WO2019211972A1 - 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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WO2019211972A1
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mol
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polyimide
compound
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洋平 安孫子
慎司 関口
末永 修也
智大 針生
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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 resins have excellent heat resistance, so various uses are being studied in the fields of electrical and electronic parts. For example, it is desired to replace a glass substrate used for 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 or flexibility of the device. Research is ongoing.
  • the polyimide film for such use is required to be colorless and transparent.
  • Patent Document 1 When a varnish applied on a glass support or a silicon wafer is heated and cured to form a polyimide film, residual stress is generated in the polyimide film. When the residual stress of the polyimide film is large, there arises a problem that the glass support or the silicon wafer is warped. Therefore, the polyimide film is also required to reduce the residual stress.
  • 4,4′-oxydiphthalic dianhydride is used as a tetracarboxylic acid component as a polyimide resin that gives a film having low residual stress
  • ⁇ , ⁇ -aminopropyl poly (ethylene) having a number average molecular weight of 1000 is used as a diamine component.
  • a polyimide resin synthesized using dimethylsiloxane and 4,4′-diaminodiphenyl ether is disclosed.
  • the polyimide film is required to have colorless transparency and low residual stress, but it is not easy to improve these characteristics while maintaining excellent heat resistance.
  • This invention is made
  • the subject of this invention is excellent in heat resistance and colorless transparency, and also the polyimide resin which can form a film with low residual stress, and this polyimide resin It is in providing the polyimide varnish and polyimide film which contain.
  • the present inventors have found that a polyimide resin containing a combination of specific structural units can solve the above problems, and have completed the invention.
  • a polyimide resin having a structural unit A derived from tetracarboxylic dianhydride and a structural unit B derived from diamine The structural unit A includes a structural unit (A-1) derived from a compound represented by the following formula (a-1), Structural unit (B-1) derived from a compound represented by the following formula (b-1) as the structural unit B, and structural unit (B-2) derived from a compound represented by the following formula (b-2) And polyimide resin.
  • X represents a single bond, a substituted or unsubstituted alkylene group, a carbonyl group, an ether group, a group represented by the following formula (b-2-i), or a group represented by the following formula (b-2 -Ii)
  • p is an integer of 0 to 2
  • m1 is an integer of 0 to 4
  • m2 is an integer of 0 to 4.
  • m1 Is an integer from 1 to 4.
  • m3 is an integer of 0 to 5
  • m4 is an integer of 0 to 5.
  • m1 + m2 + m3 + m4 is 1 or more.
  • each of the two X and the two m2 to m4 is independently selected.
  • the ratio [(B-1) / (B-2)] (mol / mol) of the structural unit (B-1) to the structural unit (B-2) in the structural unit B is 35/65 to 95/5.
  • the ratio [(A-1) / (A-2)] (mol / mol) of the structural unit (A-1) to the structural unit (A-2) in the structural unit A is 40/60 to 95/5.
  • a tetracarboxylic acid component comprising a compound represented by the formula (a-1), a diamine component comprising a compound represented by the formula (b-1) and a compound represented by the formula (b-2);
  • a method for producing a polyimide resin in which an imidization reaction is performed by heating in the presence of a reaction solvent.
  • a polyimide varnish obtained by dissolving the polyimide resin according to any one of [1] to [9] above in an organic solvent.
  • a polyimide film comprising the polyimide resin according to any one of [1] to [9].
  • a film excellent in heat resistance and colorless transparency and having low residual stress can be formed.
  • the polyimide resin of the present invention has a structural unit A derived from tetracarboxylic dianhydride and a structural unit B derived from diamine, and the structural unit A is derived from a compound represented by the following formula (a-1).
  • X represents a single bond, a substituted or unsubstituted alkylene group, a carbonyl group, an ether group, a group represented by the following formula (b-2-i), or a group represented by the following formula (b-2 -Ii)
  • p is an integer of 0 to 2
  • m1 is an integer of 0 to 4
  • m2 is an integer of 0 to 4.
  • m1 Is an integer from 1 to 4.
  • m3 is an integer of 0 to 5
  • m4 is an integer of 0 to 5.
  • m1 + m2 + m3 + m4 is 1 or more.
  • * indicates a binding site.
  • the structural unit A is a structural unit derived from tetracarboxylic dianhydride in the polyimide resin, and includes a structural unit (A-1) derived from a compound represented by the following formula (a-1).
  • the compound represented by the formula (a-1) is norbornane-2-spiro- ⁇ -cyclopentanone- ⁇ ′-spiro-2 ′′ -norbornane-5,5 ′′, 6,6 ′′ -tetracarboxylic Acid dianhydride.
  • the structural unit A contains the structural unit (A-1), the colorless transparency and heat resistance of the film are improved.
  • the ratio of the structural unit (A-1) in the structural unit A is preferably 40 mol% or more, more preferably 50 mol% or more, and further preferably 60 mol% or more.
  • the upper limit value of the ratio of the structural unit (A-1) is not particularly limited, that is, 100 mol%.
  • the structural unit A may consist of only the structural unit (A-1).
  • the structural unit A may include a structural unit other than the structural unit (A-1).
  • the structural unit A preferably further includes a structural unit (A-2) derived from a compound represented by the following formula (a-2) in addition to the structural unit (A-1).
  • the compound represented by the formula (a-2) is biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), and specific examples thereof include 3,3 ′, 4, represented by the following formula (a-2s): 4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride (s-BPDA), 2,3,3 ′, 4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride (a-BPDA) represented by the following formula (a-2a), Examples thereof include 2,2 ′, 3,3′-biphenyltetracarboxylic dianhydride (i-BPDA) represented by the following formula (a-2i).
  • BPDA biphenyltetracarboxylic dianhydride
  • the ratio of the structural unit (A-1) in the structural unit A is preferably 40 to 95 mol%, and more Preferably it is 50 to 90 mol%, more preferably 55 to 85 mol%, and the ratio of the structural unit (A-2) in the structural unit A is preferably 5 to 60 mol%, more preferably It is 10 to 50 mol%, more preferably 15 to 45 mol%.
  • the ratio of the structural unit (A-1) to the structural unit (A-2) in the structural unit A [(A-1 ) / (A-2)] (mol / mol) is preferably 40/60 to 95/5, more preferably 50/50 to 90/10, still more preferably 55/45 to 85/15. More preferably, it is 55/45 to 70/30.
  • the total ratio of the structural units (A-1) and (A-2) in the structural unit A is preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more. And particularly preferably 99 mol% or more.
  • the upper limit value of the total ratio of the structural units (A-1) and (A-2) is not particularly limited, that is, 100 mol%.
  • the structural unit A may consist of only the structural unit (A-1) and the structural unit (A-2).
  • the structural unit A further includes the structural unit (A-2)
  • the residual stress is further reduced.
  • the structural unit A further includes the structural unit (A-2)
  • the light transmittance at a wavelength of 308 nm of the film is reduced.
  • LLO laser lift-off
  • the structural unit A preferably further includes a structural unit (A-3) derived from both terminal acid anhydride-modified silicones.
  • a structural unit (A-3) derived from both terminal acid anhydride-modified silicones.
  • R 1 to R 6 are each independently a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms
  • L 1 and L 2 are each independently a single bond or a divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms
  • Z 1 and Z 2 are each independently a trivalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms
  • n is 1 to 200.
  • R 1 to R 6 in formula (a-3) are each independently a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
  • the monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms includes an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and an aralkyl having 7 to 20 carbon atoms.
  • alkenyl groups having 2 to 20 carbon atoms is preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
  • the cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms is preferably a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms, and examples thereof include a cyclopentyl group and a cyclohexyl group.
  • the aryl group having 6 to 20 carbon atoms is preferably an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and examples thereof include a phenyl group and a naphthyl group.
  • the aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms is preferably an aralkyl group having 7 to 10 carbon atoms, and examples thereof include a benzyl group and a phenethyl group.
  • the alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms is preferably an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and examples thereof include a vinyl group, an allyl group, a propenyl group, an isopropenyl group, and a butenyl group.
  • R 1 to R 6 are preferably each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or an aralkyl having 7 to 20 carbon atoms.
  • L 1 and L 2 in the formula (a-3) are each independently a single bond or a divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
  • the divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkylene group having 3 to 20 carbon atoms, and an arylene group having 6 to 20 carbon atoms.
  • the alkylene group having 1 to 20 carbon atoms is preferably an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, and examples thereof include a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, a pentylene group, and a hexylene group.
  • the cycloalkylene group having 3 to 20 carbon atoms is preferably a cycloalkylene group having 3 to 10 carbon atoms, and examples thereof include a cyclobutylene group, a cyclopentylene group, a cyclohexylene group, and a cycloheptylene group.
  • the arylene group having 6 to 20 carbon atoms is preferably an arylene group having 6 to 10 carbon atoms, and examples thereof include a phenylene group and a naphthylene group.
  • L 1 and L 2 are preferably each independently selected from the group consisting of a single bond, an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkylene group having 3 to 20 carbon atoms, and an arylene group having 6 to 20 carbon atoms.
  • Z 1 and Z 2 in formula (a-3) are each independently a trivalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
  • Z 1 and Z 2 are preferably each independently a group represented by the following formula (a-3-i), a group represented by the following formula (a-3-ii), or a group represented by the following formula (a- It is selected from the group consisting of a group represented by 3-iii) and a group represented by the following formula (a-3-iv).
  • * indicates a binding site.
  • the group represented by the formula (a-3-i) is a succinic acid residue
  • the group represented by the formula (a-3-ii) is a phthalic acid residue
  • the group represented by the formula (a-3-iii) Is a 2,3-norbornanedicarboxylic acid residue
  • the group represented by (a-3-iv) is a 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid residue.
  • N in the formula (a-3) is 1 to 200.
  • n is preferably 3 to 150, and more preferably 5 to 120.
  • Examples of commercially available products of both terminal acid anhydride-modified silicones include “X22-168AS”, “X22-168A”, “X22-168B”, and “X22-168-P5-” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. 8 ”and“ DMS-Z21 ”manufactured by Gerest.
  • the ratio of the structural unit (A-1) in the structural unit A is preferably 50 to 99 mol%, It is preferably 60 to 98 mol%, more preferably 70 to 97 mol%, and the ratio of the structural unit (A-3) in the structural unit A is preferably 1 to 50 mol%, more preferably 2 -40 mol%, more preferably 3-30 mol%.
  • the ratio of the structural unit (A-1) to the structural unit (A-3) in the structural unit A [(A-1 ) / (A-3)] (mol / mol) is preferably 50/50 to 99/1, more preferably 60/40 to 98/2, still more preferably 70/30 to 97/3. More preferably, it is 80/20 to 95/5.
  • the total ratio of the structural units (A-1) and (A-3) in the structural unit A is preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more. And particularly preferably 99 mol% or more.
  • the upper limit value of the total ratio of the structural units (A-1) and (A-3) is not particularly limited, that is, 100 mol%.
  • the structural unit A may consist of only the structural unit (A-1) and the structural unit (A-3).
  • the structural unit A further includes the structural unit (A-3), the colorless transparency can be improved while the residual stress of the film is kept low.
  • the structural unit A preferably further includes both the structural unit (A-2) and the structural unit (A-3).
  • the ratio of the structural unit (A-1) in the structural unit A is preferably 50 to 90 mol%, more preferably 60 to 85 mol%, still more preferably 65 to 80 mol%
  • the ratio of the structural unit (A-2) in the structural unit A is preferably 5 to 30 mol% %, More preferably 5 to 25 mol%, still more preferably 5 to 20 mol%
  • the ratio of the structural unit (A-3) in the structural unit A is preferably 1 to 25 mol%. More preferably, it is 2 to 20 mol%, and further preferably 3 to 15 mol%.
  • the ratio [(A-2) / (A-3)] (mol / mol) is preferably 17/83 to 97/3, more preferably 20/80 to 93/7, The ratio is preferably 25/75 to 87/13, and more preferably 55/45 to 87/13.
  • the total ratio 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 total ratio of the structural units (A-1) to (A-3) is not particularly limited, that is, 100 mol%.
  • the structural unit A may be composed of only the structural unit (A-1), the structural unit (A-2), and the structural unit (A-3).
  • the structural units other than the structural unit (A-1) arbitrarily included in the structural unit A are not limited to the structural units (A-2) and (A-3).
  • the tetracarboxylic dianhydride that gives such an arbitrary structural unit is not particularly limited, but pyromellitic dianhydride, 9,9′-bis (3,4-dicarboxyphenyl) fluorene dianhydride, And aromatic tetracarboxylic dianhydrides such as 4,4 ′-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic anhydride; 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride and 1,2,4,5 -Cycloaliphatic tetracarboxylic dianhydrides and other alicyclic tetracarboxylic dianhydrides (except for compounds represented by formula (a-1)); and 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid Aliphatic tetracarboxylic dianhydrides such as dian
  • an aromatic tetracarboxylic dianhydride means a tetracarboxylic dianhydride containing one or more aromatic rings
  • an alicyclic tetracarboxylic dianhydride means one alicyclic ring.
  • the tetracarboxylic dianhydride containing the above and containing no aromatic ring means an aliphatic tetracarboxylic dianhydride means a tetracarboxylic dianhydride containing neither an aromatic ring nor an alicyclic ring.
  • the number of structural units other than the structural unit (A-1) optionally contained in the structural unit A may be one or more.
  • the structural unit B is a structural unit derived from a diamine in the polyimide resin, the structural unit (B-1) derived from a compound represented by the following formula (b-1), and the following formula (b-2) And a structural unit (B-2) derived from a compound represented by the formula:
  • X represents a single bond, a substituted or unsubstituted alkylene group, a carbonyl group, an ether group, a group represented by the following formula (b-2-i), or a group represented by the following formula (b-2 -Ii)
  • p is an integer of 0 to 2
  • m1 is an integer of 0 to 4
  • m2 is an integer of 0 to 4.
  • m1 Is an integer from 1 to 4.
  • m3 is an integer of 0 to 5; in the formula (b-2-ii), m4 is an integer of 0 to 5.
  • m1 + m2 + m3 + m4 is 1 or more.
  • * indicates a binding site.
  • the compound represented by the formula (b-1) is 2,2′-bis (trifluoromethyl) benzidine.
  • the structural unit B includes the structural unit (B-1)
  • the colorless transparency of the film is improved and the residual stress is decreased.
