WO2022019225A1

WO2022019225A1 - 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

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Publication number: WO2022019225A1
Application number: PCT/JP2021/026767
Authority: WO
Inventors: 菜摘脇田; 重之廣瀬
Original assignee: 三菱瓦斯化学株式会社
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2022-01-27
Also published as: TW202208514A; CN116134071A; JPWO2022019225A1; KR20230041689A

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、９，９－ビス（３，４－ジカルボキシフェニル）フルオレン酸二無水物に由来する構成単位（Ａ１）と脂肪族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位（Ａ２）とを含み、構成単位Ｂが、２，２'－ビス（トリフルオロメチル）－４，４'－ジアミノジフェニルエーテルに由来する構成単位（Ｂ１）を含む、ポリイミド樹脂。

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。

　ポリイミド樹脂は芳香族テトラカルボン酸無水物と芳香族ジアミンとから得られ、一般に、分子の剛直性、共鳴安定化、強い化学結合により優れた耐熱性、耐薬品性、機械物性、電気特性を有するため、成形材料、複合材料、電気・電子部品、光学材料、ディスプレイ、航空宇宙等の分野において幅広く用いられている。
　特に、従来から電気・電子部品、光学材料、ディスプレイ等の用途に用いられてきたガラス材料に対して、柔軟である点を活かして、フレキシブルデバイスへの応用も検討されている。

　たとえば、特許文献１には、耐熱性、リタデーション、柔軟性、透明性を向上させることを目的として、脂環式テトラカルボン酸二無水物を含むテトラカルボン酸二無水物成分と、含フッ素芳香族ジアミンを含むジアミン成分との反応物であるポリイミド、及び有機溶媒を含む、フレキシブルデバイス基板形成用組成物が開示されている。

国際公開第２０１８／０９７１４３号

　近年では、特にディスプレイやそれを保護する前面板の用途へのポリイミド樹脂の応用が進んでおり、従来用いられてきたガラス材料の代替という面から、機械強度の高いポリイミド樹脂が必要となっている。しかしながら、高強度ポリイミド樹脂は、フレキシブル性が十分ではなかった。
　最近では、折り畳み構造を有するスマートホンのディスプレイや保護板としても用いられるため、高強度でありながら、より高いフレキシブル性も要求され、ポリイミドフィルムが変形した後に形状を回復させる性質やフィルムの伸びといった性質も必要となっている。
　そのため、これらの性質を併せ持つポリイミド樹脂が望まれていた。
　すなわち、本発明が解決しようとする課題は、高強度でありながら、変形回復性と伸びにも優れるフィルムを形成できるポリイミド樹脂、及び高強度でありながら、変形回復性と伸びにも優れるポリイミドフィルムを提供することにある。

　発明者等は鋭意検討した結果、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、本発明に至った。

　すなわち本発明は、下記［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（ａ１）で表される化合物に由来する構成単位（Ａ１）と脂肪族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位（Ａ２）とを含み、構成単位Ｂが下記式（ｂ１）で表される化合物に由来する構成単位（Ｂ１）を含む、ポリイミド樹脂。

［２］前記構成単位（Ａ２）が、脂環式テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位である、前記［１］に記載のポリイミド樹脂。
［３］前記構成単位（Ａ２）が、下記式（ａ２－１）で表される化合物に由来する構成単位（Ａ２－１）及び下記式（ａ２－２）で表される化合物に由来する構成単位（Ａ２－２）から選ばれる少なくとも１つを含む、前記［１］又は［２］に記載のポリイミド樹脂。

