、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンである。
 構成単位B中における構成単位(B-1)の比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。構成単位(B-1)の比率の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。構成単位Bは構成単位(B-1)のみからなっていてもよい。
 構成単位Bは構成単位(B-1)以外の構成単位を含んでもよい。そのような構成単位を与えるジアミンとしては、特に限定されないが、1,4-フェニレンジアミン、p-キシリレンジアミン、3,5-ジアミノ安息香酸、2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジアミン、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メタン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4-アミノフェニル)スルホン、4,4’-ジアミノベンズアニリド、1-(4-アミノフェニル)-2,3-ジヒドロ-1,3,3-トリメチル-1H-インデン-5-アミン、α,α’-ビス(4-アミノフェニル)-1,4-ジイソプロピルベンゼン、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)テレフタルアミド、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、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-(4-アミノフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロパン、及び9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン等の芳香族ジアミン(ただし、式(b-1)で表される化合物を除く);1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン及び1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン等の脂環式ジアミン;並びにエチレンジアミン及びヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミンが挙げられる。
 なお、本明細書において、芳香族ジアミンとは芳香環を1つ以上含むジアミンを意味し、脂環式ジアミンとは脂環を1つ以上含み、かつ芳香環を含まないジアミンを意味し、脂肪族ジアミンとは芳香環も脂環も含まないジアミンを意味する。
 構成単位Bに任意に含まれる構成単位(即ち、構成単位(B-1)以外の構成単位)は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
 本発明のポリイミド樹脂の数平均分子量は、得られるポリイミドフィルムの機械的強度の観点から、好ましくは5,000~100,000である。なお、ポリイミド樹脂の数平均分子量は、例えば、ゲルろ過クロマトグラフィー測定による標準ポリメチルメタクリレート(PMMA)換算値より求めることができる。
 本発明のポリイミド樹脂は、機械的特性及び耐熱性が良好であって、更に無色透明性、熱に対する寸法安定性、レーザー剥離性及び耐有機溶媒性に優れるフィルムを形成することができる。本発明のポリイミド樹脂を用いて形成することができるフィルムの好適な物性値は以下の通りである。
 引張強度は、好ましくは80MPa以上であり、より好ましくは100MPa以上であり、更に好ましくは110MPa以上である。
 引張弾性率は、好ましくは2.5GPa以上であり、より好ましくは3.0GPa以上であり、更に好ましくは3.2GPa以上である。
 ガラス転移温度(Tg)は、好ましくは320℃以上であり、より好ましくは340℃以上であり、更に好ましくは350℃以上である。
 全光線透過率は、厚さ10μmのフィルムとした際に、好ましくは88%以上であり、より好ましくは89%以上であり、更に好ましくは90%以上である。
 イエローインデックス(YI)は、厚さ10μmのフィルムとした際に、好ましくは2.9以下であり、より好ましくは2.7以下であり、更に好ましくは2.5以下である。
