WO2025164580A1 - ポリイミド中空粒子、およびポリイミド中空粒子の製造方法 - Google Patents
ポリイミド中空粒子、およびポリイミド中空粒子の製造方法Info
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- WO2025164580A1 WO2025164580A1 PCT/JP2025/002487 JP2025002487W WO2025164580A1 WO 2025164580 A1 WO2025164580 A1 WO 2025164580A1 JP 2025002487 W JP2025002487 W JP 2025002487W WO 2025164580 A1 WO2025164580 A1 WO 2025164580A1
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- C08G73/06—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
- C08G73/10—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
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- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
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Definitions
- the present invention relates to polyimide hollow particles and a method for producing polyimide hollow particles.
- Polyimides are chemically and mechanically stable materials with excellent heat resistance, solvent resistance, mechanical properties, and electrical insulation. For this reason, polyimides can be used as coating materials for electrical insulating parts, molding fillers, electrical and electronic materials, metal and ceramic replacement materials, films, varnishes, adhesives, bulk molding materials, and composite materials.
- Polyimide particles which are made by granulating polyimide, are endowed with properties due to their shape and structure in addition to the properties inherent in polyimide described above. Furthermore, hollow particles are known as a means of imparting lightweight properties and heat insulation to particles. Therefore, by hollowing out polyimide particles to create hollow polyimide particles, properties inherent in the hollow structure are imparted in addition to the properties inherent in polyimide described above, which is expected to improve performance in conventional applications and lead to new applications.
- Patent Document 1 discloses a method for producing polyimide microparticle aggregates by injecting a polyamic acid solution, prepared by dissolving polyamic acid in an organic solvent containing at least 50% amide-based solvent, into a poor solvent containing a polyacrylic acid ester-based polymer surfactant under specific conditions to prepare a dispersion of polyamic acid microparticles, adding a pyridine/acetic anhydride mixed solution to the prepared polyamic acid microparticle dispersion to cause chemical imidization to prepare a polyimide microparticle dispersion, causing phase separation between the organic solvent and the poor solvent in the prepared polyimide microparticle dispersion, causing the polyimide microparticles to aggregate at the liquid-liquid interface to form polyimide microparticle aggregates, and separating and recovering the formed polyimide microparticle aggregates, followed by drying.
- the polyimide microparticle aggregates obtained by the manufacturing method described in Patent Document 1 contain a polyacrylate ester-based polymer surfactant, which has low heat resistance and is used as a dispersant, within the microparticle aggregates. Furthermore, because a large amount of this dispersant is used, there are problems such as a decrease in the heat resistance that the polyimide could originally exhibit, and a deterioration in its dielectric properties.
- Patent Document 2 discloses a method for producing hollow particles having a volume average particle diameter of 0.1 ⁇ m to 1 mm, wherein the shell constituting the hollow particles is composed of one or more layers, and the outermost layer of the layers is a layer (a1) made of polyimide (a1), the method comprising the following steps 1 to 6: First step: a step of producing a polyamic acid solution (S1) comprising a polyamic acid and a solvent (s1). Second step: a step of dispersing fine particles (A1) made of another material (b) in a polyamic acid solution (S1) to produce a dispersion (D1).
- First step a step of producing a polyamic acid solution (S1) comprising a polyamic acid and a solvent (s1).
- Second step a step of dispersing fine particles (A1) made of another material (b) in a polyamic acid solution (S1) to produce a dispersion (D1).
- Third step A step of mixing and stirring the dispersion (D2) obtained by dispersing hydrophobic fine particles (A2) in a solvent (s2) that does not dissolve polyamic acid but is compatible with the solvent (s1) with the dispersion (D1) to produce a dispersion (D3) containing precursor particles (A3) in which polyamic acid is adsorbed on the surface of the fine particles (A1).
- Fourth step A step of separating and extracting precursor particles (A3) from the dispersion liquid (D3).
- a hydrophobic solvent (s3) having an SP value of 7 or less and a boiling point equal to or higher than the boiling points of solvents (s1) and (s2), and carrying out an imidization reaction at a temperature equal to or higher than the boiling points of solvents (s1) and (s2) and equal to or lower than the boiling point of hydrophobic solvent (s3), thereby obtaining a hydrophobic solvent dispersion (D4) of imidized particles (A4).
- Sixth step a step of obtaining imidized particles (A4) by separating the particles from the hydrophobic solvent dispersion (D4), washing and drying the particles, and in the case where the fine particles (A1) made of the other material (b) are hollow fine particles, the obtained imidized particles (A4) are obtained as the desired hollow particles.
- the fine particles (A1) are solid fine particles
- the obtained imidized particles (A4) are added to an aqueous medium to be dispersed, and further a solubilizer or decomposer for the other material (b) is added to remove the material (b) and wash the particles, thereby obtaining the desired hollow particles.
- the manufacturing method described in Patent Document 2 is a method of manufacturing hollow particles using the so-called template method, and the particle size of the resulting particles depends on the particle size of the template particle. Furthermore, because the template particle remains in the hollow portion surrounded by the shell, the physical properties of the template particle affect the physical properties of the resulting hollow particle, resulting in problems such as a reduction in the heat resistance that polyimide is capable of exhibiting and a deterioration in its dielectric properties.
- Patent Document 3 discloses a method for synthesizing polyimide resin powder by separately preparing solution (a) containing a tetracarboxylic acid component in a solvent containing an alkylene glycol-based solvent, and solution (b) containing a diamine component in a solvent containing an alkylene glycol-based solvent, and then adding solution (b) to solution (a) or solution (a) to solution (b) to prepare solution (c) containing polyamic acid, and then heating solution (c) to imidize the polyamic acid and precipitate polyimide resin powder in solution (c).
- the polyimide resin powder obtained by the manufacturing method described in Patent Document 3 has a solid structure due to the solvent precipitation method, which means that it has poor dielectric properties.
- the present invention was made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its main objective is to provide polyimide hollow particles that have a shell portion and a hollow portion surrounded by the shell portion, and that have excellent heat resistance and excellent dielectric properties. It also aims to provide a method for producing such polyimide hollow particles.
- the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention are A polyimide hollow particle having a shell portion and a hollow portion surrounded by the shell portion, The dielectric loss tangent at a measurement frequency of 10 GHz is less than 0.0070.
- the polyimide hollow particles described in [1] above may have a relative dielectric constant of less than 2.5 at a measurement frequency of 10 GHz.
- the shell may contain a polyimide (P) containing a structural unit A derived from a tetracarboxylic dianhydride having an ester bond.
- the polyimide hollow particles according to any one of [1] to [3] above may have a 5% thermal weight loss temperature of 370°C or higher when the polyimide hollow particles are heated at a rate of 10°C/min in an air atmosphere.
- the polyimide hollow particles according to any one of the above [1] to [4] may have a volume average particle diameter of 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
- the hollow portion may consist of one hollow region, and the shell portion may have one or more void spaces.
- a method for producing polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention includes: preparing an emulsion from a solution containing a polyamic acid formed from a tetracarboxylic dianhydride having an ester bond and a diamine, and a solvent to which a dispersant has been added; carrying out a chemical imidization reaction in the emulsion; performing a thermal imidization reaction; Includes: [9] In the method for producing polyimide hollow particles described in [8] above, the solution containing the polyamic acid may contain 0 to 10% by weight of an aliphatic/aromatic hydrocarbon resin.
- polyimide hollow particles having a shell portion and a hollow portion surrounded by the shell portion, which have excellent heat resistance and excellent dielectric properties. It is also possible to provide a method for producing such polyimide hollow particles.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a polyimide hollow particle in which the hollow portion consists of one hollow region and the shell portion has one or more void spaces.
- FIG. 1 is a SEM photograph of a cross section of a particle (1) obtained in Example 1.
- FIG. 2 is a SEM photograph of a cross section of particle (2) obtained in Example 2.
- FIG. 2 is a SEM photograph of the cross section of particle (3) obtained in Example 3.
- FIG. 1 is a SEM photograph of a cross section of particle (4) obtained in Example 4.
- FIG. 1 is a SEM photograph of a cross section of particle (5) obtained in Example 5.
- FIG. 1 is an SEM photograph of a cross section of particle (6) obtained in Example 6.
- FIG. 1 is a SEM photograph of a cross section of particle (7) obtained in Example 7.
- FIG. 1 is a SEM photograph of a cross section of particle (8) obtained in Example 8.
- FIG. 1 is an SEM photograph of a cross section of particle (9) obtained in Example 9.
- FIG. 2 is a SEM photograph of a cross section of a particle (C1) obtained in Comparative Example 1.
- Polyimide hollow particles 1-1 Structure and properties of polyimide hollow particles
- the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention are polyimide particles having a shell portion and a hollow portion surrounded by the shell portion.
- the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention have a dielectric loss tangent of less than 0.0070 at a measurement frequency of 10 GHz.
- “hollow” means that the interior is filled with a substance other than resin, such as a gas or liquid, and preferably means that the interior is filled with gas, as this can better demonstrate the effects of the present invention.
- the hollow portion surrounded by the shell portion may consist of a single hollow region, or may consist of multiple hollow regions or a porous structure.
- the hollow portion may consist of one hollow region, and the shell portion may have one or more air spaces.
- the air space is a separate structure from the hollow portion surrounded by the shell portion.
- the hollow portion is the largest void (a portion where no polyimide is present) within the polyimide hollow particle, and the portion of the polyimide hollow particle other than the hollow portion that is located outside the hollow portion is the shell portion.
- the air space exists inside the shell portion.
- the shell portion may have two or more air spaces.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a polyimide hollow particle in which the hollow portion consists of one hollow region and the shell portion has one or more void spaces.
- the polyimide hollow particle 10 shown in FIG. 1 has a shell portion 1 and a hollow portion 2 surrounded by the shell portion 1.
- the shell portion 1 has multiple void spaces 3.
- the hollow portion 2 is preferably a single independent pore. In some cases, the hollow portion may be a single interconnected pore.
- Polyimide has excellent heat resistance. Therefore, polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention, which have a shell portion and a hollow portion surrounded by the shell portion and whose dielectric dissipation factor at a measurement frequency of 10 GHz falls within a predetermined numerical range, have excellent heat resistance and excellent dielectric properties. As a result, resin compositions using polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention can exhibit excellent dielectric properties. Examples of excellent dielectric properties include a low dielectric constant and a low dielectric dissipation factor.
- the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention preferably have a volume average particle diameter of 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 0.3 ⁇ m to 80 ⁇ m, and even more preferably 0.5 ⁇ m to 50 ⁇ m.
- the volume average particle diameter of the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention is within the above range, the effects of the present invention can be more effectively achieved. If the volume average particle diameter is too small and outside the above range, the shell thickness will be relatively thin, and the polyimide hollow particles may not have sufficient strength. If the volume average particle diameter is too large and outside the above range, the imidization reaction may not proceed sufficiently, resulting in reduced heat resistance.
- the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention preferably have a particle size coefficient of variation (CV value) of 80% or less, more preferably 1% to 80%, even more preferably 2% to 75%, particularly preferably 3% to 70%, and most preferably 5% to 65%.
- CV value particle size coefficient of variation
- the particle size coefficient of variation (CV value) of the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention is within the above range, the effects of the present invention can be more effectively achieved.
- the particle size coefficient of variation (CV value) of the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention is too large outside the above range, the amount of coarse particles increases, which may make it difficult to form a thin film or cause thickness variations, for example, when a resin layer is formed from the resin composition.
- the smaller the particle size coefficient of variation (CV value) of the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention the more uniform the particle size, which is preferable; however, taking into account factors such as practical feasibility, the lower limit may
- the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention preferably have a 5% thermal weight loss temperature of 370°C or higher, more preferably 390°C or higher, even more preferably 400°C or higher, and particularly preferably 425°C or higher, when heated in an air atmosphere at a rate of 10°C/min.
- the upper limit of the 5% thermal weight loss temperature is preferably 600°C or lower. As long as the 5% thermal weight loss temperature is within the above range, the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention can exhibit excellent heat resistance.
- the polyimide hollow particles may deform due to heating for the curing reaction, resulting in the loss of the hollow portion. This may result in a decrease in the dielectric properties that the polyimide hollow particles should exhibit in the resin composition, such as low dielectric effect and low dielectric loss tangent effect.
- the shell portion contains a polyimide (P).
- the polyimide (P) is obtained, for example, by the reaction of a tetracarboxylic anhydride (a) with a diamine (b). The reaction is typically a polymerization reaction. That is, the polyimide (P) contains, for example, a structural unit A derived from the tetracarboxylic anhydride (a) and a structural unit B derived from the diamine (b).
- the polyimide (P) is preferably obtained by the reaction of a tetracarboxylic dianhydride (a1) having an ester bond with a diamine (b), in order to more effectively exhibit the effects of the present invention.
- the polyimide (P) preferably contains a structural unit A1 derived from the tetracarboxylic dianhydride (a1) having an ester bond.
- the shell portion contains a polyimide (P) having such a structure, the effects of the present invention can be more effectively exhibited.
- the tetracarboxylic acid dianhydride (a1) having an ester bond may have two or more ester bonds.
- the structural unit A1 may have two or more ester bonds.
- the tetracarboxylic acid dianhydride (a1) having an ester bond preferably has an aromatic ring.
- the polyimide (P) preferably contains structural units derived from an aromatic tetracarboxylic acid dianhydride having an ester bond.
- the tetracarboxylic dianhydride (a1) having an ester bond may be a compound represented by the following formula (1):
- A is any organic group.
- A may have 6 or more carbon atoms and may have an aromatic ring.
- A may have a benzene ring or a naphthalene ring.
- the tetracarboxylic dianhydride (a1) having an ester bond may be an ester of trimellitic anhydride with benzenediol, naphthalenediol, a bisphenol, or isosorbide.
- the tetracarboxylic dianhydride (a1) having an ester bond is preferably an ester of trimellitic anhydride with benzenediol, naphthalenediol, or a bisphenol, and more preferably an ester of trimellitic anhydride with benzenediol or naphthalenediol.
- the trimellitic anhydride may or may not have a substituent.
- the benzenediol is preferably hydroquinone.
- the naphthalenediol is preferably 2,6-dihydroxynaphthalene.
- the bisphenol is, for example, bisphenol A, bisphenol S, etc.