［４］前記構成単位（Ａ２）が前記構成単位（Ａ２－１）を含む、前記［３］に記載のポリイミド樹脂。
［５］前記構成単位（Ａ２）が前記構成単位（Ａ２－２）を含む、前記［３］に記載のポリイミド樹脂。
［６］前記構成単位Ａに対する前記構成単位（Ａ１）と前記構成単位（Ａ２）の合計の比率が、５０モル％以上である、前記［１］～［５］のいずれか１つに記載のポリイミド樹脂。
［７］前記構成単位Ａにおける前記構成単位（Ａ１）と前記構成単位（Ａ２）のモル比［（Ａ１）／（Ａ２）］が、２０／８０～９９／１である、前記［１］～［６］のいずれか１つに記載のポリイミド樹脂。
［８］前記構成単位Ａにおける前記構成単位（Ａ１）と前記構成単位（Ａ２－１）のモル比［（Ａ１）／（Ａ２－１）］が、５０／５０～９５／５である、前記［４］に記載のポリイミド樹脂。
［９］前記構成単位Ａにおける前記構成単位（Ａ１）と前記構成単位（Ａ２－２）のモル比［（Ａ１）／（Ａ２－２）］が、２０／８０～５０／５０である、前記［５］に記載のポリイミド樹脂。
［１０］前記構成単位Ｂに対する前記構成単位（Ｂ１）の割合が、６０モル％以上である、前記［１］～［９］のいずれか１つに記載のポリイミド樹脂。
［１１］前記［１］～［１０］のいずれか１つに記載のポリイミド樹脂が、有機溶剤に溶解してなるポリイミドワニス。
［１２］前記［１］～［１０］のいずれか１つ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、高強度でありながら、変形回復性と伸びにも優れるフィルムを形成できるポリイミド樹脂、該ポリイミド樹脂を含むポリイミドワニス、及び高強度でありながら、変形回復性と伸びにも優れるポリイミドフィルムを提供することができる。

ポリイミドフィルムの変形回復性を測定する方法を示す概念図である。

［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（ａ１）で表される化合物に由来する構成単位（Ａ１）と脂肪族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位（Ａ２）とを含み、構成単位Ｂが、下記式（ｂ１）で表される化合物に由来する構成単位（Ｂ１）とを含む。

　以下、本発明のポリイミド樹脂について説明する。

〔構成単位Ａ〕
　本発明のポリイミドに含まれる構成単位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る。
　構成単位Ａは、前記式（ａ１）で表される化合物に由来する構成単位（Ａ１）と、脂肪族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位（Ａ２）を含む。

　前記式（ａ１）で表される化合物は、９，９－ビス（３，４－ジカルボキシフェニル）フルオレン酸二無水物（ＢＰＡＦ）である。
　構成単位Ａが構成単位（Ａ１）を含むことで、得られるポリイミド樹脂の機械強度が向上する。

　構成単位（Ａ２）は、脂肪族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位であり、構成単位（Ａ２）は、好ましくは脂環式テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を含み、より好ましくは炭素数４～１５の脂環を有するテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を含む。脂環を有するテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を含むことで、伸びが向上し、変形回復性、透明性が良好となる。
　なお、本明細書において、脂肪族テトラカルボン酸二無水物とは芳香環を含まないテトラカルボン酸二無水物を意味し、脂環式テトラカルボン酸二無水物とは脂肪族テトラカルボン酸二無水物のうち、脂環を１つ以上含むテトラカルボン酸二無水物を意味する。
　ここで“脂環”とは、炭素原子が環状に結合した構造のうち、芳香環を除く環状脂肪族炭化水素構造のことをいい、脂環の炭素数は環を構成する炭素の数をいう。

　脂環式テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、１，２，４，５－シクロヘキサン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、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、ビシクロ［２．２．２］オクタ－７－エン－２，３，５，６－テトラカルボン酸二無水物、ジシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物、又はこれらの位置異性体等が挙げられる。
　脂環式テトラカルボン酸二無水物以外の脂肪族テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、１，２，３，４－ブタンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。

　これらのなかでも、脂肪族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位（Ａ２）としては、下記式（ａ２－１）で表される化合物に由来する構成単位（Ａ２－１）及び下記式（ａ２－２）で表される化合物に由来する構成単位（Ａ２－２）から選ばれる少なくとも１つを含むことが好ましく、下記式（ａ２－１）で表される化合物に由来する構成単位（Ａ２－１）及び下記式（ａ２－２）で表される化合物に由来する構成単位（Ａ２－２）から選ばれる少なくとも１つであることがより好ましい。