 線熱膨張係数(CTE)は、100~250℃のCTEとして、好ましくは25ppm/℃以下であり、より好ましくは20ppm/℃以下であり、更に好ましくは12ppm/℃以下である。
 波長308nmにおける光線透過率は、厚さ10μmのフィルムとした際に、好ましくは1.0%以下であり、より好ましくは0.6%以下であり、更に好ましくは0.4%以下である。波長308nmにおける光線透過率が小さいほど、波長308nmのXeClエキシマレーザーによるレーザー剥離性に優れる。
 なお、本発明における引張弾性率、引張強度、ガラス転移温度(Tg)、全光線透過率、イエローインデックス(YI)、線熱膨張係数(CTE)、波長308nmにおける光線透過率は、具体的には実施例に記載の方法で測定することができる。
[ポリイミド樹脂の製造方法]
 本発明のポリイミド樹脂は、上述の構成単位(A-1)を与える化合物、上述の構成単位(A-2)を与える化合物、及び上述の構成単位(A-3)を与える化合物を含有するテトラカルボン酸成分と、上述の構成単位(B-1)を与える化合物を含むジアミン成分とを反応させることにより製造することができる。
 構成単位(A-1)を与える化合物としては、式(a-1)で表される化合物が挙げられるが、それに限られず、同じ構成単位を与える範囲でその誘導体であってもよい。当該誘導体としては、式(a-1)で表されるテトラカルボン酸二無水物に対応するテトラカルボン酸(即ち、ノルボルナン-2-スピロ-α-シクロペンタノン-α’-スピロ-2’’-ノルボルナン-5,5’’,6,6’’-テトラカルボン酸)、及び当該テトラカルボン酸のアルキルエステルが挙げられる。構成単位(A-1)を与える化合物としては、式(a-1)で表される化合物(即ち、二無水物)が好ましい。
 同様に、構成単位(A-2)を与える化合物としては、式(a-2)で表される化合物が挙げられるが、それに限られず、同じ構成単位を与える範囲でその誘導体であってもよい。当該誘導体としては、式(a-2)で表されるテトラカルボン酸二無水物に対応するテトラカルボン酸及び当該テトラカルボン酸のアルキルエステルが挙げられる。構成単位(A-2)を与える化合物としては、式(a-2)で表される化合物(即ち、二無水物)が好ましい。
 同様に、構成単位(A-3)を与える化合物としては、式(a-3)で表される化合物が挙げられるが、それに限られず、同じ構成単位を与える範囲でその誘導体であってもよい。当該誘導体としては、式(a-3)で表されるテトラカルボン酸二無水物に対応するテトラカルボン酸及び当該テトラカルボン酸のアルキルエステルが挙げられる。構成単位(A-3)を与える化合物としては、式(a-3)で表される化合物(即ち、二無水物)が好ましい。
 構成単位(B-1)を与える化合物としては、式(b-1)で表される化合物が挙げられるが、それに限られず、同じ構成単位を与える範囲でその誘導体であってもよい。当該誘導体としては、式(b-1)で表されるジアミンに対応するジイソシアネートが挙げられる。構成単位(B-1)を与える化合物としては、式(b-1)で表される化合物(即ち、ジアミン)が好ましい。
 テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-1)を与える化合物を、好ましくは10~80モル%含み、より好ましくは15~55モル%含み、更に好ましくは20~45モル%含み、特に好ましくは22.5~40モル%含む。
 テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-2)を与える化合物を、好ましくは10~80モル%含み、より好ましくは20~60モル%含み、更に好ましくは25~50モル%含み、特に好ましくは27.5~45モル%含む。
 テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-3)を与える化合物を、好ましくは10~80モル%含み、より好ましくは25~65モル%含み、更に好ましくは30~55モル%含み、特に好ましくは32.5~50モル%含む。
 テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-1)を与える化合物、構成単位(A-2)を与える化合物、及び構成単位(A-3)を与える化合物を合計で、好ましくは50モル%以上含み、より好ましくは70モル%以上含み、更に好ましくは90モル%以上含み、特に好ましくは99モル%以上含む。構成単位(A-1)を与える化合物、構成単位(A-2)を与える化合物、及び構成単位(A-3)を与える化合物の合計の含有量の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。テトラカルボン酸成分は構成単位(A-1)を与える化合物と、構成単位(A-2)を与える化合物と、構成単位(A-3)を与える化合物とのみからなっていてもよい。
 テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-1)~(A~3)のいずれかを与える化合物以外の化合物を含んでもよく、当該化合物としては、上述の芳香族テトラカルボン酸二無水物、脂環式テトラカルボン酸二無水物、及び脂肪族テトラカルボン酸二無水物、並びにそれらの誘導体(テトラカルボン酸、テトラカルボン酸のアルキルエステル等)が挙げられる。
 テトラカルボン酸成分に任意に含まれる化合物(即ち、構成単位(A-1)~(A~3)のいずれかを与える化合物以外の化合物)は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
 ジアミン成分は、構成単位(B-1)を与える化合物を、好ましくは50モル%以上含み、より好ましくは70モル%以上含み、更に好ましくは90モル%以上含み、特に好ましくは99モル%以上含む。構成単位(B-1)を与える化合物の含有量の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。ジアミン成分は構成単位(B-1)を与える化合物のみからなっていてもよい。
 ジアミン成分は構成単位(B-1)を与える化合物以外の化合物を含んでもよく、当該化合物としては、上述の芳香族ジアミン、脂環式ジアミン、及び脂肪族ジアミン、並びにそれらの誘導体(ジイソシアネート等)が挙げられる。
 ジアミン成分に任意に含まれる化合物(即ち、構成単位(B-1)を与える化合物以外の化合物)は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
 本発明において、ポリイミド樹脂の製造に用いるテトラカルボン酸成分とジアミン成分の仕込み量比は、テトラカルボン酸成分1モルに対してジアミン成分が0.9~1.1モルであることが好ましい。
 また、本発明において、ポリイミド樹脂の製造には、前述のテトラカルボン酸成分及びジアミン成分の他に、末端封止剤を用いてもよい。末端封止剤としてはモノアミン類あるいはジカルボン酸類が好ましい。導入される末端封止剤の仕込み量としては、テトラカルボン酸成分1モルに対して0.0001~0.1モルが好ましく、特に0.001~0.06モルが好ましい。モノアミン類末端封止剤としては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ベンジルアミン、4-メチルベンジルアミン、4-エチルベンジルアミン、4-ドデシルベンジルアミン、3-メチルベンジルアミン、3-エチルベンジルアミン、アニリン、3-メチルアニリン、4-メチルアニリン等が推奨される。これらのうち、ベンジルアミン、アニリンが好適に使用できる。ジカルボン酸類末端封止剤としては、ジカルボン酸類が好ましく、その一部を閉環していてもよい。例えば、フタル酸、無水フタル酸、4-クロロフタル酸、テトラフルオロフタル酸、2,3-ベンゾフェノンジカルボン酸、3,4-ベンゾフェノンジカルボン酸、シクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸、シクロペンタン-1,2-ジカルボン酸、4-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸等が推奨される。これらのうち、フタル酸、無水フタル酸が好適に使用できる。
 前述のテトラカルボン酸成分とジアミン成分とを反応させる方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。
 具体的な反応方法としては、(1)テトラカルボン酸成分、ジアミン成分、及び反応溶剤を反応器に仕込み、室温~80℃で0.5~30時間撹拌し、その後に昇温してイミド化反応を行う方法、(2)ジアミン成分及び反応溶剤を反応器に仕込んで溶解させた後、テトラカルボン酸成分を仕込み、必要に応じて室温~80℃で0.5~30時間撹拌し、その後に昇温してイミド化反応を行う方法、(3)テトラカルボン酸成分、ジアミン成分、及び反応溶剤を反応器に仕込み、直ちに昇温してイミド化反応を行う方法等が挙げられる。