  • Specific examples of the compound represented by the formula (b-2) include compounds represented by the following formulas (b-21) to (b-27).
  • Specific examples of the compound represented by the formula (b-21) include a compound represented by the following formula (b-211), that is, 3,5-diaminobenzoic acid.
  • the structural unit (B-2) is preferably a structural unit (B-21) derived from the compound represented by the formula (b-21), and is derived from the compound represented by the formula (b-211).
  • the structural unit (B-211) is more preferable.
  • the structural unit B includes the structural unit (B-2), the heat resistance of the film is improved.
  • the ratio of the structural unit (B-1) in the structural unit B is preferably 35 to 95 mol%, more preferably 40 to 90 mol%, and still more preferably 45 to 85 mol%.
  • the ratio of the structural unit (B-2) in the structural unit B is preferably 5 to 65 mol%, more preferably 10 to 60 mol%, and still more preferably 15 to 55 mol%.
  • the ratio [(B-1) / (B-2)] (mol / mol) of the structural unit (B-1) to the structural unit (B-2) in the structural unit B is preferably 35/65 to 95 / 5, more preferably 40/60 to 90/10, still more preferably 45/55 to 85/15, still more preferably 45/55 to 70/30.
  • the total ratio of the structural units (B-1) and (B-2) in the structural unit B 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 total ratio of the structural units (B-1) and (B-2) is not particularly limited, that is, 100 mol%.
  • the structural unit B may consist of only the structural unit (B-1) and the structural unit (B-2).
  • the structural unit B may include structural units other than the structural units (B-1) and (B-2).
  • the diamine that gives such a structural unit is not particularly limited, but 1,4-phenylenediamine, p-xylylenediamine, 1,5-diaminonaphthalene, 2,2′-dimethylbiphenyl-4,4′-diamine.
  • 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 no aromatic ring
  • a group diamine means a diamine containing neither an aromatic ring nor an alicyclic ring.
  • the structural units other than the structural units (B-1) and (B-2) optionally included in the structural unit B may be one type or two or more types.
  • the number average molecular weight of the polyimide resin of the present invention is preferably 5,000 to 300,000, more 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 may contain a structure other than a polyimide chain (a structure in which the structural unit A and the structural unit B are imide-bonded).
  • Examples of the structure other than the polyimide chain that can be included in the polyimide resin include a structure including an amide bond.
  • the polyimide resin of the present invention preferably contains a polyimide chain (a structure in which the structural unit A and the structural unit B are imide-bonded) as a main structure. Therefore, the ratio of the polyimide chain in the polyimide resin of the present invention is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, and particularly preferably 99% by mass. % Or more.
  • a film having excellent heat resistance and colorless transparency and having low residual stress can be formed, and suitable physical properties of the film are as follows.
  • the glass transition temperature (Tg) is preferably 380 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher, still more preferably 450 ° C. or higher, and still more preferably 470 ° C. or higher.
  • the total light transmittance is preferably 88% or more, more preferably 89% or more, and still more preferably 90% or more when a film having a thickness of 10 ⁇ m is formed.
  • the yellow index (YI) is preferably 5.0 or less, more preferably 4.0 or less, still more preferably 3.0 or less, and even more preferably, when a film having a thickness of 10 ⁇ m is formed. 2.0 or less.
  • the residual stress is preferably 25.0 MPa or less, more preferably 20.0 MPa or less, and even more preferably 15.0 MPa or less.
  • a film having excellent laser peelability can be formed.
  • the preferred physical properties of the film are as follows.
  • the light transmittance at a wavelength of 308 nm is preferably 0.8% or less, more preferably 0.6% or less, and still more preferably 0.4% or less when a film having a thickness of 10 ⁇ m is formed.
  • the film which can be formed using the polyimide resin of this invention has favorable mechanical characteristics, and has the following suitable physical property values.
  • the tensile elastic modulus is preferably 2.0 GPa or more, more preferably 3.0 GPa or more, and further preferably 4.0 GPa or more.
  • the tensile strength is preferably 80 MPa or more, more preferably 100 MPa or more, further preferably 120 MPa or more, and still more preferably 150 MPa or more.
  • the said physical-property value in this invention can be specifically measured by the method as described in an Example.
  • the polyimide resin of the present invention comprises a tetracarboxylic acid component containing a compound giving the structural unit (A-1), a compound giving the structural unit (B-1), and the structural unit (B-2). It can manufacture by making the diamine component containing the compound to give react. More specifically, the method for producing a polyimide resin of the present invention comprises a tetracarboxylic acid component containing a compound that provides the structural unit (A-1), a compound that provides the structural unit (B-1), and the structural unit (B- The imidization reaction is carried out by heating the diamine component containing the compound that gives 2) in the presence of a reaction solvent.
  • a more preferable method for producing the polyimide resin of the present invention includes a tetracarboxylic acid component containing a compound represented by the formula (a-1), a compound represented by the formula (b-1), and a formula (b-2).
  • the imidization reaction is carried out by heating the diamine component containing the compound represented by (1) in the presence of a reaction solvent.
  • Examples of the compound that provides the structural unit (A-1) include compounds represented by the formula (a-1), but are not limited thereto, and may be derivatives thereof within a range that provides the same structural unit.
  • Examples of the derivative include tetracarboxylic acid corresponding to the tetracarboxylic dianhydride represented by the formula (a-1) (that is, norbornane-2-spiro- ⁇ -cyclopentanone- ⁇ ′-spiro-2 ′′). -Norbornane-5,5 ′′, 6,6 ′′ -tetracarboxylic acid), and alkyl esters of the tetracarboxylic acid.
  • a-1 that is, dianhydride
  • the tetracarboxylic acid component preferably contains 40 mol% or more, more preferably 50 mol% or more, and still more preferably 60 mol% or more of the compound that gives the structural unit (A-1).
  • the upper limit of the content of the compound giving the structural unit (A-1) is not particularly limited, that is, 100 mol%.
  • the tetracarboxylic acid component may consist only of a compound that provides the structural unit (A-1).
  • the tetracarboxylic acid component may contain a compound other than the compound that provides the structural unit (A-1).
  • the tetracarboxylic acid component preferably further contains a compound giving the structural unit (A-2) in addition to the compound giving the structural unit (A-1).
  • Examples of the compound that provides the structural unit (A-2) include compounds represented by the formula (a-2), but are not limited thereto, and may be derivatives thereof within a range that provides the same structural unit. Examples of the derivative include a tetracarboxylic acid corresponding to the tetracarboxylic dianhydride represented by the formula (a-2) and an alkyl ester of the tetracarboxylic acid.
  • a compound represented by the formula (a-2) that is, dianhydride
  • the tetracarboxylic acid component includes a compound that provides the structural unit (A-1) and a compound that provides the structural unit (A-2)
  • the tetracarboxylic acid component is preferably a compound that provides the structural unit (A-1). 40 to 95 mol%, more preferably 50 to 90 mol%, still more preferably 55 to 85 mol%, and the compound giving the structural unit (A-2), preferably 5 to 60 mol%, more preferably 10 to 50 mol%, more preferably 15 to 45 mol%.
  • the tetracarboxylic acid component includes a compound that provides the structural unit (A-1) and a compound that provides the structural unit (A-2), the compound and the structural unit (A) that provide the structural unit (A-1) in the tetracarboxylic acid component -2)
  • the compound ratio [(A-1) / (A-2)] (mol / mol) is preferably 40/60 to 95/5, more preferably 50/50 to 90/10. More preferably, it is 55/45 to 85/15, and still more preferably 55/45 to 70/30.
  • the tetracarboxylic acid component contains, in total, a compound that provides the structural unit (A-1) and a compound that provides the structural unit (A-2), preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and still more preferably Contains 90 mol% or more, particularly preferably 99 mol% or more.
  • the upper limit of the total content of the compound that provides the structural unit (A-1) and the compound that provides the structural unit (A-2) is not particularly limited, that is, 100 mol%.
  • the tetracarboxylic acid component may consist only of a compound that provides the structural unit (A-1) and a compound that provides the structural unit (A-2).
  • the tetracarboxylic acid component preferably further contains a compound giving the structural unit (A-3) in addition to the compound giving the structural unit (A-1).
  • the compound that provides the structural unit (A-3) include both terminal acid anhydride-modified silicones (for example, a compound represented by the formula (a-3)), but are not limited thereto, and a range that provides the same structural unit. It may be a derivative thereof. Examples of the derivatives include tetracarboxylic acids corresponding to both terminal acid anhydride-modified silicones and alkyl esters of the tetracarboxylic acids.
  • both terminal acid anhydride-modified silicones that is, dianhydrides are preferable.
  • the tetracarboxylic acid component includes a compound that provides the structural unit (A-1) and a compound that provides the structural unit (A-3)
  • the tetracarboxylic acid component is preferably a compound that provides the structural unit (A-1).
  • the compound giving the structural unit (A-3) is preferably 1 to 50 mol%, more preferably 2 to 40 mol%, more preferably 3 to 30 mol%.
  • the tetracarboxylic acid component includes a compound that provides the structural unit (A-1) and a compound that provides the structural unit (A-3), the compound that provides the structural unit (A-1) in the tetracarboxylic acid component and the structural unit (A -3)
  • the compound ratio [(A-1) / (A-3)] (mol / mol) is preferably 50/50 to 99/1, more preferably 60/40 to 98/2. More preferably, it is 70/30 to 97/3, and still more preferably 80/20 to 95/5.
  • the tetracarboxylic acid component contains, in total, the compound that provides the structural unit (A-1) and the compound that provides the structural unit (A-3), preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and still more preferably Contains 90 mol% or more, particularly preferably 99 mol% or more.
  • the upper limit of the total content of the compound giving the structural unit (A-1) and the compound giving the structural unit (A-3) is not particularly limited, that is, 100 mol%.
  • the tetracarboxylic acid component may consist only of a compound that provides the structural unit (A-1) and a compound that provides the structural unit (A-3).
  • the tetracarboxylic acid component preferably further includes both a compound that provides the structural unit (A-2) and a compound that provides the structural unit (A-3) in addition to the compound that provides the structural unit (A-1).
  • the tetracarboxylic acid component includes a compound that provides the structural unit (A-1), a compound that provides the structural unit (A-2), and a compound that provides the structural unit (A-3)
  • the tetracarboxylic acid component is a structural unit
  • the compound that provides (A-1) is preferably contained in an amount of 50 to 90 mol%, more preferably 60 to 85 mol%, still more preferably 65 to 80 mol%, and a compound that provides the structural unit (A-2).
  • the ratio [(A-2) / (A-3)] (mol / mol) of the compound giving A-2) to the compound giving structural unit (A-3) is preferably 17/83 to 97/3 More preferably 20/80 to 93/7, still more preferably 25/75 to 87/13, and still more preferably 55/45 to 87/13.
  • the tetracarboxylic acid component contains, in total, preferably at least 50 mol% of the compound that provides the structural unit (A-1), the compound that provides the structural unit (A-2), and the compound that provides the structural unit (A-3). More preferably, it contains 70 mol% or more, More preferably, it contains 90 mol% or more, Most preferably, it contains 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. Mol%.
  • the tetracarboxylic acid component may consist only of a compound that provides the structural unit (A-1), a compound that provides the structural unit (A-2), and a compound that provides the structural unit (A-3).
  • the compound other than the compound that provides the structural unit (A-1) optionally contained in the tetracarboxylic acid component is not limited to the compound that provides the structural unit (A-2) and the compound that provides the structural unit (A-3).
  • Such optional compounds include the above-mentioned aromatic tetracarboxylic dianhydrides, alicyclic tetracarboxylic dianhydrides, and aliphatic tetracarboxylic dianhydrides, and derivatives thereof (tetracarboxylic acids, tetra And alkyl esters of carboxylic acids).
  • the compound other than the compound giving the structural unit (A-1) optionally contained in the tetracarboxylic acid component may be one kind or two or more kinds.
  • Examples of the compound that provides the structural unit (B-1) include compounds represented by the formula (b-1), but are not limited thereto, and may be derivatives thereof within a range that provides the same structural unit.
  • Examples of the derivative include diisocyanates corresponding to the diamine represented by the formula (b-1).
  • examples of the compound that gives the structural unit (B-1) include compounds represented by the formula (b-1) (that is, a diamine) is preferable.
  • examples of the compound that provides the structural unit (B-2) include compounds represented by the formula (b-2), but are not limited thereto, and may be derivatives thereof within a range that provides the same structural unit.
  • Examples of the derivative include diisocyanates corresponding to the diamine represented by the formula (b-2).
  • a compound represented by the formula (b-2) that is, a diamine
  • the diamine component preferably contains 35 to 95 mol%, more preferably 40 to 90 mol%, and still more preferably 45 to 85 mol% of the compound giving the structural unit (B-1).
  • the diamine component preferably contains 5 to 65 mol%, more preferably 10 to 60 mol%, and still more preferably 15 to 55 mol% of the compound giving the structural unit (B-2).
  • the ratio [(B-1) / (B-2)] (mol / mol) of the compound giving the structural unit (B-1) to the compound giving the structural unit (B-2) in the diamine component is preferably 35 / It is 65 to 95/5, more preferably 40/60 to 90/10, still more preferably 45/55 to 85/15, still more preferably 45/55 to 70/30.
  • the diamine component contains a total of the compound that provides the structural unit (B-1) and the compound that provides the structural unit (B-2), preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and still more preferably 90 mol%. It contains at least mol%, particularly preferably at least 99 mol%.
  • the upper limit of the total content of the compound that provides the structural unit (B-1) and the compound that provides the structural unit (B-2) is not particularly limited, that is, 100 mol%.
  • the diamine component may consist only of a compound that provides the structural unit (B-1) and a compound that provides the structural unit (B-2).
  • the diamine component may include a compound other than the compound that provides the structural unit (B-1) and the compound that provides the structural unit (B-2).
  • the compound include the aromatic diamine, alicyclic diamine, and fatty acid described above. Group diamines, and derivatives thereof (such as diisocyanates).
  • the compound other than the compound giving the structural unit (B-1) and the compound giving the structural unit (B-2) optionally contained in the diamine component may be one kind or two or more kinds.