　前記式（ａ２－１）で表される化合物は、１，２，３，４－シクロブタンテトラカルボン酸二無水物（ＣＢＤＡ）である。
　前記式（ａ２－２）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（ＨＰＭＤＡ）である。
　構成単位Ａが構成単位（Ａ２）を含むことで、伸びが向上し、変形回復性、透明性が良好となる。
　このように、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位である構成単位Ａが構成単位（Ａ１）と（Ａ２）を有することで、本発明のポリイミド樹脂及びポリイミドフィルムが、高強度でありながら、変形回復性と伸びにも優れる理由は定かではないが、フルオレン基の剛直さと脂肪族化合物の自由度に由来すると考えられる。

　構成単位Ａに対する構成単位（Ａ１）の割合は、好ましくは２０～９９モル％であり、より好ましくは３０～９７モル％であり、更に好ましくは４０～９６モル％であり、より更に好ましくは５０～９５モル％である。
　構成単位Ａに対する構成単位（Ａ２）の割合は、好ましくは１～８０モル％であり、より好ましくは３～７０モル％であり、更に好ましくは４～６０モル％であり、より更に好ましくは５～５０モル％である。

　構成単位Ａにおける構成単位（Ａ１）と構成単位（Ａ２）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％以上である。構成単位（Ａ１）及び構成単位（Ａ２）の合計の比率の上限値は特に限定されず、１００モル％以下である。構成単位Ａは、構成単位（Ａ１）と構成単位（Ａ２）とのみからなっていてもよい。

　構成単位Ａにおける構成単位（Ａ１）と構成単位（Ａ２）のモル比［（Ａ１）／（Ａ２）］は、機械物性及び変形回復性を向上させる観点から、好ましくは２０／８０～９９／１であり、より好ましくは３０／７０～９７／３であり、更に好ましくは４０／６０～９６／４であり、より更に好ましくは５０／５０～９５／５である。
　なかでも特に変形回復性を向上させる観点からは、好ましくは６０／４０～９９／１であり、より好ましくは８０／２０～９９／１であり、更に好ましくは８０／２０～９７／３である。
　特に強度を向上させる観点からは、好ましくは６０／４０～９９／１であり、より好ましくは８０／２０～９９／１であり、更に好ましくは９２／８～９９／１である。
　更に伸びを向上させる観点からは、好ましくは２０／８０～９２／８であり、より好ましくは３０／７０～８０／２０であり、更に好ましくは４０／６０～６０／４０である。

　構成単位Ａにおける構成単位（Ａ１）と構成単位（Ａ２－１）のモル比［（Ａ１）／（Ａ２－１）］は、機械物性及び変形回復性を向上させる観点から、好ましくは４０／６０～９９／１であり、より好ましくは４５／５５～９６／４であり、更に好ましくは５０／５０～９５／５である。
　なかでも特に変形回復性を向上させる観点からは、好ましくは６０／４０～９９／１であり、より好ましくは８０／２０～９９／１であり、更に好ましくは８０／２０～９７／３である。
　特に強度を向上させる観点からは、好ましくは６０／４０～９９／１であり、より好ましくは８０／２０～９９／１であり、更に好ましくは９２／８～９９／１である。
　更に伸びを向上させる観点からは、好ましくは２０／８０～９２／８であり、より好ましくは３０／７０～８０／２０であり、更に好ましくは４０／６０～６０／４０である。

　構成単位Ａにおける構成単位（Ａ１）と構成単位（Ａ２－２）のモル比［（Ａ１）／（Ａ２－２）］は、機械物性及び変形回復性を向上させる観点から、好ましくは２０／８０～９９／１であり、より好ましくは２０／８０～６０／４０であり、更に好ましくは２０／８０～５０／５０である。
　なかでも特に変形回復性を向上させる観点からは、好ましくは２０／８０～６０／４０であり、より好ましくは２０／８０～５０／５０であり、更に好ましくは２０／８０～４０／６０である。
　特に強度を向上させる観点からは、好ましくは２０／８０～９２／８であり、より好ましくは３０／７０～８０／２０であり、更に好ましくは４０／６０～６０／４０である。
　更に伸びを向上させる観点からは、好ましくは２０／８０～９２／８であり、より好ましくは３０／７０～８０／２０であり、更に好ましくは４０／６０～６０／４０である。