 ポリイミド樹脂の製造に用いられる反応溶剤は、イミド化反応を阻害せず、生成するポリイミドを溶解できるものであればよい。例えば、非プロトン性溶剤、フェノール系溶剤、エーテル系溶剤、カーボネート系溶剤等が挙げられる。
 非プロトン性溶剤の具体例としては、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-メチルカプロラクタム、1,3-ジメチルイミダゾリジノン、テトラメチル尿素等のアミド系溶剤、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、ヘキサメチルホスホリックアミド、ヘキサメチルホスフィントリアミド等の含リン系アミド系溶剤、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、アセトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等のケトン系溶剤、ピコリン、ピリジン等のアミン系溶剤、酢酸(2-メトキシ-1-メチルエチル)等のエステル系溶剤等が挙げられる。
 フェノール系溶剤の具体例としては、フェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール、2,3-キシレノール、2,4-キシレノール、2,5-キシレノール、2,6-キシレノール、3,4-キシレノール、3,5-キシレノール等が挙げられる。
 エーテル系溶剤の具体例としては、1,2-ジメトキシエタン、ビス(2-メトキシエチル)エーテル、1,2-ビス(2-メトキシエトキシ)エタン、ビス〔2-(2-メトキシエトキシ)エチル〕エーテル、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等が挙げられる。
 また、カーボネート系溶剤の具体的な例としては、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等が挙げられる。
 上記反応溶剤の中でも、アミド系溶剤又はラクトン系溶剤が好ましい。また、上記の反応溶剤は単独で又は2種以上混合して用いてもよい。
 イミド化反応では、ディーンスターク装置などを用いて、製造時に生成する水を除去しながら反応を行うことが好ましい。このような操作を行うことで、重合度及びイミド化率をより上昇させることができる。
 上記のイミド化反応においては、公知のイミド化触媒を用いることができる。イミド化触媒としては、塩基触媒又は酸触媒が挙げられる。
 塩基触媒としては、ピリジン、キノリン、イソキノリン、α-ピコリン、β-ピコリン、2,4-ルチジン、2,6-ルチジン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリエチレンジアミン、イミダゾール、N,N-ジメチルアニリン、N,N-ジエチルアニリン等の有機塩基触媒、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム等の無機塩基触媒が挙げられる。
 また、酸触媒としては、クロトン酸、アクリル酸、トランス-3-ヘキセノイック酸、桂皮酸、安息香酸、メチル安息香酸、オキシ安息香酸、テレフタル酸、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸等が挙げられる。上記のイミド化触媒は単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 上記のうち、取り扱い性の観点から、塩基触媒を用いることが好ましく、有機塩基触媒を用いることがより好ましく、トリエチルアミンを用いることが更に好ましく、トリエチルアミンとトリエチレンジアミンを組み合わせて用いること特に好ましい。
 イミド化反応の温度は、反応率及びゲル化等の抑制の観点から、好ましくは120~250℃、より好ましくは160~200℃である。また、反応時間は、生成水の留出開始後、好ましくは0.5~10時間である。
[ポリイミドワニス]
 本発明のポリイミドワニスは、本発明のポリイミド樹脂が有機溶媒に溶解してなるものである。即ち、本発明のポリイミドワニスは、本発明のポリイミド樹脂及び有機溶媒を含み、当該ポリイミド樹脂は当該有機溶媒に溶解している。
 有機溶媒はポリイミド樹脂が溶解するものであればよく、特に限定されないが、ポリイミド樹脂の製造に用いられる反応溶剤として上述した化合物を、単独又は2種以上を混合して用いることが好ましい。