  • the charging ratio of the tetracarboxylic acid component and the diamine component used for the production of the polyimide resin is preferably 0.9 to 1.1 mol of the diamine component relative to 1 mol of the tetracarboxylic acid component.
  • a terminal blocking agent may be used in addition to the aforementioned tetracarboxylic acid component and diamine component.
  • end-capping agents monoamines or dicarboxylic acids are preferred.
  • the amount of the terminal blocking agent 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 monoamine end-capping agents include methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, benzylamine, 4-methylbenzylamine, 4-ethylbenzylamine, 4-dodecylbenzylamine, 3-methylbenzylamine, 3- Ethylbenzylamine, aniline, 3-methylaniline, 4-methylaniline and the like are recommended. Of these, benzylamine and aniline can be preferably used.
  • dicarboxylic acid end-capping agent dicarboxylic acids are preferable, and a part of them may be closed.
  • phthalic acid, phthalic anhydride, 4-chlorophthalic acid, tetrafluorophthalic acid, 2,3-benzophenone dicarboxylic acid, 3,4-benzophenone dicarboxylic acid, cyclohexane-1,2-dicarboxylic acid, cyclopentane-1,2 -Dicarboxylic acid, 4-cyclohexene-1,2-dicarboxylic acid and the like are recommended.
  • phthalic acid and phthalic anhydride can be suitably used.
  • a well-known method can be used. Specifically, (1) a tetracarboxylic acid component, a diamine component, and a reaction solvent are charged into a reactor, stirred at room temperature to 80 ° C. for 0.5 to 30 hours, and then heated to imidize. Method of performing the reaction, (2) The diamine component and the reaction solvent are charged into the reactor and dissolved, then the tetracarboxylic acid component is charged, and if necessary, stirred at room temperature to 80 ° C. for 0.5 to 30 hours, and then (3) A method in which a tetracarboxylic acid component, a diamine component, and a reaction solvent are charged into a reactor and the temperature is immediately raised to carry out an imidization reaction.
  • the reaction solvent used for the production of the polyimide resin may be any solvent that does not inhibit the imidization reaction and can dissolve the produced polyimide.
  • an aprotic solvent, a phenol solvent, an ether solvent, a carbonate solvent, and the like can be given.
  • aprotic solvents include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, 1,3-dimethylimidazolidinone, tetramethylurea, etc.
  • Amide solvents lactone solvents such as ⁇ -butyrolactone and ⁇ -valerolactone, phosphorus-containing amide solvents such as hexamethylphosphoric amide and hexamethylphosphine triamide, sulfur-containing dimethylsulfone, dimethylsulfoxide, sulfolane and the like
  • solvents such as ketone solvents such as acetone, cyclohexanone and methylcyclohexanone, amine solvents such as picoline and pyridine, and ester solvents such as acetic acid (2-methoxy-1-methylethyl).
  • phenol solvent examples 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]. Examples include ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane and the like.
  • the carbonate solvent examples include diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, and the like.
  • amide solvents or lactone solvents are preferable.
  • the imidization reaction it is preferable to perform the reaction using a Dean Stark apparatus or the like while removing water generated during production. By performing such an operation, the degree of polymerization and the imidization rate can be further increased.
  • a known imidation catalyst can be used.
  • the imidization catalyst include a base catalyst and an acid catalyst.
  • Base catalysts include pyridine, quinoline, isoquinoline, ⁇ -picoline, ⁇ -picoline, 2,4-lutidine, 2,6-lutidine, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, triethylenediamine, imidazole, N, N -Organic base catalysts such as dimethylaniline and N, N-diethylaniline, and inorganic base catalysts such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, potassium bicarbonate and sodium bicarbonate.
  • the acid catalyst examples include crotonic acid, acrylic acid, trans-3-hexenoic acid, cinnamic acid, benzoic acid, methylbenzoic acid, oxybenzoic acid, terephthalic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, naphthalenesulfonic acid, etc. Is mentioned.
  • the above imidation catalysts may be used alone or in combination of two or more. Among these, from the viewpoint of handleability, it is preferable to use 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 suppressing the reaction rate and gelation.
  • 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 the above-described compounds alone or in combination of two or more as the reaction solvent used in the production of the polyimide resin.
  • Specific examples of the organic solvent include an aprotic solvent, a phenol solvent, an ether solvent, a carbonate solvent, and the like, and an aprotic solvent is preferable.
  • Examples of the aprotic solvent include amide solvents, lactone solvents, phosphorus-containing amide solvents, sulfur-containing solvents, ketone solvents, amine solvents, ester solvents, amide solvents or lactone solvents. Is preferred, and lactone solvents are more preferred.
  • Examples of the amide solvent include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, 1,3-dimethylimidazolidinone, and tetramethylurea.
  • Examples of the lactone solvent include ⁇ -butyrolactone and ⁇ -valerolactone.
  • 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 a solution obtained by adding a dilution solvent to the polyimide solution.
  • the polyimide varnish of the present invention preferably contains 5 to 40% by mass of the polyimide resin of the present invention, more preferably 5 to 30% by mass, and still more preferably 10 to 30% by mass.
  • the viscosity of the polyimide varnish is preferably 1 to 200 Pa ⁇ s, more preferably 1 to 150 Pa ⁇ s, and still 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, adhesion promoter, release agent, flame retardant, UV stabilizer, surfactant, leveling agent, antifoaming agent, fluorescent enhancement, 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. Therefore, the polyimide film of the present invention is excellent in heat resistance and colorless transparency, and has a low residual stress.
  • the 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.
  • a method for removing the organic solvent contained in the varnish by heating the following method is preferable. That is, after evaporating the organic solvent at a temperature of 120 ° C. or less to form a self-supporting film, the self-supporting film is peeled off from the support, the ends of the self-supporting film are fixed, and the organic solvent used It is preferable to produce a polyimide film by drying at a temperature equal to or higher than the boiling point. Moreover, it is preferable to dry in nitrogen atmosphere. The pressure in the dry atmosphere may be any of reduced pressure, normal pressure, and increased pressure.
  • the heating temperature for producing the polyimide film by drying the self-supporting film is not particularly limited, but is preferably 200 to 400 ° C.
  • the polyimide film of this invention can also be manufactured using the polyamic-acid varnish formed by melt
  • the polyamic acid contained in the polyamic acid varnish is a precursor of the polyimide resin of the present invention, and includes a tetracarboxylic acid component containing a compound that gives the structural unit (A-1) and the structural unit (B- It is a product of a polyaddition reaction with a diamine component containing a compound giving 1) and a compound giving the above structural unit (B-2).
  • imidizing (dehydrating and ring-closing) this polyamic acid the final product, the polyimide resin of the present invention, is obtained.
  • the organic solvent contained in the polyamic acid varnish As the organic solvent contained in the polyamic acid varnish, the organic solvent contained in the polyimide varnish of the present invention can be used.
  • the polyamic acid varnish comprises a tetracarboxylic acid component containing a compound that gives the structural unit (A-1), a compound that gives the structural unit (B-1), and the structural unit (B-2). It may be a polyamic acid solution itself obtained by polyaddition reaction with a diamine component containing a compound to give a compound in a reaction solvent, or a dilute solvent added to the polyamic acid solution. Good.
  • a well-known method can be used.
  • a polyamic acid varnish is coated on a smooth support such as a glass plate, a metal plate, or a plastic, or formed into a film, and an organic solvent such as a reaction solvent or a diluting solvent contained in the varnish is removed by heating.
  • a polyimide film can be produced by obtaining a polyamic acid film and imidizing the polyamic acid in the polyamic acid film by heating.
  • the heating temperature for obtaining the polyamic acid film by drying the polyamic acid varnish is preferably 50 to 120 ° C.
  • the heating temperature for imidizing the polyamic acid by heating is preferably 200 to 400 ° C.
  • the imidization method is not limited to thermal imidization, and chemical imidization can also be applied.
  • the thickness of the polyimide film of the present invention can be appropriately selected depending on the application and the like, but is preferably in the range of 1 to 250 ⁇ m, more preferably 5 to 100 ⁇ m, still more preferably 8 to 80 ⁇ m, and still more preferably 10 to 80 ⁇ m. It is. When the thickness is 1 to 250 ⁇ m, practical use as a self-supporting film becomes possible.
  • 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, and an optical member.
  • the polyimide film of the present invention is particularly suitably used as a substrate for an image display device such as a liquid crystal display or an OLED display.
  • Solid content concentration The solid content concentration of the varnish was calculated from the difference in mass of the sample before and after heating by heating the sample at 320 ° C. ⁇ 120 min in a small electric furnace “MMF-1” manufactured by AS ONE Corporation.
  • Film thickness The film thickness was measured using a micrometer manufactured by Mitutoyo Corporation.
  • Total light transmittance, yellow index (YI) evaluation of colorless transparency
  • the total light transmittance and YI were measured using a color / turbidity simultaneous measuring device “COH400” manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd. according to JIS K7361-1: 1997. The closer the total light transmittance is to 100% and the smaller the YI value, the better the colorless transparency.
  • Tg Glass transition temperature (Evaluation of heat resistance) Residual stress is removed using the thermomechanical analyzer "TMA / SS6100" manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd. under the conditions of sample size 2 mm x 20 mm, load 0.1 N, and heating rate 10 ° C / min. The temperature was raised to a sufficient temperature to remove residual stress, and then cooled to room temperature. Thereafter, the elongation of the test piece was measured under the same conditions as the treatment for removing the residual stress, and the place where the inflection point of the elongation was found was determined as the glass transition temperature. The larger the value of Tg, the better the heat resistance.
  • Residual stress A polyimide varnish was measured on a 4-inch silicon wafer having a thickness of 525 ⁇ m ⁇ 25 ⁇ m, in which the “warping amount” was measured in advance using a residual stress measuring device “FLX-2320” manufactured by KLA-Tencor Corporation.
  • polyamic acid varnish was applied using a spin coater and prebaked. Thereafter, using a hot air drier, a heat curing treatment was performed at 400 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, and a silicon wafer with a polyimide film having a thickness of 8 to 20 ⁇ m after curing was produced.
  • the amount of warpage of the wafer was measured using the above-described residual stress measuring device, and the residual stress generated between the silicon wafer and the polyimide film was evaluated. The smaller the numerical value, the better the residual stress.
  • (6) Tensile Elastic Modulus and Tensile Strength The tensile elastic modulus and tensile strength were measured using a tensile tester “Strograph VG-1E” manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd. according to JIS K7127. The distance between chucks was 50 mm, the test piece size was 10 mm ⁇ 50 mm, and the test speed was 20 mm / min. Both the tensile modulus and tensile strength are better as the numerical value is larger.
  • Light transmittance at a wavelength of 308 nm The light transmittance at a wavelength of 308 nm was measured using an ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer “UV-3100PC” manufactured by Shimadzu Corporation.
  • UV-3100PC ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer
  • the light transmittance at a wavelength of 308 nm is excellent in laser peelability as the numerical value is smaller.
  • Example 1 25.619 g (0.080 mol) of TFMB in a 1 L 5-neck round bottom 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 , 3.043 g (0.020 mol) of 3,5-DABA and 80.520 g of N-methylpyrrolidone (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) were added and stirred at a system temperature of 70 ° C. in a nitrogen atmosphere at a rotation speed of 150 rpm. To obtain a solution.
  • Example 2 The amount of TFMB is from 25.619 g (0.080 mol) to 16.012 g (0.050 mol), and the amount of 3,5-DABA is from 3.043 g (0.020 mol) to 7.608 g (0.050 mol).
  • the polyimide varnish was prepared by the same method as in Example 1 except that the polyimide varnish with a solid content concentration of 10.0% 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 having a thickness of 9 ⁇ m. The results are shown in Table 1.
  • Example 1 The polyimide varnish was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of TFMB was changed from 25.619 g (0.080 mol) to 32.024 g (0.100 mol) and 3,5-DABA was not added. And a polyimide varnish with a solid content concentration of 10.0% 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 having a thickness of 14 ⁇ m. The results are shown in Table 1.
  • N-methylpyrrolidone manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation
  • the polyimide films of Examples 1 and 2 were excellent in heat resistance and colorless transparency, and the residual stress was low.
  • the polyimide film of Comparative Example 1 was inferior in heat resistance to those polyimide films, unlike the polyimide films of Examples 1 and 2 in that only TFMB was used as the diamine component.
  • the polyimide film of Comparative Example 2 produced using only TFMB as the diamine component and using BPDA as the tetracarboxylic acid component was inferior in heat resistance and colorless transparency, and had a high residual stress.
  • Example 3 The same method as in Example 1 except that the amount of CpODA was changed from 38.438 g (0.100 mol) to 30.750 g (0.080 mol), and 5.884 g (0.020 mol) of BPDA was added.
  • a polyimide varnish was prepared by the above process to obtain a polyimide varnish having a solid content concentration of 10.0% by mass.
  • a film was produced in the same manner as in Example 1 to obtain a film having a thickness of 10 ⁇ m. The results are shown in Table 2.
  • Examples 4 to 7 A polyimide varnish was prepared in the same manner as in Example 3 except that the amounts of CpODA, BPDA, TFMB, and 3,5-DABA were changed to the molar ratios shown in Table 2, and a solid content concentration of 10 0.0% by mass of polyimide varnish was obtained. A film was produced in the same manner as in Example 3 using the obtained polyimide varnish. The evaluation results of the obtained film are shown in Table 2.
  • a polyimide varnish was prepared in the same manner as in Example 1 except that it was added to obtain a polyimide varnish having a solid concentration of 10.0% by mass.
  • a film having a thickness of 15 ⁇ m was obtained using the obtained polyimide varnish by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 3.
  • Example 9 to 13 A polyimide varnish was prepared in the same manner as in Example 8, except that the amounts of CpODA, BPDA, X-22-168AS, TFMB, and 3,5-DABA were changed to the molar ratios shown in Table 3. Thus, a polyimide varnish having a solid content concentration of 10.0% by mass was obtained. A film was produced in the same manner as in Example 8 using the obtained polyimide varnish. The evaluation results of the obtained film are shown in Table 3.
  • the polyimide films of Examples 3 to 13 were excellent in heat resistance and colorless transparency, and had low residual stress. Furthermore, the light transmittance at a wavelength of 308 nm was small, that is, the laser peelability was excellent.