　本発明のポリイミド樹脂は、本発明の効果を損なわない範囲で、構成単位Ａ中に、構成単位（Ａ１）及び構成単位（Ａ２）以外のテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を含んでいてもよい。
　構成単位（Ａ１）及び構成単位（Ａ２）以外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、無水ピロメリット酸、２，３，５，６－トルエンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８－ナフタレンテトラカルボン酸二無水物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物が挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

　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する。

〔構成単位Ｂ〕
　本発明のポリイミドに含まれる構成単位Ｂは、ジアミンに由来する構成単位である。
　構成単位Ｂは、下記式（ｂ１）で表される化合物に由来する構成単位（Ｂ１）を含む。

　前記式（ｂ１）で表される化合物は、２，２’－ビス（トリフルオロメチル）－４，４’－ジアミノジフェニルエーテル（６ＦＯＤＡ）である。
　構成単位Ｂが構成単位（Ｂ１）を含むことで、得られるポリイミド樹脂の透明性等の諸物性に加えて、伸びや変形回復性を維持したまま、機械強度を向上することができる。

　構成単位Ｂに対する構成単位（Ｂ１）の割合は、好ましくは３０モル％以上であり、より好ましくは４０モル％以上であり、更に好ましくは５０モル％以上であり、より更に好ましくは６０モル％以上であり、より更に好ましくは７０モル％以上であり、更に好ましくは９０モル％以上である。また、構成単位（Ｂ１）の割合の上限値は特に限定されず、１００モル％以下である。構成単位Ｂは、構成単位（Ｂ１）のみからなっていてもよい。

　本発明のポリイミド樹脂は、本発明の効果を損なわない範囲で、構成単位Ｂ中に、上記構成単位（Ｂ１）以外の構成単位として、上記一般式（ｂ１）で表される化合物以外のジアミンに由来する構成単位を含んでいてもよい。
　上記一般式（ｂ１）で表される化合物以外のジアミンとしては、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、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メタン、１，４－ビス［２－（４－アミノフェニル）－２－プロピル］ベンゼン、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、２，２－ビス（３－アミノ－４－ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン、及び１，４－ビス（４－アミノフェノキシ）ベンゼン等の芳香族ジアミン；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；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；並びに変性シリコーンジアミンが挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

　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、脂肪族ジアミンとは芳香環を含まないジアミンを意味し、脂環式ジアミンとは脂肪族ジアミンのうち、脂環を１つ以上含むジアミンを意味する。

〔ポリイミド樹脂の特性等〕
　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、ゲルろ過クロマトグラフィー等により測定することができる。

　本発明のポリイミド樹脂は、本発明の効果を損なわない範囲で、さらに種々の添加剤を混合してもよい。添加剤としては、例えば、酸化防止剤、光安定剤、界面活性剤、難燃剤、可塑剤、前記ポリイミド樹脂以外の高分子化合物等が挙げられる。
　高分子化合物としては、本発明のポリイミド樹脂以外のポリイミド、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテルスルホン、ポリカルボン酸、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリブチレン、ポリプロピレン、ポリアクリルアミド、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。

〔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（Ａ１）を与える化合物及び（Ａ２）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（Ｂ１）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（Ａ１）を与える化合物としては、式（ａ１）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（ａ１）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（Ａ１）を与える化合物としては、式（ａ１）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（Ａ２）を与える化合物としては、脂肪族テトラカルボン酸二無水物、好ましくは脂環式テトラカルボン酸二無水物が挙げられ、より好ましくは式（ａ２－１）又は式（ａ２－２）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。式（ａ２－１）又は式（ａ２－２）で表される化合物の誘導体としては、式（ａ２－１）又は式（ａ２－２）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（Ａ２）を与える化合物としては、式（ａ２－１）又は式（ａ２－２）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は、構成単位（Ａ１）を与える化合物を、好ましくは２０～９９モル％含み、より好ましくは３０～９７モル％含み、更に好ましくは４０～９６モル％含み、より更に好ましくは５０～９５モル％含む。
　テトラカルボン酸成分は、構成単位（Ａ２）を与える化合物を、好ましくは１～８０モル％含み、より好ましくは３～７０モル％含み、更に好ましくは４～６０モル％含み、より更に好ましくは５～５０モル％含む。