- the tetracarboxylic dianhydride (a1) having an ester bond may be 5,5'-[p-phenylenebis(oxycarbonyl)]diphthalic anhydride (TAHQ) or naphthalene-2,6-diyl bis(1,3-dioxo-1,3-dihydro-2-benzofuran-5-carboxylate).
- TAHQ p-phenylenebis(oxycarbonyl)]diphthalic anhydride
- naphthalene-2,6-diyl bis(1,3-dioxo-1,3-dihydro-2-benzofuran-5-carboxylate examples include trade names such as 26DHN-TME, 27DHN-TME, TMPBP-TME, BP-TME, BPS-TME, and BPZ-TME (all manufactured by Honshu Chemical Industry Co., Ltd.).
- the tetracarboxylic acid dianhydride (a1) having an ester bond may be of only one type, or may be of two or more types.
- the tetracarboxylic acid anhydride (a) is preferably a tetracarboxylic acid dianhydride (a1) having an ester bond.
- the tetracarboxylic acid anhydride (a) may contain a tetracarboxylic acid anhydride other than the tetracarboxylic acid dianhydride (a1) having an ester bond.
- the tetracarboxylic acid anhydride (a) may be of only one type, or may be of two or more types.
- the structural unit A1 in the polyimide (P) may be a structural unit represented by the following formula (A-1).
- the structural unit A represented by formula (A-1) is derived from the tetracarboxylic dianhydride (a1) represented by the above formula (1).
- the nitrogen atom contained in the imide group is derived from a diamine that has reacted with a tetracarboxylic dianhydride having an ester bond.
- A is the same as in formula (1).
- Specific examples of the structural unit A represented by formula (A-1) include the following formulae (A-2) and (A-3).
- Polyimide (P) has a structural unit B derived from diamine (b). Any appropriate diamine can be used as diamine (b) as long as it does not impair the effects of the present invention.
- Diamine (b) may be one type or two or more types. Examples of diamine (b) include 4,4'-diaminodiphenylmethane (DDM), 4,4'-diaminodiphenyl ether (DPE), 4,4'-bis(4-aminophenoxy)biphenyl (BAPB), 1,4'-bis(4-aminophenoxy)benzene (TPE-Q), 1,3'-bis(4-aminophenoxy)benzene (TPE-R), 4,4'-diamino-2,2'-bis(trifluoromethyl)biphenyl (TFMB), and ), 4,4'-diamino-2,2'-dimethylbiphenyl (TBHG), o-phenylenediamine, m-
- Blocked diamines may also be used as diamines.
- diamines 4,4'-diaminodiphenyl ether (DPE), 4,4'-diamino-2,2'-bis(trifluoromethyl)biphenyl (TFMB), and 4,4'-diamino-2,2'-dimethylbiphenyl (TBHG) are preferred from the perspective of further enhancing the effects of the present invention.
- DPE 4,4'-diaminodiphenyl ether
- TFMB 4,4'-diamino-2,2'-bis(trifluoromethyl)biphenyl
- TBHG 4,4'-diamino-2,2'-dimethylbiphenyl
- Structural unit B is preferably a structural unit derived from 4,4'-diaminodiphenyl ether (DPE), 4,4'-diamino-2,2'-bis(trifluoromethyl)biphenyl (TFMB), or 4,4'-diamino-2,2'-dimethylbiphenyl (TBHG).
- DPE 4,4'-diaminodiphenyl ether
- TFMB 4,4'-diamino-2,2'-bis(trifluoromethyl)biphenyl
- TBHG 4,4'-diamino-2,2'-dimethylbiphenyl
- the polyimide (P) may be of one type or two or more types.
- the content of polyimide (P) in the shell portion is preferably 60% to 100% by weight, more preferably 70% to 100% by weight, even more preferably 80% to 100% by weight, and particularly preferably 90% to 100% by weight, in order to further demonstrate the effects of the present invention.
- the shell portion may contain any other appropriate components as long as the effects of the present invention are not impaired.
- polyimide (P) can be obtained, for example, by reacting tetracarboxylic anhydride (a) with diamine (b), and preferably by reacting tetracarboxylic dianhydride (a1) having an ester bond with diamine (b). This allows the dielectric tangent of the polyimide hollow particles to be reduced.
- the molar ratio of tetracarboxylic acid anhydride (a) to diamine (b) can be any appropriate ratio as long as it does not impair the effects of the present invention.
- the molar ratio of tetracarboxylic acid anhydride (a) to diamine (b) is, for example, 1:0.5 to 1:1.7, preferably 1:0.8 to 1:1.6, more preferably 1:0.9 to 1:1.5, and even more preferably 1:1 to 1:1.3.
- the reaction between the tetracarboxylic anhydride (a) and the diamine (b) can be carried out by any appropriate reaction as long as the effects of the present invention are not impaired.
- a polyamic acid can first be formed from the tetracarboxylic anhydride (a) and the diamine (b), and then the polyimide (P) can be obtained by imidization.
- the reaction between tetracarboxylic anhydride (a) and diamine (b) is carried out, for example, by adding tetracarboxylic anhydride (a) to a solution in which diamine (b) is dissolved in a solvent and stirring the mixture.
- Any appropriate solvent can be used to dissolve diamine (b), but a solvent that dissolves the polyamic acid obtained after adding tetracarboxylic anhydride (a) is preferred. This simplifies the production process for polyimide hollow particles and makes them suitable for mass production.
- solvents examples include amide solvents such as N-dimethylformamide (DMF), N,N-dimethylacetamide (DMAc), and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), as well as 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (DMI).
- amide solvents such as N-dimethylformamide (DMF), N,N-dimethylacetamide (DMAc), and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), as well as 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (DMI).
- DMF N-dimethylformamide
- DMAc N,N-dimethylacetamide
- NMP N-methyl-2-pyrrolidone
- DI 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone
- a single solvent may be used, or two or more solvents may be used.
- any other appropriate component that does not fall under either the tetracarboxylic anhydride (a) or the diamine (b) may be included, as long as it does not impair the effects of the present invention.
- the other components may include at least one non-crosslinked polymer selected from the group consisting of polyolefins, styrene-based polymers, (meth)acrylic polymers, styrene-(meth)acrylic polymers, polycarbonates, and styrene-maleic anhydride copolymers. There may be only one type of such non-crosslinked polymer, or two or more types.
- the non-crosslinkable polymer may contain a hydrocarbon-based resin. Any appropriate compound may be used as the hydrocarbon-based resin as long as it does not impair the effects of the present invention.
- hydrocarbon-based resins include aliphatic/aromatic hydrocarbon resins, aromatic hydrocarbon resins, alicyclic hydrocarbon resins, and aliphatic hydrocarbon resins.
- the hydrocarbon-based resin is preferably at least one selected from the group consisting of aliphatic/aromatic hydrocarbon resins, aromatic hydrocarbon resins, and aliphatic hydrocarbon resins, more preferably at least one selected from the group consisting of aliphatic/aromatic hydrocarbon resins and aromatic hydrocarbon resins, and even more preferably an aliphatic/aromatic hydrocarbon resin. This promotes phase separation of polymerized oil droplets during suspension polymerization, resulting in superior low dielectric properties.
- These hydrocarbon-based resins may be used alone or in combination of two or more.
- Aliphatic/aromatic hydrocarbon resin refers to a hydrocarbon resin in which an aliphatic hydrocarbon and an aromatic hydrocarbon are copolymerized.
- the aliphatic hydrocarbons constituting the aliphatic/aromatic hydrocarbon resin are aliphatic hydrocarbons having a polymerizable unsaturated bond.
- Aliphatic hydrocarbons are typically dienes, which are aliphatic fractions obtained by thermal cracking of naphtha.
- the aliphatic hydrocarbons have, for example, 3 to 7 carbon atoms, preferably 4 to 6 carbon atoms, and more preferably 5 carbon atoms.
- aliphatic hydrocarbons examples include linear dienes such as isoprene and piperylene; and cyclic dienes such as cyclopentadiene, methylcyclopentadiene, dicyclopentadiene, methyldicyclopentadiene, and dimethyldicyclopentadiene, with linear dienes being preferred. These aliphatic hydrocarbons may be one type or two or more types.
- the aromatic hydrocarbons constituting the aliphatic/aromatic hydrocarbon resin are typically aromatic compounds having linear or cyclic substituents containing polymerizable unsaturated bonds. Aromatic hydrocarbons are typically aromatic fractions obtained by thermal cracking of naphtha.
- the aromatic hydrocarbon has, for example, 7 to 11 carbon atoms, preferably 8 to 10 carbon atoms.
- aromatic hydrocarbons include cyclic dienes such as styrene, ⁇ -methylstyrene, ⁇ -methylstyrene, vinyltoluene, divinylbenzene, indene, and methylindene, with styrene, vinyltoluene, and indene being preferred.
- These aromatic hydrocarbons may be of one type or of two or more types.
- Aliphatic/aromatic hydrocarbon resins are resins obtained by polymerizing, for example, styrene, vinyltoluene, indene, isoprene, and piperylene.
- the ratio of aliphatic hydrocarbon components to aromatic hydrocarbon components in the aliphatic/aromatic hydrocarbon resin is preferably greater than 30%, more preferably 40% or more, and even more preferably 45% or more, and preferably 70% or less, more preferably 60% or less, and even more preferably 50% or less.
- the weight average molecular weight (Mw) of the aliphatic/aromatic hydrocarbon resin is, for example, 500 to 5,000, preferably 1,000 to 4,800, more preferably 2,000 to 4,500, and even more preferably 3,000 to 4,000.
- Aromatic hydrocarbon resin refers to a hydrocarbon resin in which aromatic hydrocarbons are copolymerized.
- the aromatic hydrocarbon has, for example, 7 to 11 carbon atoms, preferably 8 to 10 carbon atoms, and examples of aromatic hydrocarbons that make up aliphatic/aromatic hydrocarbon resins include those listed above.
- Aromatic hydrocarbon resins are, for example, resins obtained by polymerizing styrene, vinyltoluene, and indene.
- Alicyclic hydrocarbon resins are, for example, resins obtained by hydrogenating aliphatic/aromatic hydrocarbon resins or aromatic hydrocarbon resins.
- Aliphatic hydrocarbon resins are hydrocarbon resins obtained by polymerizing aliphatic hydrocarbons.
- the aliphatic hydrocarbons that make up aliphatic hydrocarbon resins have, for example, 3 to 7 carbon atoms, preferably 4 to 6 carbon atoms, and more preferably 5 carbon atoms.
- Examples of the aliphatic hydrocarbons that make up aliphatic/aromatic hydrocarbon resins include those listed above.
- the hydrocarbon resin content relative to the total amount of tetracarboxylic anhydride (a), diamine (b), the solvent, and the non-crosslinkable polymer is preferably 0% to 10% by weight, more preferably 0% to 5% by weight, and even more preferably 0% to 2% by weight, in order to further demonstrate the effects of the present invention.
- the hydrocarbon resin content relative to the total amount of tetracarboxylic anhydride (a), diamine (b), the solvent, and the non-crosslinkable polymer may be greater than 0% by weight, 0.1% by weight or greater, or even 0.3% by weight or greater.
- the non-crosslinkable polymer content relative to the total amount of tetracarboxylic anhydride (a), diamine (b), the solvent, and the non-crosslinkable polymer is preferably 0% to 20% by weight, more preferably 0% to 10% by weight, even more preferably 0% to 5% by weight, and especially preferably 0% to 2% by weight, in order to further demonstrate the effects of the present invention.
- Imidization is carried out, for example, by at least one method selected from the group consisting of a chemical imidization reaction and a thermal imidization reaction, and preferably by both a chemical imidization reaction and a thermal imidization reaction.
- Dielectric constant and dielectric loss tangent of polyimide hollow particles In electronic devices, one application of hollow particles, the transmission loss caused by radio waves transmitted for communication being converted into heat in a dielectric is expressed as the product of the frequency, the square root of the relative dielectric constant, and the dielectric loss tangent.In other words, since the transmission signal is more likely to be converted into heat in proportion to the frequency, the higher the frequency band, the lower the dielectric properties required for communication component (semiconductor component) materials in order to suppress transmission loss.
- the relative dielectric constant of the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention is preferably less than 2.5, more preferably 1.0 to 2.3, even more preferably 1.0 to 2.2, even more preferably 1.0 to 2.1, particularly preferably 1.0 to 2.0, and most preferably 1.0 to less than 2.0.
- the dielectric loss tangent of the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention is preferably 0 to 0.0060, more preferably 0 to 0.0050, even more preferably 0 to 0.0045, and particularly preferably 0 to 0.0040, at a measurement frequency of 10 GHz. If the relative dielectric constant and dielectric loss tangent of the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention are within the above ranges, the effects of the present invention can be more effectively exhibited.
- Polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention preferably have a relative dielectric constant of less than 2.5 and a dielectric dissipation factor of less than 0.0050 at a measurement frequency of 10 GHz, more preferably a relative dielectric constant of less than 2.3 and a dielectric dissipation factor of less than 0.0045 at a measurement frequency of 10 GHz, and even more preferably a relative dielectric constant of less than 2.0 and a dielectric dissipation factor of less than 0.0045 at a measurement frequency of 10 GHz.
- the dielectric constant exceeds 2.5, even if polyimide hollow particles are mixed into, for example, a thermosetting resin, a sufficient dielectric constant-lowering effect cannot be obtained, and there is a risk of transmission loss occurring and an increase in the amount of heat generated by the component when used in the high frequency band.
- the values of the dielectric constant and dielectric dissipation factor of the polyimide hollow particles according to the embodiments of the present invention are not limited to those described above.
- the values of the dielectric constant and dielectric dissipation factor are not limited to those described above.
- polyimide hollow particles are suitable for applications such as semiconductor members (typically, resin compositions for semiconductor members), coating compositions, cosmetics, paper coating compositions, heat insulating compositions, light diffusing compositions, and light diffusing films, and are particularly suitable for resin compositions for semiconductor members and coating compositions.
- semiconductor members typically, resin compositions for semiconductor members
- coating compositions cosmetics
- paper coating compositions heat insulating compositions
- light diffusing compositions and light diffusing films
- the polyimide hollow particles according to the embodiment of the present invention can achieve a low dielectric constant and a low dielectric loss tangent and exhibit excellent heat resistance, and therefore can be suitably used in resin compositions for semiconductor members.