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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が式(a-1)で表される化合物に由来する構成単位(A-1)を含み、構成単位Bが式(b-1)で表される化合物に由来する構成単位(B-1)と、式(b-2)で表される化合物に由来する構成単位(B-2)とを含む、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。
 一般に、ポリイミド樹脂は優れた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、当該プラスチック基板として適するポリイミドフィルムの研究が進められている。このような用途のポリイミドフィルムには無色透明性が求められる。
 ガラス支持体やシリコンウェハ上に塗布したワニスを加熱硬化してポリイミドフィルムを形成すると、ポリイミドフィルムに残留応力が生じる。ポリイミドフィルムの残留応力が大きいと、ガラス支持体やシリコンウェハが反ってしまうという問題が生じるため、ポリイミドフィルムには残留応力の低減も求められる。
 特許文献1には、低残留応力のフィルムを与えるポリイミド樹脂として、テトラカルボン酸成分として4,4’-オキシジフタル酸二無水物を用い、ジアミン成分として数平均分子量1000のα、ω-アミノプロピルポリジメチルシロキサン及び4,4’-ジアミノジフェニルエーテルを用いて合成されたポリイミド樹脂が開示されている。
特開2005-232383号公報
 上述のように、ポリイミドフィルムには無色透明性や低残留応力が要求されるが、優れた耐熱性を維持しながら、それら特性を向上させることは容易ではない。
 本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、耐熱性及び無色透明性に優れ、更に残留応力が低い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]~[12]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)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)と、下記式(b-2)で表される化合物に由来する構成単位(B-2)とを含む、ポリイミド樹脂。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007