　構成単位（Ａ１）を与える化合物と構成単位（Ａ２）を与える化合物の合計の含有比率は、全テトラカルボン酸成分中、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％以上である。構成単位（Ａ１）を与える化合物と構成単位（Ａ２）を与える化合物の合計の含有比率の上限値は特に限定されず、１００モル％以下である。テトラカルボン酸成分は、構成単位（Ａ１）を与える化合物と構成単位（Ａ２）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中における構成単位（Ａ１）を与える化合物と構成単位（Ａ２）を与える化合物のモル比［（Ａ１）／（Ａ２）］は、機械物性及び変形回復性を向上させる観点から、好ましくは２０／８０～９９／１であり、より好ましくは３０／７０～９７／３であり、更に好ましくは４０／６０～９６／４であり、より更に好ましくは５０／５０～９５／５である。
　なかでも特に変形回復性を向上させる観点からは、好ましくは６０／４０～９９／１であり、より好ましくは８０／２０～９９／１であり、更に好ましくは８０／２０～９７／３である。
　特に強度を向上させる観点からは、好ましくは６０／４０～９９／１であり、より好ましくは８０／２０～９９／１であり、更に好ましくは９２／８～９９／１である。
　更に伸びを向上させる観点からは、好ましくは２０／８０～９２／８であり、より好ましくは３０／７０～８０／２０であり、更に好ましくは４０／６０～６０／４０である。

　テトラカルボン酸成分は、構成単位（Ａ１）を与える化合物及び構成単位（Ａ２）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（Ａ１）及び構成単位（Ａ２）を与える化合物を以外の化合物）は、１種でもよいし、２種以上であってもよい。

　構成単位（Ｂ１）を与える化合物としては、式（ｂ１）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（ｂ１）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（Ｂ１）を与える化合物としては、式（ｂ１）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（Ｂ１）を与える化合物を、好ましくは３０モル％以上含み、より好ましくは４０モル％以上含み、更に好ましくは５０モル％含み、より更に好ましくは６０モル％以上含み、より更に好ましくは７０モル％以上含み、より更に好ましくは９０モル％以上含む。また、構成単位（Ｂ１）を与える化合物の割合の上限値は特に限定されず、１００モル％以下である。ジアミン成分は、構成単位（Ｂ１）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（Ｂ１）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、変性シリコーンジアミン、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（Ｂ１）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。

　本発明に係るポリイミド樹脂を製造する際、テトラカルボン酸成分とジアミン成分との仕込み量比は、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。

　本発明のポリイミド樹脂を製造する際、前記テトラカルボン酸成分、前記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、０．００１～０．０６モルがより好ましい。好ましいモノアミン類末端封止剤としては、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挙げられる。これらのうち、ベンジルアミン、アニリンがより好ましい。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、その一部が閉環されていてもよい。好ましいジカルボン酸としては、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－ジカルボン酸等が挙げられる。これらのうち、フタル酸、無水フタル酸がより好ましい。

　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、１０～１１０℃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１０～１１０℃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樹脂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－ジメチルイソブチルアミド、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、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、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い。

　上記触媒を用いる場合、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１６０～１９０℃であり、更に好ましくは１８０～１９０℃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。
　なお、触媒を用いない場合のイミド化反応の温度は、好ましくは２００～３５０℃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、本発明のポリイミド樹脂を５～６０質量％含むことが好ましく、５～４５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０．１～２００Ｐａ・ｓが好ましく、０．５～１５０Ｐａ・ｓがより好ましい。

［ポリイミドフィルム］
　本発明のポリイミドフィルムは、前記のポリイミド樹脂を含む。また、本発明のポリイミドフィルムは、好ましくは前記のポリイミド樹脂からなる。
　すなわち、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、式（ａ１）で表される化合物に由来する構成単位（Ａ１）と脂肪族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位（Ａ２）を含み、構成単位Ｂが、式（ｂ１）で表される化合物に由来する構成単位（Ｂ１）を含む、ポリイミド樹脂を含む。
　このようなポリイミド樹脂を含むことで、本発明のポリイミドフィルムは、高強度でありながら、伸びと変形回復性にも優れる。