- a resin composition for semiconductor members according to an embodiment of the present invention contains polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention.
- Semiconductor components refer to components that constitute semiconductors, such as semiconductor packages and semiconductor modules.
- resin compositions for semiconductor components refer to resin compositions used in semiconductor components.
- a semiconductor package is a product that is constructed using an IC chip as an essential component and at least one material selected from the group consisting of mold resin, underfill material, mold underfill material, die bond material, prepreg for semiconductor package substrates, metal-clad laminate for semiconductor package substrates, and build-up material for printed circuit boards for semiconductor packages.
- a semiconductor module is composed of a semiconductor package as an essential component and at least one material selected from the group consisting of prepregs for printed circuit boards, metal-clad laminates for printed circuit boards, build-up materials for printed circuit boards, solder resist materials, coverlay films, electromagnetic shielding films, and adhesive sheets for printed circuit boards.
- the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention can impart an excellent appearance to a coating film containing the particles, and therefore can be suitably used in a coating composition.
- a coating composition according to an embodiment of the present invention contains polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention.
- the coating composition according to an embodiment of the present invention preferably contains at least one selected from a binder resin and a UV-curable resin.
- the binder resin may be of only one type, or may be of two or more types.
- the UV-curable resin may be of only one type, or may be of two or more types.
- binder resin any appropriate binder resin can be used as long as it does not impair the effects of the present invention.
- binder resins include resins that are soluble in organic solvents or water, and emulsion-type water-based resins that can be dispersed in water.
- binder resins include acrylic resins, alkyd resins, polyester resins, polyurethane resins, chlorinated polyolefin resins, and amorphous polyolefin resins.
- any suitable UV-curable resin may be used as the UV-curable resin as long as it does not impair the effects of the present invention.
- UV-curable resins include polyfunctional (meth)acrylate resins and polyfunctional urethane acrylate resins. Polyfunctional (meth)acrylate resins are preferred, and polyfunctional (meth)acrylate resins having three or more (meth)acryloyl groups per molecule are more preferred.
- polyfunctional (meth)acrylate resins having three or more (meth)acryloyl groups per molecule include trimethylolpropane tri(meth)acrylate, trimethylolethane tri(meth)acrylate, 1,2,4-cyclohexane tetra(meth)acrylate, pentaglycerol triacrylate, pentaerythritol tetra(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, dipentaerythritol triacrylate, dipentaerythritol pentaacrylate, dipentaerythritol tetra(meth)acrylate, dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, tripentaerythritol triacrylate, and tripentaerythritol hexaacrylate.
- a coating composition according to an embodiment of the present invention contains at least one resin selected from a binder resin and a UV-curable resin
- any appropriate content ratio can be adopted depending on the purpose.
- the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention preferably account for 5% to 50% by weight, more preferably 10% to 50% by weight, and even more preferably 20% to 40% by weight of the total amount of the binder resin (on a solids basis in the case of an emulsion-type aqueous resin), at least one resin selected from a UV-curable resin, and the polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention.
- a photopolymerization initiator is preferably used in combination. Any appropriate photopolymerization initiator can be used as long as it does not impair the effects of the present invention.
- photopolymerization initiators include acetophenones, benzoins, benzophenones, phosphine oxides, ketals, ⁇ -hydroxyalkylphenones, ⁇ -aminoalkylphenones, anthraquinones, thioxanthones, azo compounds, peroxides (disclosed in JP 2001-139663 A, etc.), 2,3-dialkyldione compounds, disulfide compounds, fluoroamine compounds, aromatic sulfonium compounds, onium salts, borate salts, active halogen compounds, and ⁇ -acyloxime esters.
- the coating composition according to an embodiment of the present invention may contain a solvent.
- the solvent may be one type only, or two or more types.
- any appropriate content ratio may be adopted depending on the purpose.
- any suitable solvent may be used as long as it does not impair the effects of the present invention.
- a solvent is preferably one that can dissolve or disperse the binder resin or UV-curable resin.
- examples of such solvents include hydrocarbon solvents such as toluene and xylene; ketone solvents such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate; and ether solvents such as dioxane, ethylene glycol diethyl ether, and ethylene glycol monobutyl ether.
- examples of such solvents include water and alcohols.
- the coating composition according to an embodiment of the present invention may be diluted to adjust the viscosity as needed.
- Any appropriate diluent may be used depending on the purpose. Examples of such diluents include the solvents mentioned above.
- the diluent may be of one type only, or of two or more types.
- the coating composition according to an embodiment of the present invention may contain other components, such as a coating surface conditioner, a flowability conditioner, an ultraviolet absorber, a light stabilizer, a curing catalyst, an extender pigment, a color pigment, a metal pigment, a mica powder pigment, or a dye, as needed.
- a coating surface conditioner such as a coating surface conditioner, a flowability conditioner, an ultraviolet absorber, a light stabilizer, a curing catalyst, an extender pigment, a color pigment, a metal pigment, a mica powder pigment, or a dye, as needed.
- any appropriate coating method can be used depending on the purpose.
- coating methods include spray coating, roll coating, brush coating, reverse roll coating, gravure coating, die coating, comma coating, and spray coating.
- any appropriate formation method can be used depending on the purpose.
- One such formation method includes, for example, applying the composition to any coated surface of a substrate to form a coating film, drying the coating film, and then curing the coating film as needed to form a coating film.
- substrates include metal, wood, glass, and plastics (PET (polyethylene terephthalate), PC (polycarbonate), acrylic resin, TAC (triacetyl cellulose), etc.).
- the method for producing polyimide hollow particles of the present invention includes the steps of: preparing an emulsion from a solution containing a polyamic acid formed from a tetracarboxylic dianhydride having an ester bond and a diamine, and a solvent to which a dispersant has been added (hereinafter, this step may be referred to as step I); carrying out a chemical imidization reaction in the emulsion (hereinafter, this step may be referred to as step II); and carrying out a thermal imidization reaction (hereinafter, this step may be referred to as step III).
- the manufacturing method according to an embodiment of the present invention makes it possible to produce polyimide hollow particles that have excellent heat resistance and excellent dielectric properties.
- the above manufacturing method makes it possible to easily produce, for example, polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention.
- the method for producing polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention does not rely on the so-called template method using template particles, and therefore has the advantage that the particle size of the resulting polyimide hollow particles does not depend on the particle size of the template particles. Furthermore, the method for producing polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention does not rely on the so-called template method using template particles, and therefore the template particles do not remain in the hollow portion surrounded by the shell portion, and therefore has the advantage that the physical properties of the template particles do not affect the physical properties of the resulting polyimide hollow particles. In particular, this has the advantage that the heat resistance that polyimide is capable of inherently exhibiting and the dielectric properties due to the structure having a hollow portion can be fully exhibited.
- the method for producing polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention does not require high temperature and high pressure conditions, so there is no need for special production equipment for reactions at high temperature and high pressure, and there are also advantages in that factors that reduce production efficiency, such as the time required for heating and cooling, are reduced.
- the method for producing polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention may include any appropriate steps in addition to steps I, II, and III, as long as the effects of the present invention are not impaired.
- step I an emulsion is prepared from a solution containing a polyamic acid formed from a tetracarboxylic dianhydride having an ester bond and a diamine and a solvent to which a dispersant has been added.
- Step I may include step IA of preparing an internal oil phase containing a solution containing a polyamic acid formed from a tetracarboxylic dianhydride having an ester bond and a diamine, step IB of preparing an external oil phase containing a dispersant and a solvent, and step IC of preparing an emulsion from the internal oil phase prepared in step I and the external oil phase prepared in step II.
- an internal oil phase containing a solution containing polyamic acid is prepared.
- the internal oil phase is preferably the polyamic acid solution itself.
- the polyamic acid solution contains a solvent and polyamic acid dissolved in the solvent.
- the solution containing polyamic acid can be prepared by any appropriate method as long as it does not impair the effects of the present invention.
- One such method is to mix a tetracarboxylic dianhydride having an ester bond with a diamine solution prepared by dissolving a diamine in a solvent, and then allow the mixture to react.
- diamine (b) in section 1-2.
- Polyimide Hollow Particles can be used as is for the diamine used in the diamine solution.
- any suitable solvent can be used for the diamine solution as long as it substantially dissolves the diamine and does not impair the effects of the present invention.
- a solvent that substantially dissolves both the diamine and the resulting polyamic acid is preferred.
- This solvent may be used alone or in combination with two or more solvents.
- amide solvents such as N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-dimethylacetamide (DMAc), and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), as well as 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (DMI).
- a poor solvent for the polyamic acid may be mixed in as long as the polyamic acid dissolves.
- poor solvents include 2-propanone, 3-pentanone, tetrahydropyrene, epichlorohydrin, acetone, methyl ethyl ketone (MEK), tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate, acetanilide, methanol, ethanol, isopropanol, toluene, and xylene.
- the concentration of diamine in the diamine solution may be any appropriate concentration as long as it does not impair the effects of the present invention. From the perspective of obtaining polyamic acid through a good reaction, such a concentration is preferably 0.01% to 20% by weight, more preferably 0.1% to 10% by weight, even more preferably 0.3% to 9.0% by weight, and particularly preferably 0.5% to 7.0% by weight.
- the molar ratio of the tetracarboxylic acid dianhydride having an ester bond to the diamine can be any appropriate ratio as long as it does not impair the effects of the present invention.
- the molar ratio of the tetracarboxylic acid dianhydride having an ester bond to the diamine is, for example, 1:0.5 to 1:1.7, preferably 1:0.8 to 1:1.6, more preferably 1:0.9 to 1:1.5, and even more preferably 1:1 to 1:1.3.
- Any appropriate method can be used to mix the diamine solution with the tetracarboxylic dianhydride having an ester bond and cause the reaction, as long as it does not impair the effects of the present invention.
- methods for mixing the diamine solution with the tetracarboxylic dianhydride having an ester bond and causing the reaction include stirring with a stirrer or stirring blade, and ultrasonic stirring.
- the temperature at which the diamine solution is mixed with the tetracarboxylic dianhydride having an ester bond and reacted can be any appropriate temperature within a range that does not impair the effects of the present invention.
- a temperature is preferably 0°C to 130°C, more preferably 5°C to 80°C, even more preferably 10°C to 50°C, particularly preferably 15°C to 40°C, and most preferably 20°C to 30°C.
- the time for mixing the diamine solution with the tetracarboxylic dianhydride having an ester bond and allowing the reaction to proceed can be any appropriate time as long as it does not impair the effects of the present invention. From the perspective of preparing a solution in which polyamic acid is dissolved, this time is preferably 10 seconds to 24 hours, more preferably 60 seconds to 12 hours, even more preferably 5 minutes to 6 hours, and particularly preferably 10 minutes to 5 hours.
- the above method produces a polyamic acid solution in which the polyamic acid produced by the reaction of a diamine with a tetracarboxylic dianhydride having an ester bond is dissolved in the solvent of the diamine solution.
- polyamic acid microparticles may be obtained from a tetracarboxylic dianhydride having an ester bond and a diamine, and then the polyamic acid microparticles may be dissolved in a solvent to prepare a polyamic acid solution.
- the method of directly obtaining a polyamic acid solution by mixing a tetracarboxylic dianhydride having an ester bond with a diamine solution and allowing the mixture to react is a simpler process and more suitable for mass production.
- the internal oil phase may contain any appropriate other components as long as they do not impair the effects of the present invention, as long as they contain a polyamic acid solution.
- the content of the polyamic acid solution i.e., the total content of polyamic acid and solvent, in the internal oil phase is preferably 80% to 100% by weight, more preferably 90% to 100% by weight, even more preferably 95% to 100% by weight, and particularly preferably 98% to 100% by weight.
- the internal oil phase may contain, as the other component, at least one non-crosslinked polymer selected from the group consisting of polyolefins, styrene-based polymers, (meth)acrylic polymers, styrene-(meth)acrylic polymers, polycarbonates, and styrene-maleic anhydride copolymers. That is, the polyamic acid-containing solution may contain a non-crosslinked polymer. Such non-crosslinked polymers may be of only one type, or may be of two or more types.
- the non-crosslinked polymer may contain a hydrocarbon-based resin.
- the hydrocarbon-based resin described in section 1-2. Shell Portion of 1. Polyimide Hollow Particles may be used as the non-crosslinked polymer.
- the hydrocarbon-based resin is preferably an aliphatic/aromatic hydrocarbon resin.
- the hydrocarbon-based resin may function as an oil droplet stabilizer.
- the content of the hydrocarbon-based resin in the solution containing polyamic acid is preferably 0% to 10% by weight, more preferably 0% to 5% by weight, and even more preferably 0% to 2% by weight, in order to further demonstrate the effects of the present invention.
- the content of the hydrocarbon-based resin in the internal oil phase may be greater than 0% by weight, and may be 0.1% by weight or greater, or even 0.3% by weight or greater.
- the content of the non-crosslinkable polymer in the internal oil phase is preferably 0% to 20% by weight, more preferably 0% to 10% by weight, even more preferably 0% to 5% by weight, and particularly preferably 0% to 2% by weight, in order to further demonstrate the effects of the present invention.
- the concentration of polyamic acid in the internal oil phase can be any appropriate concentration as long as it does not impair the effects of the present invention. From the perspective of further enhancing the effects of the present invention, such a concentration is preferably 0.1% to 30% by weight, more preferably 1% to 25% by weight, even more preferably 5% to 20% by weight, and particularly preferably 10% to 15% by weight.
- step IB an external oil phase containing a dispersant and a solvent is prepared.
- the dispersant is, for example, at least one selected from a compound having a siloxane bond and silicon dioxide.
- the compound having a siloxane bond may be of only one type, or two or more types.
- the silicon dioxide may be of only one type, or two or more types. From the perspective of achieving better dielectric properties for the polyimide hollow particles, it is preferable that the dispersant be silicon dioxide.
- the dispersant By using at least one dispersant selected from the group consisting of compounds having siloxane bonds and silicon dioxide, the dispersant itself has high heat resistance, unlike polyacrylate ester-based polymer surfactants, which have low heat resistance, and therefore does not reduce the heat resistance that the polyimide in the target polyimide particles can inherently exhibit. Furthermore, by using at least one dispersant selected from the group consisting of compounds having siloxane bonds and silicon dioxide, a good emulsion can be obtained even with a small amount of dispersant used, and the chemical imidization reaction from polyamic acid to polyimide can be carried out in a relatively high-concentration system, resulting in excellent production efficiency.