 本発明のポリイミドワニスは、重合法により得られるポリイミド樹脂が反応溶剤に溶解したポリイミド溶液そのものであってもよいし、又は当該ポリイミド溶液に対して更に希釈溶剤を追加したものであってもよい。
 本発明のポリイミド樹脂は溶媒溶解性を有しているため、室温で安定な高濃度のワニスとすることができる。本発明のポリイミドワニスは、本発明のポリイミド樹脂を5~40質量%含むことが好ましく、10~30質量%含むことがより好ましい。ポリイミドワニスの粘度は1~200Pa・sが好ましく、5~150Pa・sがより好ましい。ポリイミドワニスの粘度は、E型粘度計を用いて25℃で測定された値である。
 また、本発明のポリイミドワニスは、ポリイミドフィルムの要求特性を損なわない範囲で、無機フィラー、接着促進剤、剥離剤、難燃剤、紫外線安定剤、界面活性剤、レベリング剤、消泡剤、蛍光増白剤、架橋剤、重合開始剤、感光剤等各種添加剤を含んでもよい。
 本発明のポリイミドワニスの製造方法は特に限定されず、公知の方法を適用することができる。
[ポリイミドフィルム]
 本発明のポリイミドフィルムは、本発明のポリイミド樹脂を含む。したがって、本発明のポリイミドフィルムは、機械的特性及び耐熱性が良好であって、更に無色透明性、熱に対する寸法安定性、レーザー剥離性及び耐有機溶媒性に優れる。本発明のポリイミドフィルムが有する好適な物性値は上述の通りである。
 本発明のポリイミドフィルムの製造方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。例えば、本発明のポリイミドワニスを、ガラス板、金属板、プラスチックなどの平滑な支持体上に塗布、又はフィルム状に成形した後、該ワニス中に含まれる反応溶剤や希釈溶剤等の有機溶媒を加熱により除去する方法等が挙げられる。前記支持体の表面には、必要に応じて、予め離形剤を塗布しておいてもよい。
 ワニス中に含まれる有機溶媒を加熱により除去する方法としては、以下の方法が好ましい。即ち、120℃以下の温度で有機溶媒を蒸発させて自己支持性フィルムとした後、該自己支持性フィルムを支持体より剥離し、該自己支持性フィルムの端部を固定し、用いた有機溶媒の沸点以上の温度で乾燥してポリイミドフィルムを製造することが好ましい。また、窒素雰囲気下で乾燥することが好ましい。乾燥雰囲気の圧力は、減圧、常圧、加圧のいずれでもよい。自己支持性フィルムを乾燥してポリイミドフィルムを製造する際の加熱温度は、ポリイミドフィルムに耐有機溶媒性を付与する観点から、320℃以上とすることが好ましく、340℃以上とすることがより好ましい。加熱温度の上限については特に限定されないが、400℃以下とすることが好ましい。
 本発明のポリイミドフィルムの厚みは用途等に応じて適宜選択することができるが、好ましくは1~250μm、より好ましくは5~100μm、更に好ましくは10~80μmの範囲である。厚みが1~250μmであることで、自立膜としての実用的な使用が可能となる。
 ポリイミドフィルムの厚みは、ポリイミドワニスの固形分濃度や粘度を調整することにより、容易に制御することができる。
 本発明のポリイミドフィルムは、カラーフィルター、フレキシブルディスプレイ、半導体部品、光学部材等の各種部材用のフィルムとして好適に用いられる。本発明のポリイミドフィルムは、液晶ディスプレイやOLEDディスプレイ等の画像表示装置の基板として、特に好適に用いられる。
 以下に、実施例により本発明を具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。
 実施例及び比較例で得たポリイミドワニスの固形分濃度及びポリイミドフィルムの各物性は以下に示す方法によって測定した。
(1)固形分濃度
 ポリイミドワニスの固形分濃度の測定は、アズワン株式会社製の小型電気炉「MMF-1」で試料を320℃×120minで加熱し、加熱前後の試料の質量差から算出した。
(2)フィルム厚さ
 フィルム厚さは、株式会社ミツトヨ製のマイクロメーターを用いて測定した。
(3)引張強度、引張弾性率
 測定はJIS K7127に準拠し、東洋精機株式会社製の引張試験機「ストログラフVG-1E」を用いて行った。
(4)ガラス転移温度(Tg)
 株式会社日立ハイテクサイエンス製の熱機械的分析装置「TMA/SS6100」を用いて、引張モードで試料サイズ2mm×20mm、荷重0.1N、昇温速度10℃/minの条件でTg以上まで昇温して残留応力を取り除き、その後同条件で50℃から400℃までTMA測定を行い、Tgを求めた。