　本発明のポリイミドフィルムの作製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樹脂を含む溶液、又は本発明のポリイミド樹脂を含む溶液と既述の種々の添加剤とを含む溶液を、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、該溶液中に含まれる有機溶剤等の溶媒成分を除去する方法等が挙げられる。

　前記ポリイミド樹脂を含む溶液は、重合法により得られるポリイミド樹脂溶液そのものであってもよい。また、前記ポリイミド樹脂溶液に対してポリイミド樹脂が溶解する溶媒として前記で例示された化合物から選ばれる少なくとも１種を混合したものでもよい。上記のようにポリイミド樹脂を含む溶液の固形分濃度や粘度を調整することにより、本発明のポリイミドフィルムの厚さを容易に制御することができる。

　前記支持体の表面に、必要に応じて離形剤を塗布してもよい。前記支持体に前記ポリイミド樹脂又は前記ポリイミド樹脂組成物を含む溶液を塗布した後、加熱して溶媒成分を蒸発させる方法としては、以下の方法が好ましい。すなわち、１２０℃以下の温度で溶剤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、用いた溶媒成分の沸点以上３５０℃以下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。

　本発明のポリイミドフィルムの厚さ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。厚さが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。

　本発明のポリイミド樹脂を含む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。

　以下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。

　下記実施例及び比較例で得たポリイミドフィルムの物性は以下に示す方法によって測定した。
（１）フィルム厚さ
　フィルム厚さの測定は、株式会社ミツトヨ製、マイクロメーターを用いて測定した。
（２）引張弾性率、引張強度
　測定はＪＩＳ　Ｋ７１２７に準拠し、東洋精機株式会社製　引張試験機「ストログラフＶＧ１Ｅ」を用いて行った。
（３）引張破断伸び率（伸びの評価）
　引張破断伸び率は、ＪＩＳ　Ｋ７１２７に準拠した引張試験（伸び率の測定）によって行った。試験片は幅１０ｍｍ、厚さ１０～７０μｍのものを用いた。
（４）変形回復性
　図１（ａ）に示すように、１０ｍｍ幅×１００ｍｍ長にカットしたポリイミドフィルム１を治具にてＲ＝３ｍｍに固定し、６５℃、相対湿度９０％の条件下、又は、７０℃、乾燥条件下に２４時間又は１００時間静置した。その後、２３℃、相対湿度５０％にて治具を取り外し、１７０時間静置した後に、フィルムの戻りを図１（ｂ）に示す角度θを測定することで変形回復性を評価した。なお、測定された角度が小さいほど変形回復性が優れることを示し、数値が小さい方が好ましい。

［実施例１］
　ステンレス製半月型攪拌翼、窒素導入管、冷却管を取り付けたディーンスターク装置、温度計、ガラス製エンドキャップを備えた３００ｍＬの５つ口丸底フラスコに、ジアミン成分として２，２’－ビス（トリフルオロメチル）－４，４’－ジアミノジフェニルエーテル（ＣｈｉｎａＴｅｃｈ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ（Ｔａｉｊｉｎ）　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．製、以下６ＦＯＤＡ）２０．２２ｇ（０．０６０モル）、有機溶媒としてγ－ブチロラクトン（三菱ケミカル株式会社製、以下ＧＢＬ）５６．７ｇ、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、以下ＴＥＡ）０．３０９ｇを投入し、系内温度７０℃、窒素雰囲気下、回転数１５０ｒｐｍで攪拌して溶液を得た。これにテトラカルボン酸成分として９，９－ビス（３，４－ジカルボキシフェニル）フルオレン酸二無水物（ＪＦＥケミカル株式会社製、以下ＢＰＡＦ）２６．１８ｇ（０．０５７モル）及び１，２，３，４－シクロブタンテトラカルボン酸二無水物（和光純薬工業株式会社製、以下ＣＢＤＡ）０．５９ｇ（０．００３モル）、ＧＢＬ　３０．５ｇを一括で添加した後、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２時間還流することでポリイミド溶液を得た。その後、反応系内温度が１２０℃まで冷却したらＮ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（三菱ガス化学株式会社製、以下ＤＭＡｃ）を所定の固形分濃度になるよう添加して、さらに約３時間攪拌して均一化し、固形分濃度１５．０質量％のポリイミドワニス（Ａ）を得た。