(式(b-2)中、Xは単結合、置換若しくは無置換のアルキレン基、カルボニル基、エーテル基、下記式(b-2-i)で表される基、又は下記式(b-2-ii)で表される基であり、pは0~2の整数であり、m1は0~4の整数であり、m2は0~4の整数である。ただし、pが0の場合、m1は1~4の整数である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008

(式(b-2-i)中、m3は0~5の整数であり;式(b-2-ii)中、m4は0~5の整数である。なお、m1+m2+m3+m4は1以上であり、pが2の場合、2つのX及び2つのm2~m4のそれぞれは独立して選択される。)
[2]
 構成単位(B-2)が、下記式(b-21)で表される化合物に由来する構成単位(B-21)である、上記[1]に記載のポリイミド樹脂。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009

[3]
 構成単位A中における構成単位(A-1)の比率が40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]
 構成単位B中における構成単位(B-1)の比率が35~95モル%であり、
 構成単位B中における構成単位(B-2)の比率が5~65モル%である、上記[1]~[3]のいずれかに記載のポリイミド樹脂。
[5]
 構成単位B中における構成単位(B-1)と構成単位(B-2)の比[(B-1)/(B-2)](モル/モル)が、35/65~95/5である、上記[1]~[4]のいずれかに記載のポリイミド樹脂。
[6]
 構成単位Aが、下記式(a-2)で表される化合物に由来する構成単位(A-2)を更に含む、上記[1]~[5]のいずれかに記載のポリイミド樹脂。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010

[7]
 構成単位A中における構成単位(A-1)と構成単位(A-2)の比[(A-1)/(A-2)](モル/モル)が、40/60~95/5である、上記[6]に記載のポリイミド樹脂。
[8]
 構成単位Aが、両末端酸無水物変性シリコーンに由来する構成単位(A-3)を更に含む、上記[1]~[7]のいずれかに記載のポリイミド樹脂。
[9]
 構成単位A中における構成単位(A-1)と構成単位(A-3)の比[(A-1)/(A-3)](モル/モル)が、50/50~99/1である、上記[8]に記載のポリイミド樹脂。
[10]
 上記式(a-1)で表される化合物を含むテトラカルボン酸成分と、上記式(b-1)で表される化合物及び上記式(b-2)で表される化合物を含むジアミン成分とを反応溶剤存在下、加熱することによって、イミド化反応を行う、ポリイミド樹脂の製造方法。
[11]
 上記[1]~[9]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。
[12]
 上記[1]~[9]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、耐熱性及び無色透明性に優れ、更に残留応力が低いフィルムを形成することができる。
[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を有し、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)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)と、下記式(b-2)で表される化合物に由来する構成単位(B-2)とを含む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011

(式(b-2)中、Xは単結合、置換若しくは無置換のアルキレン基、カルボニル基、エーテル基、下記式(b-2-i)で表される基、又は下記式(b-2-ii)で表される基であり、pは0~2の整数であり、m1は0~4の整数であり、m2は0~4の整数である。ただし、pが0の場合、m1は1~4の整数である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012

(式(b-2-i)中、m3は0~5の整数であり;式(b-2-ii)中、m4は0~5の整数である。なお、m1+m2+m3+m4は1以上であり、pが2の場合、2つのX及び2つのm2~m4のそれぞれは独立して選択される。)
 なお、前記式中、*は結合部位を示す。
<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って、下記式(a-1)で表される化合物に由来する構成単位(A-1)を含む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 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。
 構成単位Aが構成単位(A-1)を含むことによって、フィルムの無色透明性及び耐熱性が向上する。
 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40モル%以上であり、より好ましくは50モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上である。構成単位(A-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Aは構成単位(A-1)のみからなっていてもよい。
 構成単位Aは、構成単位(A-1)以外の構成単位を含んでもよい。
 構成単位Aは、構成単位(A-1)に加えて、下記式(a-2)で表される化合物に由来する構成単位(A-2)を更に含むことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 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-C000015
 構成単位Aが構成単位(A-1)及び構成単位(A-2)を含む場合、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40~95モル%であり、より好ましくは50~90モル%であり、更に好ましくは55~85モル%であり、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5~60モル%であり、より好ましくは10~50モル%であり、更に好ましくは15~45モル%である。
 構成単位Aが構成単位(A-1)及び構成単位(A-2)を含む場合、構成単位A中における構成単位(A-1)と構成単位(A-2)の比[(A-1)/(A-2)](モル/モル)は、好ましくは40/60~95/5であり、より好ましくは50/50~90/10であり、更に好ましくは55/45~85/15、より更に好ましくは55/45~70/30である。
 構成単位A中における構成単位(A-1)及び(A-2)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)及び(A-2)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)とのみからなっていてもよい。
 構成単位Aが構成単位(A-2)を更に含むことによって、残留応力が更に低下する。
 また、構成単位Aが構成単位(A-2)を更に含むことによって、フィルムの波長308nmにおける光線透過率が小さくなる。近年、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。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。
 構成単位Aは、構成単位(A-1)に加えて、両末端酸無水物変性シリコーンに由来する構成単位(A-3)を更に含むことが好ましい。
 前記両末端酸無水物変性シリコーンとしては、下記式(a-3)で表される化合物が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016