(5)全光線透過率、イエローインデックス(YI)
 測定はJIS K7361-1に準拠し、日本電色工業株式会社製の色彩・濁度同時測定器「COH400」を用いて行った。
(6)線熱膨張係数(CTE)
 株式会社日立ハイテクサイエンス製の熱機械的分析装置「TMA/SS6100」を用いて、引張モードで試料サイズ2mm×20mm、荷重0.1N、昇温速度10℃/minの条件でTMA測定を行い、100~250℃のCTEを求めた。
(7)波長308nmにおける光線透過率
 株式会社島津製作所製の紫外可視近赤外分光光度計「UV-3100PC」を用いて測定した。
(8)耐有機溶媒性
 得られたフィルムを有機溶媒に所定の時間浸漬し、耐有機溶媒性を評価した。なお、有機溶媒としては、フォトレジスト層を除去する剥離液であるN-メチル-2-ピロリドン(NMP)と2-アミノエタノールの混合溶媒(質量比1:1にて混合)を使用した。
 耐有機溶媒性の評価基準は、以下の通りとした。
E:有機溶媒に浸漬して10分未満でフィルム表面が溶解した。
D:有機溶媒に浸漬して10分以上20分未満でフィルム表面が溶解した。
C:有機溶媒に浸漬して20分以上30分未満でフィルム表面が溶解した。
B:有機溶媒に浸漬して30分以上40分未満でフィルム表面が溶解した。
A:有機溶媒に浸漬して40分経過後もフィルム表面が溶解せず変化がなかった。
 実用上の観点からは、フィルム表面が10分以上溶解せず変化しないことが望ましく、上記の評価Eは不合格レベルである。
 実施例及び比較例にて使用した酸二無水物及びジアミン、並びにその略号は以下の通りである。
<酸二無水物>
CpODA:ノルボルナン-2-スピロ-α-シクロペンタノン-α’-スピロ-2’’-ノルボルナン-5,5’’,6,6’’-テトラカルボン酸二無水物(JXエネルギー株式会社製;式(a-1)で表される化合物)
BPDA:3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(三菱化学株式会社製;式(a-2)で表される化合物)
HPMDA:1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(三菱ガス化学株式会社製;式(a-3)で表される化合物)
<ジアミン>
TFMB:2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(和歌山精化工業株式会社製;式(b-1)で表される化合物)
<実施例1>
 ステンレス製半月型撹拌翼、窒素導入管、冷却管を取り付けたディーンスターク、温度計、ガラス製エンドキャップを備えた1Lの5つ口丸底フラスコに、TFMBを32.024g(0.100モル)と、γ-ブチロラクトン(三菱化学株式会社製)を73.799g投入し、系内温度70℃、窒素雰囲気下、回転数200rpmで撹拌して溶液を得た。
 この溶液に、CpODAを11.531g(0.030モル)と、BPDAを8.826g(0.030モル)と、HPMDAを8.967g(0.040モル)と、γ-ブチロラクトン(三菱化学株式会社製)を18.450gとを一括で添加した後、イミド化触媒としてトリエチルアミン(関東化学株式会社製)を5.06g及びトリエチレンジアミン(東京化成工業株式会社製)を0.056g投入し、マントルヒーターで加熱し、約20分かけて反応系内温度を190℃まで上げた。留去される成分を捕集し、回転数を粘度上昇に合わせて調整しつつ、反応系内温度を190℃に保持して5時間還流した。
 その後、γ-ブチロラクトン(三菱化学株式会社製)を164.99g添加して、反応系内温度を120℃まで冷却した後、更に約3時間撹拌して均一化し、固形分濃度10質量%のポリイミドワニスを得た。続いてガラス板上へ、得られたポリイミドワニスを塗布し、ホットプレートで80℃、20分間保持し、その後、窒素雰囲気下、熱風乾燥機中350℃で30分加熱し溶媒を蒸発させ、厚み10μmのフィルムを得た。結果を表1に示す。
<実施例2>
 CpODAの量を0.030モルから0.025モルに変更し、BPDAの量を0.030モルから0.035モルに変更した以外は、実施例1と同様の方法によりポリイミドワニスを作製し、固形分濃度10質量%のポリイミドワニスを得た。得られたポリイミドワニスを用いて、実施例1と同様の方法によりフィルムを作製し、厚み20μmのフィルムを得た。結果を表1に示す。