　続いて、ポリイミドワニス（Ａ）をＰＥＴ基板上に塗布し、６０℃で２０分、８０℃で２０分、１００℃で３０分保持し、溶媒を揮発させることで自己支持性を有する透明な一次乾燥フィルムを得、さらに該フィルムをステンレス枠に固定し、２２０℃で空気雰囲気下、２０分乾燥することにより溶媒を除去し、ポリイミドフィルムを得た。物性の測定結果と評価結果を表１に示す。

［実施例２］
　６ＦＯＤＡの量を２０．５４ｇ（０．０６１モル）、ＢＰＡＦの量を２５．２１ｇ（０．０５５モル）、ＣＢＤＡの量を１．２０ｇ（０．００６モル）に変更した以外は実施例１と同様の方法により、固形分濃度１５．０質量％のポリイミドワニス（Ｂ）を得た。得られたポリイミドワニス（Ｂ）を用いて、実施例１と同様の方法により、ポリイミドフィルムを得た。物性の測定結果と評価結果を表１に示す。

［実施例３］
　６ＦＯＤＡの量を２１．８８ｇ（０．０６５モル）、ＢＰＡＦの量を２０．８８ｇ（０．０４６モル）、ＣＢＤＡの量を３．８３ｇ（０．０２０モル）に変更した以外は実施例１と同様の方法により、固形分濃度１５．０質量％のポリイミドワニス（Ｃ）を得た。得られたポリイミドワニス（Ｃ）を用いて、実施例１と同様の方法により、ポリイミドフィルムを得た。物性の測定結果と評価結果を表１に示す。

［実施例４］
　６ＦＯＤＡの量を２３．４１ｇ（０．０７０モル）、ＢＰＡＦの量を１５．９６ｇ（０．０３５モル）、ＣＢＤＡの量を６．８３ｇ（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、固形分濃度１５．０質量％のポリイミドワニス（Ｄ）を得た。得られたポリイミドワニス（Ｄ）を用いて、実施例１と同様の方法によりフィルムを得た。物性の測定結果と評価結果を表１に示す。

［実施例５］
　６ＦＯＤＡの量を２２．９３ｇ（０．０６８モル）、ＢＰＡＦの量を１５．６３ｇ（０．０３４モル）に変更し、ＣＢＤＡを用いず、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、以下ＨＰＭＤＡ）を７．６４ｇ（０．０３４モル）加えた以外は、実施例１と同様の方法により、固形分濃度１５．０質量％のポリイミドワニス（Ｅ）を得た。得られたポリイミドワニス（Ｅ）を用いて、実施例１と同様の方法によりフィルムを得た。物性の測定結果と評価結果を表１に示す。

［実施例６］
　６ＦＯＤＡの量を３２．５２ｇ（０．０９７モル）、ＢＰＡＦの量を１３．３０ｇ（０．０２９モル）に変更し、ＣＢＤＡを用いず、ＨＰＭＤＡを１５．１７ｇ（０．０６８モル）加えた以外は、実施例１と同様の方法により、固形分濃度２０．０質量％のポリイミドワニス（Ｆ）を得た。得られたポリイミドワニス（Ｆ）を用いて、実施例１と同様の方法によりフィルムを得た。物性の測定結果と評価結果を表１に示す。

［実施例７］
　６ＦＯＤＡの量を１１．７５ｇ（０．０３５モル）に変更し、さらに９，９－ビス［４－（アミノフェノキシ）フェニル］フルオレン（ＪＦＥケミカル株式会社製、以下ＢＰＦ－ＡＮ）（０．０３５モル）を加え、ＢＰＡＦの量を２２．４３ｇ（０．０４９モル）、ＣＢＤＡの量を４．１１ｇ（０．０２１モル）に変更した以外は実施例１と同様の方法により、固形分濃度１８．５質量％のポリイミドワニス（Ｇ）を得た。得られたポリイミドワニス（Ｇ）を用いて、実施例１と同様の方法により、ポリイミドフィルムを得た。物性の測定結果と評価結果を表１に示す。