(式(a-3)中、
 R~Rは、それぞれ独立して、炭素数1~20の一価の炭化水素基であり、
 L及びLは、それぞれ独立して、単結合又は炭素数1~20の二価の炭化水素基であり、
 Z及びZは、それぞれ独立して、炭素数1~20の三価の炭化水素基であり、
 nは、1~200である。)
 式(a-3)におけるR~Rは、それぞれ独立して、炭素数1~20の一価の炭化水素基である。
 炭素数1~20の一価の炭化水素基としては、炭素数1~20のアルキル基、炭素数3~20のシクロアルキル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数7~20のアラルキル基、炭素数2~20のアルケニル基等が挙げられる。
 炭素数1~20のアルキル基としては、炭素数1~10のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、及びヘキシル基が挙げられる。炭素数3~20のシクロアルキル基としては、炭素数3~10のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基が挙げられる。炭素数6~20のアリール基としては、炭素数6~10のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基及びナフチル基が挙げられる。炭素数7~20のアラルキル基としては、炭素数7~10のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基及びフェネチル基が挙げられる。炭素数2~20のアルケニル基としては、炭素数2~10のアルケニル基が好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、及びブテニル基が挙げられる。
 R~Rは、それぞれ独立して、好ましくは、炭素数1~20のアルキル基、炭素数3~20のシクロアルキル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数7~20のアラルキル基、及び炭素数2~20のアルケニル基からなる群より選ばれ;より好ましくは、炭素数1~10のアルキル基、炭素数3~10のシクロアルキル基、炭素数6~10のアリール基、炭素数7~10のアラルキル基、及び炭素数2~10のアルケニル基からなる群より選ばれ;更に好ましくは、炭素数1~10のアルキル基、炭素数6~10のアリール基、及び炭素数2~10のアルケニル基からなる群より選ばれ;特に好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、フェニル基、ナフチル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、及びブテニル基からなる群より選ばれ;最も好ましくはメチル基、エチル基、フェニル基、及びビニル基からなる群より選ばれる。
 式(a-3)におけるL及びLは、それぞれ独立して、単結合又は炭素数1~20の二価の炭化水素基である。
 炭素数1~20の二価の炭化水素基としては、炭素数1~20のアルキレン基、炭素数3~20のシクロアルキレン基、炭素数6~20のアリーレン基等が挙げられる。
 炭素数1~20のアルキレン基としては、炭素数1~10のアルキレン基が好ましく、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、及びヘキシレン基が挙げられる。
 炭素数3~20のシクロアルキレン基としては、炭素数3~10のシクロアルキレン基が好ましく、例えば、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、及びシクロヘプチレン基が挙げられる。
 炭素数6~20のアリーレン基としては、炭素数6~10のアリーレン基が好ましく、例えば、フェニレン基及びナフチレン基が挙げられる。
 L及びLは、それぞれ独立して、好ましくは、単結合、炭素数1~20のアルキレン基、炭素数3~20のシクロアルキレン基、及び炭素数6~20のアリーレン基からなる群より選ばれ;より好ましくは、単結合、炭素数1~10のアルキレン基、炭素数3~10のシクロアルキレン基、及び炭素数6~10のアリーレン基からなる群より選ばれ;更に好ましくは、単結合、炭素数1~10のアルキレン基、及び炭素数6~10のアリーレン基からなる群より選ばれ;特に好ましくは、単結合、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、フェニレン基及びナフチレン基からなる群より選ばれ;最も好ましくは、単結合、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、及びフェニレン基からなる群より選ばれる。
 式(a-3)におけるZ及びZは、それぞれ独立して、炭素数1~20の三価の炭化水素基である。
 Z及びZは、それぞれ独立して、好ましくは、下記式(a-3-i)で表される基、下記式(a-3-ii)で表される基、下記式(a-3-iii)で表される基、及び下記式(a-3-iv)で表される基からなる群より選ばれる。
 なお、各式中、*は結合部位を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
 式(a-3-i)で表される基はコハク酸残基であり、式(a-3-ii)で表される基はフタル酸残基であり、式(a-3-iii)で表される基は2,3-ノルボルナンジカルボン酸残基であり、(a-3-iv)で表される基は5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸残基である。
 式(a-3)におけるnは、1~200である。nは好ましくは3~150であり、より好ましくは5~120である。
 両末端酸無水物変性シリコーンの市販品として入手できるものとしては、信越化学工業株式会社製の「X22-168AS」、「X22-168A」、「X22-168B」、及び「X22-168-P5-8」、並びにゲレスト社製の「DMS-Z21」等が挙げられる。
 構成単位Aが構成単位(A-1)及び構成単位(A-3)を含む場合、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50~99モル%であり、より好ましくは60~98モル%であり、更に好ましく70~97モル%であり、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1~50モル%であり、より好ましくは2~40モル%であり、更に好ましく3~30モル%である。
  構成単位Aが構成単位(A-1)及び構成単位(A-3)を含む場合、構成単位A中における構成単位(A-1)と構成単位(A-3)の比[(A-1)/(A-3)](モル/モル)は、好ましくは50/50~99/1であり、より好ましくは60/40~98/2であり、更に好ましくは70/30~97/3、より更に好ましくは80/20~95/5である。
 構成単位A中における構成単位(A-1)及び(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)及び(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-3)とのみからなっていてもよい。
 構成単位Aが構成単位(A-3)を更に含むことによって、フィルムの残留応力を低く維持しながら、無色透明性を向上することができる。
 また、構成単位Aは、構成単位(A-1)に加えて、構成単位(A-2)及び構成単位(A-3)の両方を更に含むことも好ましい。
 構成単位Aが構成単位(A-1)、構成単位(A-2)、及び構成単位(A-3)を含む場合、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50~90モル%であり、より好ましくは60~85モル%、更に好ましくは65~80モル%であり、構成単位A中における構成単位(A-2)の比率は、好ましくは5~30モル%であり、より好ましくは5~25モル%であり、更に好ましくは5~20モル%であり、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1~25モル%であり、より好ましくは2~20モル%であり、更に好ましくは3~15モル%である。
 構成単位Aが構成単位(A-1)、構成単位(A-2)、及び構成単位(A-3)を含む場合、構成単位A中における構成単位(A-2)と構成単位(A-3)の比[(A-2)/(A-3)](モル/モル)は、好ましくは17/83~97/3であり、より好ましくは20/80~93/7であり、更に好ましくは25/75~87/13であり、より更に好ましくは55/45~87/13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に任意に含まれる構成単位(A-1)以外の構成単位は、構成単位(A-2)及び(A-3)に限定されない。そのような任意の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、9,9’-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二無水物、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;1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物及び1,2,4,5-シクロヘキサ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(A-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。
<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、下記式(b-1)で表される化合物に由来する構成単位(B-1)と、下記式(b-2)で表される化合物に由来する構成単位(B-2)とを含む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018

(式(b-2)中、Xは単結合、置換若しくは無置換のアルキレン基、カルボニル基、エーテル基、下記式(b-2-i)で表される基、又は下記式(b-2-ii)で表される基であり、pは0~2の整数であり、m1は0~4の整数であり、m2は0~4の整数である。ただし、pが0の場合、m1は1~4の整数である。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019