- the compound having a siloxane bond is a compound having an Si—O—Si bond, and preferably a compound having a structure represented by formula (2).
- R 1 and R 2 are the same or different and each represents a hydrogen atom or an alkyl group. From the viewpoint of further exhibiting the effects of the present invention, the number of carbon atoms in this alkyl group is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 6, even more preferably 1 to 4, particularly preferably 1 to 2, and most preferably 1. In formula (2), from the viewpoint of further exhibiting the effects of the present invention, R 1 and R 2 are both preferably alkyl groups, more preferably methyl groups.
- the compound having a siloxane bond is more preferably a compound having a polysiloxane structure having a repeating unit of the structure represented by formula (2), and even more preferably a compound having a polysiloxane structure (polydimethylsiloxane structure) having a repeating unit of the structure represented by formula (2) (wherein R1 is a methyl group and R2 is a methyl group).
- One embodiment of the compound having a siloxane bond is polysiloxane.
- polysiloxane By using polysiloxane, the effects of the present invention can be more effectively achieved.
- One preferred embodiment of polysiloxane is a self-emulsified product of high-polymerization polysiloxane, and a commercially available product such as "KM-9787" manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. is one example.
- the number average molecular weight Mn of the above-mentioned azo group-containing compound is preferably 5,000 to 1,000,000, more preferably 10,000 to 800,000, even more preferably 30,000 to 500,000, particularly preferably 40,000 to 300,000, and most preferably 50,000 to 200,000, from the viewpoint of further exerting the effects of the present invention.
- the above-mentioned azo group-containing compound preferably has an amide bond (-NH-CO-) from the perspective of further demonstrating the effects of the present invention.
- the effects of the present invention can be further demonstrated due to the electronic and steric effects derived from the azo and amide groups.
- the above-mentioned compound having an azo group preferably has a cyano group, from the viewpoint of further demonstrating the effects of the present invention.
- the compound having the azo group is a compound having a polydimethylsiloxane structure, an azo group, an amide group, and a cyano group, from the perspective of further enhancing the effects of the present invention. Any appropriate compound may be used as this compound as long as it does not impair the effects of the present invention. Specific examples of such compounds include those manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., known as polymeric azo polymerization initiators containing polydimethylsiloxane units, under the trade names "VPS-1001" and "VPS-1001N.”
- Another embodiment of the compound having a siloxane bond is a compound having a structure represented by formula (2) that can be used as a silicone surfactant.
- Silicone surfactants are, for example, linear or branched polyoxyalkylene/alkyl-co-modified organopolysiloxanes. Specific examples of such compounds include "KF-6048," a product name manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., which is known as a polyether-modified silicone surfactant.
- silicon dioxide is hydrophobic silica particles having a specific surface area of 10 m 2 /g or more. By employing such hydrophobic silica particles, the effects of the present invention can be more effectively exhibited.
- the specific surface area of the hydrophobic silica particles is preferably 10 m 2 /g to 1000 m 2 /g, more preferably 30 m 2 /g to 500 m 2 /g, and even more preferably 50 m 2 /g to 300 m 2 /g.
- any suitable compound can be used as long as it is hydrophobic silica particles having a specific surface area of 10 m2 /g or more and does not impair the effects of the present invention.
- Specific examples of such compounds include those under the trade names "Aerosil R972,”"AerosilR972CF,””AerosilR972V,””AerosilR974,””AerosilR976,””AerosilR976S,” and "Aerosil R9200,” manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.
- Any appropriate solvent may be used as the solvent for the external oil phase as long as it does not impair the effects of the present invention. Only one type of such solvent may be used, or two or more types may be used.
- the solvent is preferably a hydrocarbon-based solvent.
- hydrocarbon-based solvents include pentane, hexane, cyclohexane, heptane, octane, benzene, toluene, xylene, and ethylbenzene.
- the dispersant for the outer oil phase is silicon dioxide and the solvent is a hydrocarbon solvent.
- silicone oil may be used as the solvent for the external oil phase.
- a silicone surfactant is used as a dispersant
- a silicone oil in which the silicone surfactant dissolves may be used.
- the external oil phase may contain any appropriate other components, as long as they do not impair the effects of the present invention, as long as they contain a dispersant and a solvent.
- the total content of dispersant and solvent in the external oil phase is preferably 80% to 100% by weight, more preferably 90% to 100% by weight, even more preferably 95% to 100% by weight, particularly preferably 98% to 100% by weight, and most preferably substantially 100% by weight.
- substantially 100% by weight means that there are no intentionally added other components, but it may also include the presence of very small amounts of impurities (e.g., less than 1% by weight) that do not affect the effects of the present invention.
- the external oil phase is preferably prepared by dissolving a dispersant in a solvent, and more preferably by dissolving at least one member selected from the group consisting of a compound having a siloxane bond and silicon dioxide in a hydrocarbon solvent.
- any appropriate concentration of dispersant in the external oil phase may be used as long as it does not impair the effects of the present invention. From the perspective of further enhancing the effects of the present invention, such a concentration is preferably 0.001% to 10% by weight, more preferably 0.005% to 5.0% by weight, and even more preferably 0.01% to 3.0% by weight.
- step IC an emulsion is prepared from the internal oil phase prepared in step I and the external oil phase prepared in step II.
- the emulsion is typically prepared by mixing the internal oil phase and the external oil phase.
- the internal oil phase and the external oil phase are typically mixed by adding the internal oil phase to the external oil phase.
- the mixing ratio of the internal oil phase to the external oil phase is preferably 1:5 to 1:500 by weight, more preferably 1:5 to 1:300, and even more preferably 1:5 to 1:100.
- a preferred method for preparing an emulsion from the internal oil phase and the external oil phase is to add the internal oil phase to the external oil phase and emulsify using an emulsifier or disperser.
- emulsifiers and dispersers include batch-type emulsifiers such as homogenizers (manufactured by IKA, etc.), Polytron homogenizers (manufactured by Central Scientific Trading Co., Ltd.
- Examples include continuous emulsifiers such as Tron (manufactured by Eurotech, etc.) and Fine Flow Mill (manufactured by Pacific Machinery Co., Ltd.); high-pressure emulsifiers such as Microfluidizer (manufactured by Powrex Corporation), Nanomizer (manufactured by Nanomizer Co., Ltd.), Nano perenniala (manufactured by Yoshida Kikai Kogyo Co., Ltd.), and APV Gaulin (manufactured by Gaulin Co., Ltd.); membrane emulsifiers such as membrane emulsifiers (manufactured by Reika Kogyo, etc.); vibration emulsifiers such as Vibromixer (manufactured by Reika Kogyo, etc.); and ultrasonic emulsifiers such as ultrasonic homogenizers (manufactured by Branson, etc.).
- continuous emulsifiers such as Tron (man
- any other appropriate ingredients may be added as long as they do not impair the effects of the present invention.
- the concentration of polyamic acid in the emulsion prepared from the internal oil phase and the external oil phase may be any appropriate concentration as long as it does not impair the effects of the present invention. From the perspective of further enhancing the effects of the present invention, the concentration of polyamic acid in the emulsion prepared from the internal oil phase and the external oil phase is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.2% by weight to 20.0% by weight, and even more preferably 0.3% by weight to 10.0% by weight.
- step II a chemical imidization reaction is carried out in the emulsion prepared in step I.
- step II a chemical imidization agent is preferably added to the emulsion to carry out a chemical imidization reaction.
- any appropriate chemical imidizing agent may be used as long as it does not impair the effects of the present invention.
- the chemical imidizing agent may be a single type or two or more types.
- An example of such a chemical imidizing agent is a combination of pyridine and acetic anhydride.
- the weight ratio of pyridine to acetic anhydride when using a combination of pyridine and acetic anhydride is preferably 1:0.1 to 1:10, more preferably 1:0.3 to 1:3, even more preferably 1:0.5 to 1:2, and particularly preferably 1:0.8 to 1:1.2.
- the amount of chemical imidization agent used may be any appropriate amount as long as it does not impair the effects of the present invention. From the perspective of further enhancing the effects of the present invention, the amount of chemical imidization agent used is preferably 40 to 1,200 parts by weight, more preferably 60 to 1,000 parts by weight, and even more preferably 80 to 800 parts by weight, per 100 parts by weight of polyamic acid in the internal oil phase.
- the reaction temperature for the chemical imidization reaction can be set to any appropriate temperature depending on the boiling point of the solvent in the external oil phase, as long as the effects of the present invention are not impaired. From the perspective of further demonstrating the effects of the present invention, the reaction temperature for the chemical imidization reaction is preferably 100°C or less, more preferably 0°C to 90°C, and even more preferably 20°C to 80°C.
- reaction time for the chemical imidization reaction is preferably 0.1 to 50 hours, and more preferably 1.0 to 24 hours.
- polyimide hollow particles are formed in the reaction solution.
- the polyimide hollow particles can be isolated by solid-liquid separation using any appropriate method, washed as needed using any appropriate method, and dried as needed using any appropriate method to obtain the desired polyimide hollow particles.
- Any appropriate method for solid-liquid separation may be used as long as it does not impair the effects of the present invention. Examples of such a method include centrifugation.
- Step III a thermal imidization reaction is carried out. After the chemical imidization reaction, a thermal imidization reaction is carried out as Step III.
- the polyimide hollow particles formed in Step II are isolated, washed by any appropriate method as needed, and dried by any appropriate method as needed, before Step III is carried out.
- step III a thermal imidization reaction is preferably carried out by heat treatment.
- the method for producing polyimide hollow particles according to an embodiment of the present invention includes step III, which allows for sufficient imidization. Furthermore, the heat treatment for the thermal imidization reaction allows for sufficient removal of the solvent from the polyamic acid solution used in the internal oil phase and the solvent from the external oil phase, resulting in satisfactory formation of the hollow portions of the hollow particles. As a result, polyimide hollow particles with excellent heat resistance and excellent dielectric properties can be produced.
- the heat treatment temperature for the thermal imidization reaction can be set at any appropriate temperature within a range that does not impair the effects of the present invention. However, a temperature at which imidization proceeds sufficiently and the solvent used in the internal oil phase and the external oil phase can be sufficiently removed is preferred. Such a heat treatment temperature is preferably 100°C or higher, more preferably 150°C to 500°C, and even more preferably 250°C to 400°C.
- the heat treatment temperature for the thermal imidization reaction may or may not be constant. For example, the heating conditions may be gradually increased from a low temperature.
- the maximum heat treatment temperature is preferably 200°C to 500°C. This temperature range facilitates the thermal imidization reaction, thereby improving the mechanical properties and heat resistance of the polyimide hollow particles. A heat treatment temperature of 500°C or less is preferred because it suppresses thermal degradation of the polyimide and prevents deterioration of its properties.
- the heat treatment time for the thermal imidization reaction can be any appropriate time as long as it does not impair the effects of the present invention. From the perspective of further demonstrating the effects of the present invention, the heat treatment time is preferably 0.1 to 50 hours, more preferably 1.0 to 24 hours, and even more preferably 1.0 to 12 hours.
- Heat treatment can be carried out in air, under reduced pressure, or in an inert gas atmosphere such as nitrogen. Furthermore, known heating equipment can be used for the heat treatment.
- volume average particle diameter of the particles was measured using a Coulter Multisizer (registered trademark) 4e (a measuring device manufactured by Beckman Coulter, Inc.). The measurement was performed using an aperture calibrated according to the Multisizer 4e user's manual published by Beckman Coulter, Inc. The aperture used for the measurement was appropriately selected depending on the assumed volume average particle diameter of the particles to be measured.
- the assumed volume average particle diameter was 0.2 ⁇ m to 6 ⁇ m, an aperture having a size of 10 ⁇ m was selected; when the assumed volume average particle diameter was 1.0 ⁇ m to 32 ⁇ m, an aperture having a size of 50 ⁇ m was selected; and when the assumed volume average particle diameter was 2.0 ⁇ m to 60 ⁇ m, an aperture having a size of 100 ⁇ m was selected. If the volume average particle diameter after measurement was different from the assumed volume average particle diameter, the aperture was changed to one having an appropriate size and the measurement was performed again.
- the measurement sample was a dispersion prepared by dispersing 0.1 g of particles in 10 ml of a 0.1 wt % aqueous solution of a nonionic surfactant using a touch mixer (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., "TOUCHMIXER MT-31”) and an ultrasonic cleaner (manufactured by Vervoclear, "ULTRASONIC CLEANER VS-150") to prepare a dispersion.
- a touch mixer manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., "TOUCHMIXER MT-31
- an ultrasonic cleaner manufactured by Vervoclear, "ULTRASONIC CLEANER VS-150
- the volume-average particle diameter of the particles was taken as the arithmetic mean of the particle size distribution based on the volume of 100,000 particles.
- the 5% thermal weight loss temperature was measured using a thermogravimetric and differential thermal analyzer (NEXTA STA200RV, manufactured by Hitachi High-Tech Science Corp.)
- the sampling method and temperature conditions were as follows.
- the sample for measurement was prepared by packing 10.5 ⁇ 0.5 mg of sample into the bottom of a platinum measurement container without leaving any gaps.
- the 5% thermal weight loss temperature was measured using alumina as the reference material under an air or nitrogen gas flow rate of 200 mL/min.
- the TG/DTA curve was obtained by heating the sample from 30°C to 800°C at a heating rate of 10°C/min.
- the temperature at which the 5% thermal weight loss occurred was calculated from the obtained curve using the analysis software provided with the instrument, and this was taken as the 5% thermal weight loss temperature.
- ⁇ Dielectric properties of particles> The dielectric properties of the particles were measured using a dielectric constant measuring device (ADMS01Nc series) manufactured by AET Co., Ltd. The measurement was performed at a frequency of 10 GHz under the conditions of 23°C and a relative humidity of 51 ⁇ 1%. Based on the perturbation theory using a resonator, the relative permittivity of the particles and the dielectric loss tangent before the heating test were calculated.