<実施例3>
 BPDAの量を0.030モルから0.035モルに変更し、HPMDAの量を0.040モルから0.035モルに変更した以外は、実施例1と同様の方法によりポリイミドワニスを作製し、固形分濃度10質量%のポリイミドワニスを得た。得られたポリイミドワニスを用いて、実施例1と同様の方法によりフィルムを作製し、厚み14μmのフィルムを得た。結果を表1に示す。
<比較例1>
 酸二無水物としてCpODAを0.100モルのみ使用した以外は、実施例1と同様の方法によりポリイミドワニスを作製し、固形分濃度10質量%のポリイミドワニスを得た。得られたポリイミドワニスを用いて、実施例1と同様の方法によりフィルムを作製し、厚み14μmのフィルムを得た。結果を表1に示す。
<比較例2>
 ステンレス製半月型撹拌翼、窒素導入管、冷却管を取り付けたディーンスターク、温度計、ガラス製エンドキャップを備えた500mLの5つ口丸底フラスコに、TFMBを32.024g(0.100モル)と、N,N-ジメチルホルムアミド(三菱ガス化学株式会社製)を73.993g投入し、系内温度50℃、窒素雰囲気下、回転数200rpmで撹拌して溶液を得た。
 この溶液に、BPDAを29.420g(0.100モル)と、N,N-ジメチルホルムアミド(三菱ガス化学株式会社製)を18.498gとを一括で添加した後、約20分かけて溶解し、回転数を粘度上昇に合わせて調整しつつ、室温で5時間撹拌した。
 その後、N,N-ジメチルホルムアミド(三菱ガス化学株式会社製)を165.442g添加して、約1時間撹拌して均一化し、固形分濃度20質量%のポリアミック酸ワニスを得た。続いてガラス板上へ、得られたポリアミック酸ワニスを塗布し、ホットプレートで80℃、20分間保持し、その後、窒素雰囲気下、熱風乾燥機中350℃で30分加熱することで、ポリアミック酸をイミド化するとともに、ワニス中の溶媒を蒸発させ、厚み7μmのフィルムを得た。結果を表1に示す。
<比較例3>
 酸二無水物としてHPMDAを0.100モルのみ使用した以外は、実施例1と同様の方法によりポリイミドワニスを作製し、固形分濃度10質量%のポリイミドワニスを得た。得られたポリイミドワニスを用いて、実施例1と同様の方法によりフィルムを作製し、厚み10μmのフィルムを得た。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 表1に示すように、実施例1~3のポリイミドフィルムは、機械的特性及び耐熱性が良好であって、更に無色透明性、熱に対する寸法安定性、レーザー剥離性及び耐有機溶媒性に優れる。
 一方、比較例1のポリイミドフィルムはレーザー剥離性が大きく劣り、耐有機溶媒性も実用上不合格のレベルである。比較例2のポリイミドフィルムは無色透明性が少し劣っており、熱に対する寸法安定性は大きく劣る。比較例3のポリイミドフィルムは熱に対する寸法安定性及びレーザー剥離性が大きく劣る。

Claims (5)

  1.  テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A及びジアミンに由来する構成単位Bを有するポリイミド樹脂であって、
     構成単位Aが下記式(a-1)で表される化合物に由来する構成単位(A-1)と、下記式(a-2)で表される化合物に由来する構成単位(A-2)と、下記式(a-3)で表される化合物に由来する構成単位(A-3)とを含み、
     構成単位Bが下記式(b-1)で表される化合物に由来する構成単位(B-1)を含む、ポリイミド樹脂。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
  2.  構成単位A中における構成単位(A-1)の比率が10~80モル%であり、
     構成単位A中における構成単位(A-2)の比率が10~80モル%であり、
     構成単位A中における構成単位(A-3)の比率が10~80モル%である、請求項1に記載のポリイミド樹脂。
  3.  構成単位B中における構成単位(B-1)の比率が50モル%以上である、請求項1又は2に記載のポリイミド樹脂。
  4.  請求項1~3のいずれかに記載のポリイミド樹脂が有機溶媒に溶解してなるポリイミドワニス。
  5.  請求項1~3のいずれかに記載のポリイミド樹脂を含む、ポリイミドフィルム。
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