(式(b-2-i)中、m3は0~5の整数であり;式(b-2-ii)中、m4は0~5の整数である。なお、m1+m2+m3+m4は1以上であり、pが2の場合、2つのX及び2つのm2~m4のそれぞれは独立して選択される。)
 なお、前記式中、*は結合部位を示す。
 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が構成単位(B-1)を含むことによって、フィルムの無色透明性が向上し、残留応力が低下する。
 式(b-2)で表される化合物の具体例としては、下記式(b-21)~(b-27)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
 式(b-21)で表される化合物の具体例としては、下記式(b-211)で表される化合物、即ち、3,5-ジアミノ安息香酸が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
 構成単位(B-2)は、式(b-21)で表される化合物に由来する構成単位(B-21)であることが好ましく、式(b-211)で表される化合物に由来する構成単位(B-211)であることがより好ましい。
 構成単位Bが構成単位(B-2)を含むことによって、フィルムの耐熱性が向上する。
 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35~95モル%であり、より好ましくは40~90モル%であり、更に好ましくは45~85モル%である。
 構成単位B中における構成単位(B-2)の比率は、好ましくは5~65モル%であり、より好ましくは10~60モル%であり、更に好ましくは15~55モル%である。
 構成単位B中における構成単位(B-1)と構成単位(B-2)の比[(B-1)/(B-2)](モル/モル)は、好ましくは35/65~95/5であり、より好ましくは40/60~90/10であり、更に好ましくは45/55~85/15、より更に好ましくは45/55~70/30である。
 構成単位B中における構成単位(B-1)及び(B-2)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(B-1)及び(B-2)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Bは構成単位(B-1)と構成単位(B-2)とのみからなっていてもよい。
 構成単位Bは、構成単位(B-1)及び(B-2)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、1,5-ジアミノナフタレン、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、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、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)で表される化合物及び式(b-2)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(B-1)及び(B-2)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5,000~300,000、より好ましくは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、ポリイミド鎖(構成単位Aと構成単位Bとがイミド結合してなる構造)以外の構造を含んでもよい。ポリイミド樹脂中に含まれうるポリイミド鎖以外の構造としては、例えばアミド結合を含む構造等が挙げられる。
 本発明のポリイミド樹脂は、ポリイミド鎖(構成単位Aと構成単位Bとがイミド結合してなる構造)を主たる構造として含むことが好ましい。したがって、本発明のポリイミド樹脂中に占めるポリイミド鎖の比率は、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上であり、更に好ましくは90質量%以上であり、特に好ましくは99質量%以上である。
 本発明のポリイミド樹脂を用いることで、耐熱性及び無色透明性に優れ、更に残留応力が低いフィルムを形成することができ、当該フィルムの有する好適な物性値は以下の通りである。
 ガラス転移温度(Tg)は、好ましくは380℃以上であり、より好ましくは400℃以上であり、更に好ましくは450℃以上であり、より更に好ましくは470℃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5.0以下であり、より好ましくは4.0以下であり、更に好ましくは3.0以下であり、より更に好ましくは2.0以下である。
 残留応力は、好ましくは25.0MPa以下であり、より好ましくは20.0MPa以下であり、更に好ましくは15.0MPa以下である。
 また、本発明の一態様のポリイミド樹脂である、構成単位Aが構成単位(A-2)を更に含むポリイミド樹脂を用いることで、更にレーザー剥離性にも優れるフィルムを形成することができ、当該フィルムの有する好適な物性値は以下の通りである。
 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0.8%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。
 また、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は機械的特性も良好であり、以下のような好適な物性値を有する。
 引張弾性率は、好ましくは2.0GPa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4.0GPa以上である。
 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120MPa以上であり、より更に好ましくは150MPa以上である。
 なお、本発明における上述の物性値は、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)を与える化合物を含むテトラカルボン酸成分と、上述の構成単位(B-1)を与える化合物及び上述の構成単位(B-2)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。
 より具体的な本発明のポリイミド樹脂の製造方法は、構成単位(A-1)を与える化合物を含むテトラカルボン酸成分と、構成単位(B-1)を与える化合物及び上述の構成単位(B-2)を与える化合物を含むジアミン成分とを反応溶剤存在下、加熱することによって、イミド化反応を行う。
 また、本発明のポリイミド樹脂のより好ましい製造方法は、式(a-1)で表される化合物を含むテトラカルボン酸成分と、式(b-1)で表される化合物及び式(b-2)で表される化合物を含むジアミン成分とを反応溶剤存在下、加熱することによって、イミド化反応を行う。
 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。
 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40モル%以上含み、より好ましくは50モル%以上含み、更に好ましくは60モル%以上含む。構成単位(A-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。テトラカルボン酸成分は構成単位(A-1)を与える化合物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)を与える化合物以外の化合物を含んでもよい。
 テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-1)を与える化合物に加えて、構成単位(A-2)を与える化合物を更に含むことが好ましい。
 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。
 テトラカルボン酸成分が構成単位(A-1)を与える化合物及び構成単位(A-2)を与える化合物を含む場合、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40~95モル%含み、より好ましくは50~90モル%含み、更に好ましくは55~85モル%含み、構成単位(A-2)を与える化合物を、好ましくは5~60モル%含み、より好ましくは10~50モル%含み、更に好ましくは15~45モル%含む。
 テトラカルボン酸成分が構成単位(A-1)を与える化合物及び構成単位(A-2)を与える化合物を含む場合、テトラカルボン酸成分における構成単位(A-1)を与える化合物と構成単位(A-2)を与える化合物の比[(A-1)/(A-2)](モル/モル)は、好ましくは40/60~95/5であり、より好ましくは50/50~90/10であり、更に好ましくは55/45~85/15、より更に好ましくは55/45~70/30である。
 テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-1)を与える化合物及び構成単位(A-2)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)を与える化合物及び構成単位(A-2)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)を与える化合物に加えて、構成単位(A-3)を与える化合物を更に含むことが好ましい。
 構成単位(A-3)を与える化合物としては、両末端酸無水物変性シリコーン(例えば、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、両末端酸無水物変性シリコーン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、両末端酸無水物変性シリコーン(即ち、二無水物)が好ましい。
 テトラカルボン酸成分が構成単位(A-1)を与える化合物及び構成単位(A-3)を与える化合物を含む場合、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50~99モル%含み、より好ましくは60~98モル%含み、更に好ましくは70~97モル%含み、構成単位(A-3)を与える化合物を、好ましくは1~50モル%含み、より好ましくは2~40モル%含み、更に好ましくは3~30モル%含む。
 テトラカルボン酸成分が構成単位(A-1)を与える化合物及び構成単位(A-3)を与える化合物を含む場合、テトラカルボン酸成分における構成単位(A-1)を与える化合物と構成単位(A-3)を与える化合物の比[(A-1)/(A-3)](モル/モル)は、好ましくは50/50~99/1であり、より好ましくは60/40~98/2であり、更に好ましくは70/30~97/3、より更に好ましくは80/20~95/5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-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)を与える化合物に加えて、構成単位(A-2)を与える化合物及び構成単位(A-3)を与える化合物の両方を更に含むことも好ましい。
 テトラカルボン酸成分が構成単位(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)を与える化合物を含む場合、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50~90モル%含み、より好ましくは60~85モル%含み、更に好ましくは65~80モル%含み、構成単位(A-2)を与える化合物を、好ましくは5~30モル%含み、より好ましくは5~25モル%含み、更に好ましくは5~20モル%含み、構成単位(A-3)を与える化合物を、好ましくは1~25モル%含み、より好ましくは2~20モル%含み、更に好ましくは3~15モル%含む。
 テトラカルボン酸成分が構成単位(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)を与える化合物を含む場合、テトラカルボン酸成分における構成単位(A-2)を与える化合物と構成単位(A-3)を与える化合物の比[(A-2)/(A-3)](モル/モル)は、好ましくは17/83~97/3であり、より好ましくは20/80~93/7であり、更に好ましくは25/75~87/13であり、より更に好ましくは55/45~87/13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、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に任意に含まれる構成単位(A-1)を与える化合物以外の化合物は、構成単位(A-2)を与える化合物及び構成単位(A-3)を与える化合物に限定されない。そのような任意の化合物としては、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構成単位(A-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。
 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。
 同様に、構成単位(B-2)を与える化合物としては、式(b-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(b-2)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-2)を与える化合物としては、式(b-2)で表される化合物(即ち、ジアミン)が好ましい。
 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35~95モル%含み、より好ましくは40~90モル%含み、更に好ましくは45~85モル%含む。
 ジアミン成分は、構成単位(B-2)を与える化合物を、好ましくは5~65モル%含み、より好ましくは10~60モル%含み、更に好ましくは15~55モル%含む。
 ジアミン成分における構成単位(B-1)を与える化合物と構成単位(B-2)を与える化合物の比[(B-1)/(B-2)](モル/モル)は、好ましくは35/65~95/5であり、より好ましくは40/60~90/10であり、更に好ましくは45/55~85/15、より更に好ましくは45/55~70/30である。
 ジアミン成分は、構成単位(B-1)を与える化合物及び構成単位(B-2)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(B-1)を与える化合物及び構成単位(B-2)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。ジアミン成分は構成単位(B-1)を与える化合物と構成単位(B-2)を与える化合物と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)を与える化合物及び構成単位(B-2)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構成単位(B-1)を与える化合物及び構成単位(B-2)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。
 有機溶媒の具体例としては、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、非プロトン性溶剤が好ましい。
 非プロトン性溶剤としては、アミド系溶剤、ラクトン系溶剤、含リン系アミド系溶剤、含硫黄系溶剤、ケトン系溶剤、アミン系溶剤、エステル系溶剤等が挙げられ、アミド系溶剤又はラクトン系溶剤が好ましく、ラクトン系溶剤がより好ましい。
 アミド系溶剤としては、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が挙げられる。ラクトン系溶剤としては、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン等が挙げられる。
 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、5~30質量%含むことがより好ましく、10~30質量%含むことが更に好ましい。ポリイミドワニスの粘度は1~200Pa・sが好ましく、1~150Pa・sがより好ましく、5~150Pa・sが更に好ましい。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、耐熱性及び無色透明性に優れ、更に残留応力が低い。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、特に限定されないが、200~400℃が好ましい。
 また、本発明のポリイミドフィルムは、ポリアミド酸が有機溶媒に溶解してなるポリアミド酸ワニスを用いて製造することもできる。
 前記ポリアミド酸ワニスに含まれるポリアミド酸は、本発明のポリイミド樹脂の前駆体であって、上述の構成単位(A-1)を与える化合物を含むテトラカルボン酸成分と、上述の構成単位(B-1)を与える化合物及び上述の構成単位(B-2)を与える化合物を含むジアミン成分との重付加反応の生成物である。このポリアミド酸をイミド化(脱水閉環)することで、最終生成物である本発明のポリイミド樹脂が得られる。
 前記ポリアミド酸ワニスに含まれる有機溶媒としては、本発明のポリイミドワニスに含まれる有機溶媒を用いることができる。
 本発明において、ポリアミド酸ワニスは、上述の構成単位(A-1)を与える化合物を含むテトラカルボン酸成分と上述の構成単位(B-1)を与える化合物及び上述の構成単位(B-2)を与える化合物を含むジアミン成分とを反応溶剤中で重付加反応させて得られるポリアミド酸溶液そのものであってもよいし、又は当該ポリアミド酸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。
 ポリアミド酸ワニスを用いてポリイミドフィルムを製造す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。例えば、ポリアミド酸ワニスを、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、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してポリアミド酸フィルムを得て、該ポリアミド酸フィルム中のポリアミド酸を加熱によりイミド化することで、ポリイミドフィルムを製造することができる。
 ポリアミド酸ワニスを乾燥させてポリアミド酸フィルムを得る際の加熱温度としては、好ましくは50~120℃である。ポリアミド酸を加熱によりイミド化する際の加熱温度としては好ましくは200~400℃である。
 なお、イミド化の方法は熱イミド化に限定されず、化学イミド化を適用することもできる。
 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8~80μm、より更に好ましくは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ワニスの固形分濃度及び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
 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)全光線透過率、イエローインデックス(YI)(無色透明性の評価)
 全光線透過率及びYIは、JIS K7361-1:1997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」を用いて測定した。全光線透過率は100%に近いほど、YIは数値が小さいほど、無色透明性に優れる。
(4)ガラス転移温度(Tg)(耐熱性の評価)
 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、残留応力を取り除くのに十分な温度まで昇温して残留応力を取り除き、その後室温まで冷却した。その後、前記残留応力を取り除くための処理と同じ条件で試験片伸びの測定を行い、伸びの変曲点が見られたところをガラス転移温度として求めた。Tgは数値が大きいほど、耐熱性に優れる。
(5)残留応力
 ケーエルエー・テンコール社製の残留応力測定装置「FLX-2320」を用いて、予め「反り量」を測定しておいた、厚み525μm±25μmの4インチシリコンウェハ上に、ポリイミドワニスあるいはポリアミド酸ワニスを、スピンコーターを用いて塗布し、プリベークした。その後、熱風乾燥器を用いて、窒素雰囲気下、400℃1時間の加熱硬化処理を施し、硬化後膜厚8~20μmのポリイミドフィルムのついたシリコンウェハを作製した。このウェハの反り量を前述の残留応力測定装置を用いて測定し、シリコンウェハとポリイミドフィルムの間に生じた残留応力を評価した。残留応力は数値が小さいほど優れる。
(6)引張弾性率、引張強度
 引張弾性率及び引張強度は、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」を用いて測定した。チャック間距離は50mm、試験片サイズは10mm×50mm、試験速度は20mm/minとした。引張弾性率及び引張強度は、いずれも数値が大きいほど優れる。
(7)波長308nmにおける光線透過率
 波長308nmにおける光線透過率は、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。波長308nmにおける光線透過率は、数値が小さいほど、レーザー剥離性に優れる。
 実施例及び比較例にて使用したテトラカルボン酸成分及びジアミン成分、並びにその略号は以下の通りである。
<テトラカルボン酸成分>
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)
X-22-168AS:両末端酸無水物変性シリコーンオイル「X-22-168AS」(信越化学工業株式会社製;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)
3,5-DABA:3,5-ジアミノ安息香酸(日本純良薬品株式会社製;式(b-2)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25.619g(0.080モル)、3,5-DABAを3.043g(0.020モル)とN-メチルピロリドン(三菱化学株式会社製)を80.520g投入し、系内温度70℃、窒素雰囲気下、回転数150rpmで撹拌して溶液を得た。
 この溶液に、CpODAを38.438g(0.100モル)とN-メチルピロリドン(三菱化学株式会社製)を20.130g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0.911g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3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470.816g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て、固形分濃度10.0質量%のポリイミドワニスを得た。
 続いてガラス板上、シリコンウェハへ、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℃、30分間保持し、その後、窒素雰囲気下、熱風乾燥機中400℃で30分加熱し溶媒を蒸発させ、厚み7μmのフィルムを得た。結果を表1に示す。
<実施例2>
 TFMBの量を25.619g(0.080モル)から16.012g(0.050モル)、3,5-DABAの量を3.043g(0.020モル)から7.608g(0.050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10.0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9μmのフィルムを得た。結果を表1に示す。
<比較例1>
 TFMBの量を25.619g(0.080モル)から32.024g(0.100モル)に変更し、3,5-DABAを添加しなかった以外は、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10.0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1Lの5つ口丸底フラスコに、TFMBを32.024g(0.100モル)とN-メチルピロリドン(三菱化学株式会社製)を196.627g投入し、系内温度50℃、窒素雰囲気下、回転数150rpmで撹拌して溶液を得た。
 この溶液に、BPDAを294.22g(0.100モル)と、N-メチルピロリドン(三菱化学株式会社製)を49.157gとを一括で投入し、マントルヒーターで50℃に保持したまま7時間撹拌した。
 その後、N-メチルピロリドン(三菱化学株式会社製)を307.230g添加して、更に約3時間撹拌して均一化して、固形分濃度10.0質量%のポリアミド酸ワニスを得た。
 続いてガラス板上、シリコンウェハへ、得られたポリアミド酸ワニスを塗布し、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400℃で30分加熱し溶媒を蒸発、さらに熱イミド化させ、厚み12μmのフィルムを得た。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000022
 表1に示すように、実施例1及び2のポリイミドフィルムは、耐熱性及び無色透明性に優れ、残留応力が低かった。
 一方、比較例1のポリイミドフィルムは、ジアミン成分としてTFMBのみを使用した点で実施例1及び2のポリイミドフィルムと異なり、それらポリイミドフィルムよりも耐熱性に劣っていた。
 また、ジアミン成分としてTFMBのみを使用し、テトラカルボン酸成分としてBPDAを使用して製造した比較例2のポリイミドフィルムは、耐熱性及び無色透明性に劣り、残留応力が高かった。
<実施例3>
 CpODAの量を38.438g(0.100モル)から30.750g(0.080モル)に変更し、BPDAを5.884g(0.020モル)添加した以外は、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10.0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2に示す。
<実施例4~7>
 CpODA、BPDA、TFMB、及び3,5-DABAの量を、表2に記載のモル比率になるように変更した以外は、実施例3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10.0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3と同様の方法によりフィルムを作製した。得られたフィルムの評価結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
<実施例8>
 CpODAの量を38.438g(0.100モル)から29.716g(0.07731モル)に変更し、BPDAを5.687g(0.01933モル)、X-22-168ASを3.373g(0.00336モル)添加した以外は、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10.0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15μmのフィルムを得た。結果を表3に示す。
<実施例9~13>
 CpODA、BPDA、X-22-168AS、TFMB、及び3,5-DABAの量を、表3に記載のモル比率になるように変更した以外は、実施例8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10.0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8と同様の方法によりフィルムを作製した。得られたフィルムの評価結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000024
 表2及び3に示すように、実施例3~13のポリイミドフィルムは、耐熱性及び無色透明性に優れ、残留応力が低かった。さらに、波長308nmにおける光線透過率が小さく、即ち、レーザー剥離性にも優れていた。