- Example 1 4.0 g of the polyamic acid solution A obtained in Production Example 1 was used as the internal oil phase. Furthermore, 0.04 g of silica particles (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., "AEROSIL (registered trademark) R972") as a dispersant and 66.4 g of cyclohexane as a solvent were mixed and dissolved to prepare an outer oil phase. The inner oil phase was added to the outer oil phase, and emulsification and dispersion were performed at 8,000 rpm for 1 minute using a Polytron Homogenizer PT10-35 (Central Scientific Trading Co., Ltd.).
- silica particles manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., "AEROSIL (registered trademark) R972"
- 66.4 g of cyclohexane 66.4 g of cyclohexane as a solvent were mixed and dissolved to prepare an outer oil phase.
- the inner oil phase was added to the outer oil phase, and
- a cross-sectional photograph of the obtained particles (1) is shown in Figure 2. It was confirmed that the obtained particles (1) were hollow particles having a hollow portion surrounded by a shell, and that in addition to the hollow portion, the shell had a structure having one or more air spaces inside it.
- the blending amounts and various measurement results are shown in Table 1.
- Example 2 Particles (2) were obtained in the same manner as in Example 1, except that the inner oil phase was changed to 4.0 g of the polyamic acid solution B obtained in Production Example 2.
- the volume average particle diameter of the obtained particles (2) was 14.8 ⁇ m.
- a cross-sectional photograph of the obtained particles (2) is shown in Figure 3. It was confirmed that the obtained particles (2) were hollow particles having a hollow portion surrounded by a shell, and that in addition to the hollow portion, the shell had a structure having one or more air spaces inside it.
- the blending amounts and various measurement results are shown in Table 1.
- Example 3 Particles (3) were obtained in the same manner as in Example 1, except that the internal oil phase was changed to 4.0 g of the polyamic acid solution C obtained in Production Example 3.
- the volume average particle diameter of the obtained particles (3) was 18.9 ⁇ m.
- a cross-sectional photograph of the obtained particles (3) is shown in Figure 4. It was confirmed that the obtained particles (2) were hollow particles having a hollow portion surrounded by a shell, and that in addition to the hollow portion, the shell had a structure having one or more air spaces inside it.
- the blending amounts and various measurement results are shown in Table 1.
- Example 4 Particles (4) were obtained in the same manner as in Example 1, except that the inner oil phase was changed to 4.0 g of the polyamic acid solution D obtained in Production Example 4.
- the volume average particle diameter of the obtained particles (4) was 17.3 ⁇ m.
- a cross-sectional photograph of the obtained particles (4) is shown in Figure 5. It was confirmed that the obtained particles (4) were hollow particles having a hollow portion surrounded by a shell, and that in addition to the hollow portion, the shell had a structure having one or more air spaces inside it.
- the blending amounts and various measurement results are shown in Table 1.
- Example 5 The external oil phase was prepared by mixing and dissolving 83.4 g of silicone oil (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., "KF-96-50cs”) as a solvent and 0.28 g of a silicone surfactant (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., "KF-6048") as a dispersant. Particles (5) were obtained in the same manner as in Example 3, except that the above external oil phase was used. The volume average particle diameter of the obtained particles (5) was 13.2 ⁇ m. A cross-sectional photograph of the obtained particles (5) is shown in FIG. 6. It was confirmed that the obtained particles (5) were hollow particles having a hollow portion surrounded by a shell, and that in addition to the hollow portion, the shell had a structure having one or more air spaces inside it. The blending amounts and various measurement results are shown in Table 1.
- Example 6 Particles (6) were obtained in the same manner as in Example 1, except that the inner oil phase was changed to 4.0 g of the polyamic acid solution E obtained in Production Example 5.
- the volume average particle diameter of the obtained particles (6) was 14.2 ⁇ m.
- a cross-sectional photograph of the obtained particles (6) is shown in FIG. 7. It was confirmed that the obtained particles (6) were hollow particles having a hollow portion surrounded by a shell, and that in addition to the hollow portion, the shell had a structure having one or more air spaces inside it.
- the blending amounts and various measurement results are shown in Table 1.
- Example 7 Particles (7) were obtained in the same manner as in Example 1, except that the internal oil phase was changed to 4.0 g of the polyamic acid solution F obtained in Production Example 7.
- the volume average particle diameter of the obtained particles (7) was 13.9 ⁇ m.
- a cross-sectional photograph of the obtained particles (7) is shown in FIG. 8. It was confirmed that the obtained particles (7) were hollow particles having a hollow portion surrounded by a shell, and that in addition to the hollow portion, the shell had a structure having one or more air spaces inside it.
- the blending amounts and various measurement results are shown in Table 1.
- Example 8 Particles (8) were obtained in the same manner as in Example 7, except that 0.012 g of Petrotack 100V (aliphatic/aromatic hydrocarbon resin, manufactured by Tosoh Corporation) was added to the internal oil phase. The volume average particle diameter of the obtained particles (8) was 14.9 ⁇ m. A cross-sectional photograph of the obtained particles (8) is shown in FIG. 9. It was confirmed that the obtained particles (8) were hollow particles having a hollow portion surrounded by a shell, and that in addition to the hollow portion, the shell had a structure having one or more air spaces therein. The blending amounts and various measurement results are shown in Table 1.
- Example 9 Particles (9) were obtained in the same manner as in Example 7, except that 0.020 g of Petrotack 100V (aliphatic/aromatic hydrocarbon resin, manufactured by Tosoh Corporation) was added to the internal oil phase.
- the volume average particle diameter of the obtained particles (9) was 15.1 ⁇ m.
- a cross-sectional photograph of the obtained particles (9) is shown in FIG. 10. It was confirmed that the obtained particles (9) were hollow particles having a hollow portion surrounded by a shell, and that in addition to the hollow portion, the shell had a structure having one or more air spaces inside it.
- the blending amounts and various measurement results are shown in Table 1.
- the inner oil phase was added to the outer oil phase, and emulsification and dispersion treatment was carried out for 2 minutes at 3000 rpm using a Polytron Homogenizer PT10-35 (Central Scientific Trading Co., Ltd.) 0.4 g of acetic anhydride and 0.4 g of pyridine were added as chemical imidization agents to the resulting emulsion, and the mixture was heated at 60°C for 3 hours with stirring to allow the chemical imidization reaction to proceed. Thereafter, the reaction system was cooled to room temperature, and the particles were precipitated by centrifugation, the supernatant was removed, and the particles were washed with cyclohexane and 2-propanol and dried to obtain particles (C1).
- a Polytron Homogenizer PT10-35 Central Scientific Trading Co., Ltd.
- acetic anhydride and 0.4 g of pyridine were added as chemical imidization agents to the resulting emulsion, and the mixture was heated at 60°C for 3 hours with stirring
- the volume average particle diameter of the obtained particles (C1) was 14.0 ⁇ m.
- a cross-sectional photograph of the obtained particles (C1) is shown in FIG. 11. It was confirmed that the obtained particles (C1) were hollow particles having a hollow portion surrounded by a shell, and that in addition to the hollow portion, the shell had a structure having one or more void spaces therein.
- the blending amounts and various measurement results are shown in Table 1.
- Comparative Example 2 An emulsification and dispersion treatment was carried out in the same manner as in Comparative Example 1, except that 0.56 g of acrylic resin (product name "Macromonomer AB-6", manufactured by Toagosei Co., Ltd.) was used instead of 0.04 g of silica particles (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., "AEROSIL (registered trademark) R972").
- acrylic resin product name "Macromonomer AB-6", manufactured by Toagosei Co., Ltd.
- silica particles manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.
- AEROSIL registered trademark
- Polyimide hollow particles according to embodiments of the present invention and polyimide hollow particles obtained by the manufacturing method according to embodiments of the present invention can be used as semiconductor materials, etc.
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Abstract
シェル部と該シェル部により囲われた中空部分を有するポリイミド中空粒子であって、耐熱性に優れ、かつ優れた誘電特性を有するポリイミド中空粒子を提供する。また、そのようなポリイミド中空粒子を製造する方法を提供する。 本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、シェル部と該シェル部により囲われた中空部分を有するポリイミド中空粒子であって、測定周波数10GHzにおける誘電正接が0.0070未満である。
Description
本発明は、ポリイミド中空粒子、およびポリイミド中空粒子の製造方法に関する。