［比較例１］
　６ＦＯＤＡの量を１９．９３ｇ（０．０５９モル）、ＢＰＡＦの量を２７．１８ｇ（０．０５９モル）に変更し、ＣＢＤＡを使用しなかった以外は、実施例１と同様の方法により、固形分濃度１５．０質量％のポリイミドワニス（Ｈ）を得た。得られたポリイミドワニス（Ｈ）を用いて、実施例１と同様の方法によりフィルムを得た。物性の測定結果と評価結果を表１に示す。

［比較例２］
　６ＦＯＤＡの量を３８．４５ｇ（０．１１モル）、ＨＰＭＤＡの量を２５．６３ｇ（０．１１モル）に変更し、ＢＰＡＦを使用しなかった以外は、実施例５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２０質量％のポリイミドワニス（Ｉ）を得た。得られたポリイミドワニス（Ｉ）を用いて、実施例１と同様の方法によりフィルムを得た。

［比較例３］
　６ＦＯＤＡの量を１９．４４ｇ（０．０５８モル）、ＨＰＭＤＡの量を５．１８ｇ（０．０２３モル）に変更し、ＢＰＡＦの代わりに２，２’，３，３’，５，５’－ヘキサメチル［１，１’－ビフェニル］－４，４’－ジイル＝ビス（１，３－ジオキソ－１，３－ジヒドロ－２－ベンゾフラン－５－カルボキシラート）（本州化学工業株式会社製、以下ＴＭＰＢＰ－ＴＭＥ）２１．４６ｇ（０．０３５モル）を使用した以外は、実施例５と同様の方法により、固形分濃度１５．０質量％のポリイミドワニス（Ｊ）を得た。得られたポリイミドワニス（Ｊ）を用いて、実施例１と同様の方法によりフィルムを得た。物性の測定結果と評価結果を表１に示す。

　表１から、実施例１～７のポリイミドフィルムは、高強度でありながら、変形回復性と伸びにも優れていることがわかる。

Claims

　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（ａ１）で表される化合物に由来する構成単位（Ａ１）と脂肪族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位（Ａ２）とを含み、構成単位Ｂが下記式（ｂ１）で表される化合物に由来する構成単位（Ｂ１）を含む、ポリイミド樹脂。
　前記構成単位（Ａ２）が、脂環式テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位である、請求項１に記載のポリイミド樹脂。
　前記構成単位（Ａ２）が、下記式（ａ２－１）で表される化合物に由来する構成単位（Ａ２－１）及び下記式（ａ２－２）で表される化合物に由来する構成単位（Ａ２－２）から選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載のポリイミド樹脂。
　前記構成単位（Ａ２）が前記構成単位（Ａ２－１）を含む、請求項３に記載のポリイミド樹脂。
　前記構成単位（Ａ２）が前記構成単位（Ａ２－２）を含む、請求項３に記載のポリイミド樹脂。
　前記構成単位Ａに対する前記構成単位（Ａ１）と前記構成単位（Ａ２）の合計の比率が、５０モル％以上である、請求項１～５のいずれか１つに記載のポリイミド樹脂。
　前記構成単位Ａにおける前記構成単位（Ａ１）と前記構成単位（Ａ２）のモル比［（Ａ１）／（Ａ２）］が、２０／８０～９９／１である、請求項１～６のいずれか１つに記載のポリイミド樹脂。
　前記構成単位Ａにおける前記構成単位（Ａ１）と前記構成単位（Ａ２－１）のモル比［（Ａ１）／（Ａ２－１）］が、５０／５０～９５／５である、請求項４に記載のポリイミド樹脂。
　前記構成単位Ａにおける前記構成単位（Ａ１）と前記構成単位（Ａ２－２）のモル比［（Ａ１）／（Ａ２－２）］が、２０／８０～５０／５０である、請求項５に記載のポリイミド樹脂。
　前記構成単位Ｂに対する前記構成単位（Ｂ１）の割合が、６０モル％以上である、請求項１～９のいずれか１つに記載のポリイミド樹脂。
　請求項１～１０のいずれか１つに記載のポリイミド樹脂が有機溶剤に溶解してなるポリイミドワニス。
　請求項１～１０のいずれか１つに記載のポリイミド樹脂を含む、ポリイミドフィルム。