Claims (12)

  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)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)と、下記式(b-2)で表される化合物に由来する構成単位(B-2)とを含む、ポリイミド樹脂。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001

    (式(b-2)中、Xは単結合、置換若しくは無置換のアルキレン基、カルボニル基、エーテル基、下記式(b-2-i)で表される基、又は下記式(b-2-ii)で表される基であり、pは0~2の整数であり、m1は0~4の整数であり、m2は0~4の整数である。ただし、pが0の場合、m1は1~4の整数である。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002

    (式(b-2-i)中、m3は0~5の整数であり;式(b-2-ii)中、m4は0~5の整数である。なお、m1+m2+m3+m4は1以上であり、pが2の場合、2つのX及び2つのm2~m4のそれぞれは独立して選択される。)
  2.  構成単位(B-2)が、下記式(b-21)で表される化合物に由来する構成単位(B-21)である、請求項1に記載のポリイミド樹脂。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
  3.  構成単位A中における構成単位(A-1)の比率が40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.  構成単位B中における構成単位(B-1)の比率が35~95モル%であり、
     構成単位B中における構成単位(B-2)の比率が5~65モル%である、請求項1~3のいずれかに記載のポリイミド樹脂。
  5.  構成単位B中における構成単位(B-1)と構成単位(B-2)の比[(B-1)/(B-2)](モル/モル)が、35/65~95/5である、請求項1~4のいずれかに記載のポリイミド樹脂。
  6.  構成単位Aが、下記式(a-2)で表される化合物に由来する構成単位(A-2)を更に含む、請求項1~5のいずれかに記載のポリイミド樹脂。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
  7.  構成単位A中における構成単位(A-1)と構成単位(A-2)の比[(A-1)/(A-2)](モル/モル)が、40/60~95/5である、請求項6に記載のポリイミド樹脂。
  8.  構成単位Aが、両末端酸無水物変性シリコーンに由来する構成単位(A-3)を更に含む、請求項1~7のいずれかに記載のポリイミド樹脂。
  9.  構成単位A中における構成単位(A-1)と構成単位(A-3)の比[(A-1)/(A-3)](モル/モル)が、50/50~99/1である、請求項8に記載のポリイミド樹脂。
  10.  下記式(a-1)で表される化合物を含むテトラカルボン酸成分と、下記式(b-1)で表される化合物及び下記式(b-2)で表される化合物を含むジアミン成分とを反応溶剤存在下、加熱することによって、イミド化反応を行う、ポリイミド樹脂の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005

    (式(b-2)中、Xは単結合、置換若しくは無置換のアルキレン基、カルボニル基、エーテル基、下記式(b-2-i)で表される基、又は下記式(b-2-ii)で表される基であり、pは0~2の整数であり、m1は0~4の整数であり、m2は0~4の整数である。ただし、pが0の場合、m1は1~4の整数である。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006

    (式(b-2-i)中、m3は0~5の整数であり;式(b-2-ii)中、m4は0~5の整数である。なお、m1+m2+m3+m4は1以上であり、pが2の場合、2つのX及び2つのm2~m4のそれぞれは独立して選択される。)
  11.  請求項1~9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。
  12.  請求項1~9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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