ポリイミドは、耐熱性、耐溶剤性、機械的特性、電気絶縁性等に優れ、化学的、機械的に安定な材料である。このため、ポリイミドは、電気絶縁部品のコーティング材、成形用充填剤、電気・電子材料、金属・セラミックス代替材料、フィルム、ワニス、接着剤、バルク状成型材料、複合材料などに用いられ得る。
ポリイミドを粒子化したポリイミド粒子は、上記のポリイミド由来の特性に加えて、その形状や構造に起因する特性が付与される。さらに、粒子に軽量性や断熱性などを付与する手段として、中空粒子化が知られている。したがって、ポリイミド粒子を中空粒子化してポリイミド中空粒子とすれば、上記のポリイミド由来の特性に加えて、中空構造に由来する特性が付与され、従来の用途における性能向上や、新たな用途への展開が期待される。
特許文献1には、少なくとも50%のアミド系溶媒を含む有機溶媒にポリアミック酸を溶解させたポリアミック酸溶液を、ポリアクリル酸エステル系の高分子界面活性剤を含む貧溶媒に特定条件で注入して、ポリアミック酸微粒子の分散液を調製し、調製したポリアミック酸微粒子の分散液に、ピリジン/無水酢酸混合溶液を添加して、化学イミド化させることで、ポリイミド微粒子分散液を調製し、調製したポリイミド微粒子分散液について、有機溶媒と貧溶媒を相分離させ、その液-液界面にポリイミド微粒子を凝集させてポリイミド微粒子凝集体を生成させ、生成したポリイミド微粒子凝集体を分離・回収した後、乾燥することで、ポリイミド微粒子凝集体を製造する方法が開示されている。
しかし、特許文献1に記載の製造方法で得られるポリイミド微粒子凝集体は、分散剤として用いる耐熱性の低いポリアクリル酸エステル系の高分子界面活性剤を微粒子凝集体中に含んでしまい、また、その分散剤の使用量が多いため、ポリイミドが本来発現し得る耐熱性を低下させてしまうという問題、および誘電特性が悪化する問題などがある。
特許文献2には、中空粒子を構成するシェルが1種以上の層からなり、該層のうちの最外層がポリイミド(a1)からなる層(a1)である、0.1μm~1mmの体積平均粒子径を有する中空粒子の製造方法であって、下記の第1工程~第6工程を含むことを特徴とする中空粒子の製造方法が開示されている。
第1工程:ポリアミック酸及び溶媒(s1)からなるポリアミック酸溶液(S1)を製造する工程。
第2工程:ポリアミック酸溶液(S1)中に、その他の材料(b)からなる微粒子(A1)を分散させて分散液(D1)を製造する工程。
第3工程:ポリアミック酸を溶解せず溶媒(s1)と相溶する溶媒(s2)中に、疎水性微粒子(A2)を分散させた分散液(D2)と、分散液(D1)とを混合攪拌して、ポリアミック酸が微粒子(A1)の表面に吸着した前駆体粒子(A3)を含む分散液(D3)を製造する工程。
第4工程:分散液(D3)から、前駆体粒子(A3)を分離して取り出す工程。
第5工程:前駆体粒子(A3)を、SP値が7以下であり、かつ沸点が溶媒(s1)及び溶媒(s2)の沸点以上である疎水性溶媒(s3)中に分散し、溶媒(s1)及び溶媒(s2)の沸点以上で疎水性溶媒(s3)の沸点以下の温度でイミド化反応させて、イミド化粒子(A4)の疎水性溶媒分散液(D4)を得る工程。
第6工程:疎水性溶媒分散液(D4)から分離、洗浄及び乾燥してイミド化粒子(A4)を得る工程であって、その他の材料(b)からなる微粒子(A1)が中空微粒子の場合は、得られるイミド化粒子(A4)は目的の中空粒子として得られ、微粒子(A1)が実入り微粒子の場合は、得られたイミド化粒子(A4)を水性媒体に加えて分散させ、さらにその他の材料(b)の溶解剤もしくは分解剤を添加して、材料(b)を除去及び洗浄して目的の中空粒子を得る工程。
第1工程:ポリアミック酸及び溶媒(s1)からなるポリアミック酸溶液(S1)を製造する工程。
第2工程:ポリアミック酸溶液(S1)中に、その他の材料(b)からなる微粒子(A1)を分散させて分散液(D1)を製造する工程。
第3工程:ポリアミック酸を溶解せず溶媒(s1)と相溶する溶媒(s2)中に、疎水性微粒子(A2)を分散させた分散液(D2)と、分散液(D1)とを混合攪拌して、ポリアミック酸が微粒子(A1)の表面に吸着した前駆体粒子(A3)を含む分散液(D3)を製造する工程。
第4工程:分散液(D3)から、前駆体粒子(A3)を分離して取り出す工程。
第5工程:前駆体粒子(A3)を、SP値が7以下であり、かつ沸点が溶媒(s1)及び溶媒(s2)の沸点以上である疎水性溶媒(s3)中に分散し、溶媒(s1)及び溶媒(s2)の沸点以上で疎水性溶媒(s3)の沸点以下の温度でイミド化反応させて、イミド化粒子(A4)の疎水性溶媒分散液(D4)を得る工程。
第6工程:疎水性溶媒分散液(D4)から分離、洗浄及び乾燥してイミド化粒子(A4)を得る工程であって、その他の材料(b)からなる微粒子(A1)が中空微粒子の場合は、得られるイミド化粒子(A4)は目的の中空粒子として得られ、微粒子(A1)が実入り微粒子の場合は、得られたイミド化粒子(A4)を水性媒体に加えて分散させ、さらにその他の材料(b)の溶解剤もしくは分解剤を添加して、材料(b)を除去及び洗浄して目的の中空粒子を得る工程。
しかし、特許文献2に記載の製造方法は、いわゆるテンプレート法による中空粒子の製造方法であり、得られる粒子の粒子径はテンプレート粒子の粒子径に依存してしまう。また、テンプレート粒子がシェル部により囲われた中空部分に残存することによって、テンプレート粒子の物性が得られる中空粒子の物性に影響を与え、ポリイミドが本来発現し得る耐熱性を低下させてしまう問題、および誘電特性が悪化する問題などがある。
特許文献3には、アルキレングリコール系溶媒を含む溶媒中にテトラカルボン酸成分を含ませてなる溶液(a)と、アルキレングリコール系溶媒を含む溶媒中にジアミン成分を含ませてなる溶液(b)を別々に調製した後、溶液(a)に対し溶液(b)を添加して又は溶液(b)に対し溶液(a)を添加して、ポリアミド酸を含有する溶液(c)を調製し、次いで、溶液(c)を加熱することにより、ポリアミド酸をイミド化するとともに該溶液(c)中でポリイミド樹脂粉末を析出させて、ポリイミド樹脂粉末を合成する方法が開示されている。
しかし、特許文献3に記載の製造方法で得られるポリイミド樹脂粉末は、溶剤析出法によりその構造が中実であるため、誘電特性が悪いという問題がある。
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、シェル部と該シェル部により囲われた中空部分を有するポリイミド中空粒子であって、耐熱性に優れ、かつ優れた誘電特性を有するポリイミド中空粒子を提供することにある。また、そのようなポリイミド中空粒子を製造する方法を提供することにある。
[1]本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、
シェル部と該シェル部により囲われた中空部分を有するポリイミド中空粒子であって、
測定周波数10GHzにおける誘電正接が0.0070未満である。
[2]上記[1]に記載のポリイミド中空粒子は、測定周波数10GHzにおける比誘電率が2.5未満であってもよい。
[3]上記[1]または[2]に記載のポリイミド中空粒子において、上記シェル部が、エステル結合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Aを含むポリイミド(P)を含んでいてもよい。
[4]上記[1]から[3]までのいずれか1つに記載のポリイミド中空粒子は、上記ポリイミド中空粒子を空気雰囲気下において10℃/分で昇温した際の5%熱重量減少温度が370℃以上であってもよい。
[5]上記[1]から[4]までのいずれか1つに記載のポリイミド中空粒子は、体積平均粒子径が0.1μm~100μmであってもよい。
[6]上記[1]から[5]までのいずれか1つに記載のポリイミド中空粒子は、上記中空部分は1つの中空領域からなり、上記シェル部が1つ以上の空域を有していてもよい。
[7]上記[1]から[6]までのいずれか1つに記載のポリイミド中空粒子は、測定周波数10GHzにおける比誘電率が2.0未満であってもよい。
[8]本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子の製造方法は、
エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物およびジアミンから形成されるポリアミック酸を含む溶液、および分散剤を添加した溶媒から乳化液を調製する工程と、
上記乳化液中で化学イミド化反応を行う工程と、
熱イミド化反応を行う工程と、
を含む。
[9]上記[8]に記載のポリイミド中空粒子の製造方法において、前記ポリアミック酸を含む溶液が、脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂を0重量%~10重量%含んでいてもよい。
シェル部と該シェル部により囲われた中空部分を有するポリイミド中空粒子であって、
測定周波数10GHzにおける誘電正接が0.0070未満である。
[2]上記[1]に記載のポリイミド中空粒子は、測定周波数10GHzにおける比誘電率が2.5未満であってもよい。
[3]上記[1]または[2]に記載のポリイミド中空粒子において、上記シェル部が、エステル結合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Aを含むポリイミド(P)を含んでいてもよい。
[4]上記[1]から[3]までのいずれか1つに記載のポリイミド中空粒子は、上記ポリイミド中空粒子を空気雰囲気下において10℃/分で昇温した際の5%熱重量減少温度が370℃以上であってもよい。
[5]上記[1]から[4]までのいずれか1つに記載のポリイミド中空粒子は、体積平均粒子径が0.1μm~100μmであってもよい。
[6]上記[1]から[5]までのいずれか1つに記載のポリイミド中空粒子は、上記中空部分は1つの中空領域からなり、上記シェル部が1つ以上の空域を有していてもよい。
[7]上記[1]から[6]までのいずれか1つに記載のポリイミド中空粒子は、測定周波数10GHzにおける比誘電率が2.0未満であってもよい。
[8]本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子の製造方法は、
エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物およびジアミンから形成されるポリアミック酸を含む溶液、および分散剤を添加した溶媒から乳化液を調製する工程と、
上記乳化液中で化学イミド化反応を行う工程と、
熱イミド化反応を行う工程と、
を含む。
[9]上記[8]に記載のポリイミド中空粒子の製造方法において、前記ポリアミック酸を含む溶液が、脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂を0重量%~10重量%含んでいてもよい。
本発明の実施形態によれば、シェル部と該シェル部により囲われた中空部分を有するポリイミド中空粒子であって、耐熱性に優れ、かつ優れた誘電特性を有するポリイミド中空粒子を提供することができる。また、そのようなポリイミド中空粒子を製造する方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
≪≪1.ポリイミド中空粒子≫≫
≪1-1.ポリイミド中空粒子の構造と特性≫
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、シェル部と該シェル部により囲われた中空部分を有するポリイミド粒子である。本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、測定周波数10GHzにおける誘電正接が0.0070未満である。
≪1-1.ポリイミド中空粒子の構造と特性≫
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、シェル部と該シェル部により囲われた中空部分を有するポリイミド粒子である。本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、測定周波数10GHzにおける誘電正接が0.0070未満である。
ここでいう中空とは、内部が樹脂以外の物質、例えば、気体や液体等で満たされている状態を意味し、本発明の効果をより発現させ得る点で、好ましくは、気体で満たされている状態を意味する。
シェル部に囲われた中空部分は、1つの中空領域からなるものであってもよいし、複数の中空領域または多孔質構造からなっていてもよい。
中空部分は1つの中空領域からなり、かつ、シェル部は1つ以上の空域を有していてもよい。ここで、上記空域は、シェル部により囲われた中空部分とは別の構成である。典型的には、中空部分はポリイミド中空粒子内で最も大きい空隙(ポリイミドが存在しない部分)であり、当該中空部分の外側に位置する、中空部分以外のポリイミド中空粒子の部分がシェル部である。上記空域は、シェル部の内部に存在する。シェル部は2以上の空域を有していてもよい。
図1は、中空部分が1つの中空領域からなり、かつシェル部が1つ以上の空域を有するポリイミド中空粒子の概略断面図である。図1に示されるポリイミド中空粒子10は、シェル部1とシェル部1により囲われた中空部分2とを有する。図1において、シェル部1は複数の空域3を有している。図1に示されるように、中空部分2は好ましくは1つの独立孔である。場合によっては、中空部分は1つの連通孔であってもよい。
ポリイミドは、優れた耐熱性を有する。したがって、シェル部と該シェル部により囲われた中空部分を有し、測定周波数10GHzにおける誘電正接が所定の数値範囲を満たす本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、耐熱性に優れ、かつ優れた誘電特性を有する。以上により、本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子を用いた樹脂組成物は、優れた誘電特性を発現できる。優れた誘電特性としては、例えば、低誘電率、低誘電正接が挙げられる。
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、体積平均粒子径が、好ましくは0.1μm~100μmであり、より好ましくは0.3μm~80μmであり、さらに好ましくは0.5μm~50μmである。本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子の体積平均粒子径が上記範囲内にあれば、本発明の効果がより発現し得る。上記体積平均粒子径が上記範囲を外れて小さすぎる場合、シェル部の厚みが相対的に薄くなるため、十分な強度を有するポリイミド中空粒子とならないおそれがある。上記体積平均粒子径が上記範囲を外れて大きすぎる場合、イミド化反応が十分に進行しておらず耐熱性が低下するおそれがある。
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、その粒子径の変動係数(CV値)が、好ましくは80%以下であり、より好ましくは1%~80%であり、さらに好ましくは2%~75%であり、特に好ましくは3%~70%であり、最も好ましくは5%~65%である。本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子の粒子径の変動係数(CV値)が上記範囲内にあれば、本発明の効果がより発現し得る。上記粒子径の変動係数(CV値)が上記範囲を外れて大きすぎる場合、粗大粒子量の増加により、例えば、樹脂組成物から樹脂層とした場合に、薄膜困難化や厚みにバラツキが生じるおそれがある。本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子の粒子径の変動係数(CV値)は小さければ小さいほど粒子径が揃っているために好ましいが、現実的に作製し得る点等を勘案すると、下限値は上記の通りになり得る。
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、空気雰囲気下において10℃/分で昇温した際の5%熱重量減少温度が、好ましくは370℃以上であり、より好ましくは390℃以上であり、さらに好ましくは400℃以上であり、特に好ましくは425℃以上である。上記5%熱重量減少温度の上限は、現実的には、好ましくは600℃以下である。上記5%熱重量減少温度が上記範囲内にあれば、本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は優れた耐熱性を発現できる。上記5%熱重量減少温度が上記範囲を外れて小さすぎると、例えば、ポリイミド中空粒子を熱硬化性樹脂と混練した場合、硬化反応のための加熱によりポリイミド中空粒子に変形が生じてしまい、中空部分が失われることで、ポリイミド中空粒子により樹脂組成物に発現されるべき誘電特性、例えば低誘電効果、低誘電正接化効果が低下してしまうおそれがある。
≪1-2.シェル部≫
シェル部は、ポリイミド(P)を含む。ポリイミド(P)は、例えば、無水テトラカルボン酸(a)とジアミン(b)との反応によって得られる。反応は、典型的には重合反応である。すなわち、ポリイミド(P)は、例えば、無水テトラカルボン酸(a)に由来する構成単位Aと、ジアミン(b)に由来する構成単位Bとを含む。ポリイミド(P)は、本発明の効果をより発現し得る点で、エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)とジアミン(b)との反応によって得られることが好ましい。すなわち、ポリイミド(P)は、好ましくはエステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)に由来する構成単位A1を含む。シェル部がこのような構造を有するポリイミド(P)を含むことにより、本発明の効果がより発現し得る。
シェル部は、ポリイミド(P)を含む。ポリイミド(P)は、例えば、無水テトラカルボン酸(a)とジアミン(b)との反応によって得られる。反応は、典型的には重合反応である。すなわち、ポリイミド(P)は、例えば、無水テトラカルボン酸(a)に由来する構成単位Aと、ジアミン(b)に由来する構成単位Bとを含む。ポリイミド(P)は、本発明の効果をより発現し得る点で、エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)とジアミン(b)との反応によって得られることが好ましい。すなわち、ポリイミド(P)は、好ましくはエステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)に由来する構成単位A1を含む。シェル部がこのような構造を有するポリイミド(P)を含むことにより、本発明の効果がより発現し得る。
エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)は、2以上のエステル結合を有していてもよい。すなわち、構成単位A1は、2以上のエステル結合を有していてもよい。
エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)は、好ましくは芳香環を有する。すなわち、ポリイミド(P)は、エステル結合を有する芳香族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が好ましい。
エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)は、下記式(1)で表される化合物であってもよい。
式(1)において、Aは、任意の有機基である。Aは、6以上の炭素原子を有していてもよく、芳香環を有していてもよい。Aは、ベンゼン環またはナフタレン環を有していてもよい。
エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)は、無水トリメリット酸と、ベンゼンジオール、ナフタレンジオール、ビスフェノール類、またはイソソルビドと、のエステル化物であってもよい。エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)は、好ましくは、無水トリメリット酸とベンゼンジオール、ナフタレンジオール、又はビスフェノール類とのエステル化物であり、より好ましくは、無水トリメリット酸とベンゼンジオール又はナフタレンジオールとのエステル化物である。無水トリメリット酸は、置換基を有していてもよく、有していなくてもよい。ベンゼンジオールは、好ましくはヒドロキノンである。ナフタレンジオールは、好ましくは2,6-ジヒドロキシナフタレンである。ビスフェノール類は、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールS等である。
エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)は、5、5’-[p-フェニレンビス(オキシカルボニル)]ジ無水フタル酸(TAHQ)、ナフタレン‐2、6‐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)であってもよい。エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)としては、商品名で、例えば、26DHN-TME、27DHN-TME、TMPBP-TME、BP-TME、BPS-TME、BPZ-TME(以上、本州化学工業社製)等を挙げることができる。
エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。上述のとおり、無水テトラカルボン酸(a)は、エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)であることが好ましい。場合によっては、無水テトラカルボン酸(a)は、エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)以外の無水テトラカルボン酸を含んでいてもよい。無水テトラカルボン酸(a)は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
ポリイミド(P)における構成単位A1は、下記式(A-1)で表される構成単位であってもよい。式(A-1)で表される構成単位Aは、上記の式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物(a1)に由来している。なお、式(A-1)において、イミド基に含まれる窒素原子は、エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物と反応したジアミンに由来する。
式(A-1)において、Aは、式(1)と同じである。式(A-1)で表される構成単位Aの具体例としては、下記式(A-2)、(A-3)が挙げられる。
ポリイミド(P)は、ジアミン(b)に由来する構成単位Bを有する。ジアミン(b)は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なジアミンを採用し得る。ジアミン(b)は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。ジアミン(b)としては、例えば、4,4'-ジアミノジフェニルメタン(DDM)、4,4'-ジアミノジフェニルエーテル(DPE)、4,4'-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル(BAPB)、1,4'-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE-Q)、1,3'-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE-R)、4,4'-ジアミノ-2,2'-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル(TFMB)、4,4'-ジアミノ-2,2'-ジメチルビフェニル(TBHG)、o-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、3,4'-ジアミノジフェニルエーテル、4,4'-ジアミノジフェニルスルフォン、3,4-ジアミノジフェニルスルフォン、3,3'-ジアミノジフェニルスルフォン、4,4'-メチレン-ビス(2-クロロアニリン)、3,3'-ジメチル-4,4'-ジアミノビフェニル、4,4'-ジアミノジフェニルスルフィド、2,6'-ジアミノトルエン、2,4-ジアミノクロロベンゼン、1,2-ジアミノアントラキノン、1,4-ジアミノアントラキノン、3,3'-ジアミノベンゾフェノン、3,4-ジアミノベンゾフェノン、4,4'-ジアミノベンゾフェノン、4,4'-ジアミノビベンジル、R(+)-2,2'-ジアミノ-1,1'-ビナフタレン、S(+)-2,2'-ジアミノ-1,1'-ビナフタレン等の芳香族ジアミン;1,2-ジアミノメタン、1,4-ジアミノブタン、テトラメチレンジアミン、1,10-ジアミノドデカン等の脂肪族ジアミン;1,4-ジアミノシクロヘキサン、1,2-ジアミノシクロヘキサン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、4,4'-ジアミノジシクロヘキシルメタン等の脂環族ジアミン;3,4-ジアミノピリジン;1,4-ジアミノ-2-ブタノン;が挙げられる。ジアミンのブロック化物をジアミンとして用いてもよい。本発明の効果をより発現させ得る観点等から、これらのジアミンの中でも、4,4'-ジアミノジフェニルエーテル(DPE)、4,4'-ジアミノ-2,2'-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル(TFMB)、4,4'-ジアミノ-2,2'-ジメチルビフェニル(TBHG)が好ましい。
構成単位Bは、4,4'-ジアミノジフェニルエーテル(DPE)、4,4'-ジアミノ-2,2'-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル(TFMB)、又は4,4'-ジアミノ-2,2'-ジメチルビフェニル(TBHG)に由来する構成単位であることが好ましい。
ポリイミド(P)は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
シェル部中のポリイミド(P)の含有割合は、本発明の効果をより発現させ得る点で、好ましくは60重量%~100重量%であり、より好ましくは70重量%~100重量%であり、さらに好ましくは80重量%~100重量%であり、特に好ましくは90重量%~100重量%である。
シェル部は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な他の成分を含んでいてもよい。
上述のとおり、ポリイミド(P)は、例えば、無水テトラカルボン酸(a)とジアミン(b)との反応によって得られ、好ましくは、エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)とジアミン(b)との反応によって得られる。以上によれば、ポリイミド中空粒子の誘電正接を低くすることができる。
無水テトラカルボン酸(a)とジアミン(b)のモル比は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なモル比を採用し得る。無水テトラカルボン酸(a)とジアミン(b)のモル比は、例えば1:0.5~1:1.7であり、好ましくは1:0.8~1:1.6であり、より好ましくは1:0.9~1:1.5であり、さらに好ましくは1:1~1:1.3である。
無水テトラカルボン酸(a)とジアミン(b)との反応は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な反応によって行うことができる。例えば、まず無水テトラカルボン酸(a)とジアミン(b)とからポリアミック酸を形成した後に、イミド化によってポリイミド(P)が得られる。
無水テトラカルボン酸(a)とジアミン(b)との反応は、例えば、ジアミン(b)を溶媒に溶解した溶液に無水テトラカルボン酸(a)を添加して撹拌することで行われる。ジアミン(b)を溶解する溶媒としては、任意の適切な溶媒を用いることができるが、無水テトラカルボン酸(a)を添加した後に得られるポリアミック酸が溶解する溶媒であることが好ましい。以上によれば、ポリイミド中空粒子の製造プロセスを簡便化することができ、例えば量産化に適している。このような溶媒としては、例えば,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などのアミド系溶媒、および1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(DMI)が挙げられる。溶媒は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
ポリアミック酸の形成を行う際には、本発明の効果を損なわない範囲で、無水テトラカルボン酸(a)およびジアミン(b)のいずれにも該当しない任意の適切な他の成分が含まれていてもよい。
上記他の成分として、ポリオレフィン、スチレン系ポリマー、(メタ)アクリル系ポリマー、スチレン-(メタ)アクリル系ポリマー、ポリカーボネート、スチレン-無水マレイン酸共重合体からなる群から選択される少なくとも1種である非架橋性ポリマーを含んでいてもよい。このような非架橋性ポリマーは、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
非架橋性ポリマーは、炭化水素系樹脂を含んでいてもよい。炭化水素系樹脂としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な化合物を採用し得る。炭化水素系樹脂は、例えば、脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂、芳香族系炭化水素樹脂、脂環系炭化水素樹脂、脂肪族系炭化水素樹脂が挙げられる。炭化水素系樹脂は、好ましくは、脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂、芳香族系炭化水素樹脂、および脂肪族系炭化水素樹脂からなる群より選択される少なくとも1つであり、より好ましくは、脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂、芳香族系炭化水素樹脂からなる群より選択される少なくとも1つであり、さらに好ましくは、脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂である。以上によれば、懸濁重合の際の重合油滴の相分離を促進し、結果として、より優れた低誘電特性を発現し得る。これら炭化水素系樹脂は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂は、脂肪族炭化水素と芳香族炭化水素とが共重合した炭化水素樹脂を意味する。脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂を構成する脂肪族炭化水素は、重合性不飽和結合を有する脂肪族炭化水素である。脂肪族炭化水素は、代表的には、ジエンであり、ナフサの熱分解により得られる脂肪族留分である。脂肪族炭化水素の炭素数は、例えば3~7、好ましくは4~6、より好ましくは5である。このような脂肪族炭化水素としては、例えばイソプレン、ピペリレン等の鎖状ジエン;シクロペンタジエン、メチルシクロペンタジエン、ジシクロペンタジエン、メチルジシクロペンタジエン、ジメチルジシクロペンタジエン等の環状ジエンが挙げられ、好ましくは鎖状ジエンである。これらの脂肪族炭化水素は1種であってもよいし、2種以上であってもよい。脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂を構成する芳香族炭化水素は、代表的には、重合性不飽和結合を含む鎖状又は環状の置換基を有する芳香族化合物である。芳香族炭化水素は、代表的には、ナフサの熱分解により得られる芳香族留分である。芳香族炭化水素の炭素数は、例えば7~11、好ましくは8~10である。このような芳香族炭化水素としては、例えばスチレン、α-メチルスチレン、β-メチルスチレン、ビニルトルエン、ジビニルベンゼン、インデン、メチルインデン等の環状ジエンが挙げられ、好ましくはスチレン、ビニルトルエン、インデンである。これらの芳香族炭化水素は1種であってもよいし、2種以上であってもよい。脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂は、例えば、スチレン、ビニルトルエン、インデン、イソプレン、ピペリレンを重合した樹脂である。脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂における芳香族炭化水素成分に対する脂肪族炭化水素成分の比(脂肪族炭化水素/芳香族炭化水素)は、好ましくは30%超、より好ましくは40%以上、さらに好ましくは45%以上であり、好ましくは70%以下、より好ましくは60%以下、さらに好ましくは50%以下である。脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂の重量平均分子量(Mw)は、例えば500~5,000であり、好ましくは1,000~4,800であり、より好ましくは2,000~4,500であり、さらに好ましくは3,000~4,000である。
芳香族系炭化水素樹脂は、芳香族炭化水素が共重合した炭化水素樹脂を意味する。芳香族炭化水素は、炭素数が例えば7~11、好ましくは8~10であり、脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂を構成する芳香族炭化水素として上述したのものが挙げられる。芳香族系炭化水素樹脂は、例えば、スチレン、ビニルトルエン、インデンを重合した樹脂である。
脂環系炭化水素樹脂は、例えば、脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂または芳香族系炭化水素樹脂を水素化して得られる樹脂である。
脂肪族系炭化水素樹脂は、脂肪族炭化水素を重合してなる炭化水素樹脂である。脂肪族系炭化水素樹脂を構成する脂肪族炭化水素は、炭素数が例えば3~7、好ましくは4~6、より好ましくは5であり、脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂を構成する脂肪族炭化水素として上述したのものが挙げられる。
無水テトラカルボン酸(a)、ジアミン(b)、上記溶媒、および非架橋性ポリマーの合計量に対し、炭化水素系樹脂の含有割合は、本発明の効果をより発現させ得る点で、好ましくは0重量%~10重量%であり、より好ましくは0重量%~5重量%であり、さらに好ましくは0重量%~2重量%である。無水テトラカルボン酸(a)、ジアミン(b)、上記溶媒、および非架橋性ポリマーの合計量に対し、炭化水素系樹脂の含有割合は、0重量%より大きくてもよく、0.1重量%以上、さらには0.3重量%以上であってもよい。無水テトラカルボン酸(a)、ジアミン(b)、上記溶媒、および非架橋性ポリマーの合計量に対し、非架橋性ポリマーの含有割合は、本発明の効果をより発現させ得る点で、好ましくは0重量%~20重量%であり、より好ましくは0重量%~10重量%であり、さらに好ましくは0重量%~5重量%であり、特に好ましくは0重量%~2重量%である。
イミド化は、例えば、化学イミド化反応および熱イミド化反応からなる群より選択される少なくとも1つにより行われ、好ましくは、化学イミド化反応および熱イミド化反応の両方によって行われる。
≪1-3.ポリイミド中空粒子の比誘電率、および誘電正接≫
中空粒子の用途の1つである電子機器において、通信のために発信された電波が誘電体において熱変換される伝送損失は、周波数と比誘電率の平方根と誘電正接との積として表される。つまり伝送信号は周波数に比例して熱に変わりやすいので、伝送損失を抑制するために高周波帯ほど通信部材(半導体部材)の材料に低誘電特性が要求される。
中空粒子の用途の1つである電子機器において、通信のために発信された電波が誘電体において熱変換される伝送損失は、周波数と比誘電率の平方根と誘電正接との積として表される。つまり伝送信号は周波数に比例して熱に変わりやすいので、伝送損失を抑制するために高周波帯ほど通信部材(半導体部材)の材料に低誘電特性が要求される。
そこで、本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子の比誘電率は、測定周波数10GHzにおいて、好ましくは2.5未満であり、より好ましくは1.0~2.3であり、さらに好ましくは1.0~2.2であり、よりさらに好ましくは1.0~2.1であり、特に好ましくは1.0~2.0であり、最も好ましくは1.0~2.0未満である。
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子の誘電正接は、測定周波数10GHzにおいて、好ましくは0~0.0060であり、より好ましくは0~0.0050であり、さらに好ましくは0~0.0045であり、特に好ましくは0~0.0040である。本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子の比誘電率および誘電正接が上記範囲内にあれば、本発明の効果がより発現し得る。
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、好ましくは測定周波数10GHzにおける比誘電率が2.5未満であり、かつ誘電正接が0.0050未満であり、より好ましくは測定周波数10GHzにおける比誘電率が2.3未満であり、かつ誘電正接が0.0045未満であり、さらに好ましくは測定周波数10GHzにおける比誘電率が2.0未満であり、かつ誘電正接が0.0045未満である。
上記比誘電率が2.5を上回る場合、ポリイミド中空粒子を、例えば、熱硬化性樹脂に混在させても、十分な低誘電率化効果を得られず、高周波帯での使用の際に、伝送損失が生じ、部材の発熱量が増大するおそれがある。
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子の比誘電率および誘電正接の値は上記に限定されない。例えば本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子が半導体部材以外の他の用途で用いられる場合、比誘電率および誘電正接の値は上記に限定されない。
≪1-4.ポリイミド中空粒子の用途≫
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、各種用途に採用し得る。本発明の効果をより活用し得る点で、本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、半導体部材(代表的には、半導体部材用樹脂組成物)、塗料組成物、化粧料、紙被覆組成物、断熱性組成物、光拡散性組成物、光拡散フィルム等の用途に好適であり、特に、半導体部材用樹脂組成物、塗料組成物に好適である。
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、各種用途に採用し得る。本発明の効果をより活用し得る点で、本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、半導体部材(代表的には、半導体部材用樹脂組成物)、塗料組成物、化粧料、紙被覆組成物、断熱性組成物、光拡散性組成物、光拡散フィルム等の用途に好適であり、特に、半導体部材用樹脂組成物、塗料組成物に好適である。
<半導体部材用樹脂組成物>
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、低誘電率化、低誘電正接化が達成でき、優れた耐熱性を発現できるので、半導体部材用樹脂組成物に好適に用い得る。
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、低誘電率化、低誘電正接化が達成でき、優れた耐熱性を発現できるので、半導体部材用樹脂組成物に好適に用い得る。
本発明の実施形態による半導体部材用樹脂組成物は、本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子を含む。
半導体部材とは、半導体を構成する部材を意味し、例えば、半導体パッケージや半導体モジュールが挙げられる。本明細書において、半導体部材用樹脂組成物とは、半導体部材に用いる樹脂組成物を意味する。
半導体パッケージとは、ICチップを必須構成部材として、モールド樹脂、アンダーフィル材、モールドアンダーフィル材、ダイボンド材、半導体パッケージ基板用プリプレグ、半導体パッケージ基板用金属張積層板、および半導体パッケージ用プリント回路基板のビルドアップ材料から選ばれる少なくとも1種の部材を用いて構成されるものである。
半導体モジュールとは、半導体パッケージを必須構成部材として、プリント回路基板用プリプレグ、プリント回路基板用金属張積層板、プリント回路基板用ビルドアップ材料、ソルダーレジスト材、カバーレイフィルム、電磁波シールドフィルム、およびプリント回路基板用接着シートから選ばれる少なくとも1種の部材を用いて構成されるものである。
<塗料組成物>
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、それを含む塗膜に優れた外観を付与し得るため、塗料組成物に好適に用い得る。
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子は、それを含む塗膜に優れた外観を付与し得るため、塗料組成物に好適に用い得る。
本発明の実施形態による塗料組成物は、本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子を含む。
本発明の実施形態による塗料組成物は、好ましくは、バインダー樹脂およびUV硬化性樹脂から選ばれる少なくとも1種を含む。バインダー樹脂は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。UV硬化性樹脂は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
バインダー樹脂としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なバインダー樹脂を採用し得る。このようなバインダー樹脂としては、例えば、有機溶剤または水に可溶な樹脂、水中に分散できるエマルション型の水性樹脂が挙げられる。バインダー樹脂としては、具体的には、例えば、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、塩素化ポリオレフィン樹脂、アモルファスポリオレフィン樹脂が挙げられる。
UV硬化性樹脂としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なUV硬化性樹脂を採用し得る。このようなUV硬化性樹脂としては、例えば、多官能(メタ)アクリレート樹脂、多官能ウレタンアクリレート樹脂が挙げられ、多官能(メタ)アクリレート樹脂が好ましく、1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を有する多官能(メタ)アクリレート樹脂がより好ましい。1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を有する多官能(メタ)アクリレート樹脂としては、具体的には、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、1,2,4-シクロヘキサンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタグリセロールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールトリアクリレート、トリペンタエリスリトールヘキサアクリレートが挙げられる。
本発明の実施形態による塗料組成物が、バインダー樹脂およびUV硬化性樹脂から選ばれる少なくとも1種を含む場合、その含有割合は、目的に応じて、任意の適切な含有割合を採用し得る。代表的には、バインダー樹脂(エマルション型の水性樹脂の場合は固形分換算)およびUV硬化性樹脂から選ばれる少なくとも1種と本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子との合計量に対して、本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子が、好ましくは5重量%~50重量%であり、より好ましくは10重量%~50重量%であり、さらに好ましくは20重量%~40重量%である。
UV硬化性樹脂が用いられる場合には、好ましくは、光重合開始剤が併用される。光重合開始剤としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な光重合開始剤を採用し得る。このような光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン類、ベンゾイン類、ベンゾフェノン類、ホスフィンオキシド類、ケタール類、α-ヒドロキシアルキルフェノン類、α-アミノアルキルフェノン、アントラキノン類、チオキサントン類、アゾ化合物、過酸化物類(特開2001-139663号公報等に記載)、2,3-ジアルキルジオン化合物類、ジスルフィド化合物類、フルオロアミン化合物類、芳香族スルホニウム類、オニウム塩類、ボレート塩、活性ハロゲン化合物、α-アシルオキシムエステルが挙げられる。
本発明の実施形態による塗料組成物は、溶剤を含んでいてもよい。溶剤は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。本発明の実施形態による塗料組成物が溶剤を含む場合、その含有割合は、目的に応じて、任意の適切な含有割合を採用し得る。
溶剤としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な溶剤を採用し得る。このような溶剤としては、好ましくは、バインダー樹脂またはUV硬化性樹脂を溶解または分散できる溶剤である。このような溶剤としては、油系塗料であれば、例えば、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶剤;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤;ジオキサン、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等のエーテル系溶剤;が挙げられ、水系塗料であれば、例えば、水、アルコール類が挙げられる。
本発明の実施形態による塗料組成物は、必要に応じて粘度を調整するために、希釈が施されていてもよい。希釈剤としては、目的に応じて、任意の適切な希釈剤を採用し得る。このような希釈剤としては、前述した溶剤が挙げられる。希釈剤は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
本発明の実施形態による塗料組成物は、必要に応じて、他の成分、例えば、塗面調整剤、流動性調整剤、紫外線吸収剤、光安定剤、硬化触媒、体質顔料、着色顔料、金属顔料、マイカ粉顔料、染料が含まれていてもよい。
本発明の実施形態による塗料組成物を使用して塗膜を形成する場合、その塗工方法としては、目的に応じて、任意の適切な塗工方法を採用し得る。このような塗工方法としては、例えば、スプレー塗装法、ロール塗装法、ハケ塗り法、コーティングリバースロールコート法、グラビアコート法、ダイコート法、コンマコート法、スプレーコート法が挙げられる。
本発明の実施形態による塗料組成物を使用して塗膜を形成する場合、その形成方法としては、目的に応じて、任意の適切な形成方法を採用し得る。このような形成方法としては、例えば、基材の任意の塗工面に塗工して塗工膜を作製し、この塗工膜を乾燥させた後、必要に応じて塗工膜を硬化させることによって、塗膜を形成する方法が挙げられる。基材としては、例えば、金属、木材、ガラス、プラスチック(PET(ポリエチレンテレフタレート)、PC(ポリカーボネート)、アクリル樹脂、TAC(トリアセチルセルロース)など)が挙げられる。
≪≪2.ポリイミド中空粒子の製造方法≫≫
本発明のポリイミド中空粒子の製造方法は、エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物およびジアミンから形成されるポリアミック酸を含む溶液、および分散剤を添加した溶媒から乳化液を調製する工程(以下、工程Iと称することがある)と、当該乳化液中で化学イミド化反応を行う工程(以下、工程IIと称することがある)と、熱イミド化反応を行う工程(以下、工程IIIと称することがある)と、を含む。
本発明のポリイミド中空粒子の製造方法は、エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物およびジアミンから形成されるポリアミック酸を含む溶液、および分散剤を添加した溶媒から乳化液を調製する工程(以下、工程Iと称することがある)と、当該乳化液中で化学イミド化反応を行う工程(以下、工程IIと称することがある)と、熱イミド化反応を行う工程(以下、工程IIIと称することがある)と、を含む。
本発明の実施形態による製造方法によれば、耐熱性に優れ、かつ優れた誘電特性を有するポリイミド中空粒子を製造できる。上記製造方法によれば、例えば、本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子を簡易に製造し得る。
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子の製造方法によれば、テンプレート粒子を用いた、いわゆるテンプレート法によらないため、得られるポリイミド中空粒子の粒子径がテンプレート粒子の粒子径に依存しないという利点がある。また、本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子の製造方法によれば、テンプレート粒子を用いたいわゆるテンプレート法によらず、テンプレート粒子がシェル部により囲われた中空部分に残存することがないため、テンプレート粒子の物性が得られるポリイミド中空粒子の物性に影響を与えないという利点があり、特に、ポリイミドが本来発現し得る耐熱性、および中空部分を有する構造による誘電特性を十分に発現できるという利点がある。
また、本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子の製造方法によれば、高温・高圧の条件を必要としないため、高温・高圧での反応のための特殊な製造設備を必要とせず、また、加熱および冷却に時間を要するなどの生産効率が悪くなる要因が低減されるという利点がある。
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子の製造方法は、工程I、工程II、工程III以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な工程を含んでいてもよい。
≪2-1.工程I≫
工程Iにおいては、エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物およびジアミンから形成されるポリアミック酸を含む溶液および分散剤を添加した溶媒から乳化液を調製する。工程Iは、エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物およびジアミンから形成されるポリアミック酸を含む溶液を含む内油相を調製する工程IAと、分散剤と溶媒とを含む外油相を調製する工程IBと、工程Iで調製した内油相と工程IIで調製した外油相から乳化液を調製する工程ICと、を含んでもよい。
工程Iにおいては、エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物およびジアミンから形成されるポリアミック酸を含む溶液および分散剤を添加した溶媒から乳化液を調製する。工程Iは、エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物およびジアミンから形成されるポリアミック酸を含む溶液を含む内油相を調製する工程IAと、分散剤と溶媒とを含む外油相を調製する工程IBと、工程Iで調製した内油相と工程IIで調製した外油相から乳化液を調製する工程ICと、を含んでもよい。
工程IAにおいては、ポリアミック酸を含む溶液を含む内油相を調製する。内油相は、好ましくはポリアミック酸を含む溶液そのものである。ポリアミック酸を含む溶液は、溶媒と、当該溶媒に溶解したポリアミック酸とを含む。
ポリアミック酸を含む溶液は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な方法で調製し得る。このような方法としては、例えば、ジアミンを溶媒に溶解したジアミン溶液にエステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物を混合して反応させる方法が挙げられる。
ジアミン溶液に用いられるジアミンとしては、≪≪1.ポリイミド中空粒子≫≫の≪1-2.シェル部≫の項目におけるジアミン(b)の説明をそのまま援用し得る。
ジアミン溶液に用いられる溶媒としては、実質的にジアミンが溶解するものであれば、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な溶媒を採用し得るが、実質的にジアミンが溶解し、かつ生成するポリアミック酸も溶解する溶媒であることが好ましい。このような溶媒は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。このような溶媒としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などのアミド系溶媒、および1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(DMI)が挙げられる。溶媒は上記の溶媒のみからなることが好ましいが、場合によっては、ポリアミック酸が溶解する範囲内で、ポリアミック酸の貧溶媒が混合されていてもよい。貧溶媒としては、例えば、2-プロパノン、3-ペンタノン、テトラヒドロピレン、エピクロロヒドリン、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、テトラヒドロフラン(THF)、酢酸エチル、アセトアニリド、メタノール、エタノール、イソプロパノール、トルエン、キシレンが挙げられる。
ジアミン溶液中のジアミンの濃度としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な濃度を採用し得る。良好な反応によりポリアミック酸を得る観点等から、このような濃度としては、好ましくは0.01重量%~20重量%であり、より好ましくは0.1重量%~10重量%であり、さらに好ましくは0.3重量%~9.0重量%であり、特に好ましくは0.5重量%~7.0重量%である。
用いられるエステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物としては、≪≪1.ポリイミド中空粒子≫≫の≪1-2.シェル部≫の項目におけるエステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物(a1)の説明をそのまま援用し得る。
エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物とジアミンのモル比は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なモル比を採用し得る。エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物とジアミンのモル比は、例えば1:0.5~1:1.7であり、好ましくは1:0.8~1:1.6であり、より好ましくは1:0.9~1:1.5であり、さらに好ましくは1:1~1:1.3である。
ジアミン溶液にエステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物を混合して反応させる方法としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な方法を採用し得る。ジアミン溶液にエステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物を混合して反応させる方法としては、例えば、撹拌子または撹拌翼によって撹拌する方法や、超音波によって撹拌する方法が挙げられる。
ジアミン溶液にエステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物を混合して反応させる温度としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な温度を採用し得る。このような温度としては、好ましくは0℃~130℃であり、より好ましくは5℃~80℃であり、さらに好ましくは10℃~50℃であり、特に好ましくは15℃~40℃であり、最も好ましくは20℃~30℃である。
ジアミン溶液にエステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物を混合して反応させる時間としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な時間を採用し得る。ポリアミック酸が溶解した溶液を調製する観点等から、このような時間としては、好ましくは10秒間~24時間であり、より好ましくは60秒間~12時間であり、さらに好ましくは5分間~6時間であり、特に好ましくは10分間~5時間である。
上記の方法によれば、ジアミンとエステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物の反応により生成されるポリアミック酸がジアミン溶液の溶媒に溶解したポリアミック酸溶液が得られる。
ポリアミック酸を含む溶液の調整方法は、上記に限定されない。例えば、エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物とジアミンからポリアミック酸の微粒子を得た後、ポリアミック酸の微粒子を溶媒に溶解させて、ポリアミック酸溶液を調製してもよい。ただし、ジアミン溶液にエステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物を混合して反応させることで直接ポリアミック酸溶液を得る方法の方が、プロセスが簡易であり、量産化に適している。
内油相は、ポリアミック酸溶液を含んでいれば、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な他の成分が含まれていてもよい。本発明の効果をより発現させ得る観点等から、内油相中の、ポリアミック酸溶液、すなわちポリアミック酸と溶媒との合計の含有割合は、好ましくは80重量%~100重量%であり、より好ましくは90重量%~100重量%であり、さらに好ましくは95重量%~100重量%であり、特に好ましくは98重量%~100重量%である。
内油相は、上記他の成分として、ポリオレフィン、スチレン系ポリマー、(メタ)アクリル系ポリマー、スチレン-(メタ)アクリル系ポリマー、ポリカーボネート、スチレン-無水マレイン酸共重合体からなる群から選択される少なくとも1種である非架橋性ポリマーを含んでいてもよい。すなわち、ポリアミック酸を含む溶液は、非架橋性ポリマーを含んでいてもよい。このような非架橋性ポリマーは、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。非架橋性ポリマーは、炭化水素系樹脂を含んでいてもよい。非架橋性ポリマーとして用いられる炭化水素系樹脂としては、≪≪1.ポリイミド中空粒子≫≫の≪1-2.シェル部≫の項目における炭化水素系樹脂の説明をそのまま援用し得る。炭化水素系樹脂は好ましくは脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂である。炭化水素系樹脂は、油滴安定剤として機能し得る。
ポリアミック酸を含む溶液(すなわち、内油相)中の炭化水素系樹脂の含有割合は、本発明の効果をより発現させ得る点で、好ましくは0重量%~10重量%であり、より好ましくは0重量%~5重量%であり、さらに好ましくは0重量%~2重量%である。内油相中の炭化水素系樹脂の含有割合は、0重量%より大きくてもよく、0.1重量%以上、さらには0.3重量%以上であってもよい。内油相中の非架橋性ポリマーの含有割合は、本発明の効果をより発現させ得る点で、好ましくは0重量%~20重量%であり、より好ましくは0重量%~10重量%であり、さらに好ましくは0重量%~5重量%であり、特に好ましくは0重量%~2重量%である。
内油相中のポリアミック酸の濃度としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な濃度を採用し得る。本発明の効果をより発現させ得る観点等から、このような濃度としては、好ましくは0.1重量%~30重量%であり、より好ましくは1重量%~25重量%であり、さらに好ましくは5重量%~20重量%であり、特に好ましくは10重量%~15重量%である。
工程IBにおいては、分散剤と溶媒とを含む外油相を調製する。
分散剤としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な分散剤を採用し得る。分散剤は、例えば、シロキサン結合を有する化合物、および二酸化ケイ素から選択される少なくとも1つである。シロキサン結合を有する化合物は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。二酸化ケイ素は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。ポリイミド中空粒子の誘電特性がより優れ得る観点から、分散剤は、二酸化ケイ素であることが好ましい。
シロキサン結合を有する化合物および二酸化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも1種を分散剤として採用することにより、耐熱性の低いポリアクリル酸エステル系の高分子界面活性剤などと異なり、分散剤自体の耐熱性が高いので、目的とするポリイミド粒子におけるポリイミドが本来発現し得る耐熱性を低下させない。さらに、シロキサン結合を有する化合物および二酸化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも1種を分散剤として採用すると、分散剤の使用量が少なくても良好な乳化液を得ることができ、また、ポリアミック酸からポリイミドとする化学イミド化反応を比較的濃度の高い系で行うことができ、製造効率に優れる。
シロキサン結合を有する化合物としては、Si-O-Si結合を有する化合物であり、好ましくは、式(2)で示される構造を有する化合物である。
式(2)中、R1、R2は、同一または異なって、それぞれ、水素原子またはアルキル基である。このアルキル基の炭素数は、本発明の効果をより発現させ得る観点等から、好ましくは1~10であり、より好ましくは1~6であり、さらに好ましくは1~4であり、特に好ましくは1~2であり、最も好ましくは1である。式(2)中、R1、R2は、本発明の効果をより発現させ得る観点等から、好ましくは、いずれもアルキル基であり、より好ましくはメチル基である。
シロキサン結合を有する化合物は、より好ましくは、式(2)で示される構造を繰り返し単位とするポリシロキサン構造を有する化合物であり、さらに好ましくは式(2)で示される構造(ただし、R1はメチル基、R2はメチル基)を繰り返し単位とするポリシロキサン構造(ポリジメチルシロキサン構造)を有する化合物である。
シロキサン結合を有する化合物の一つの実施形態は、ポリシロキサンである。ポリシロキサンを採用することにより、本発明の効果がより発現され得る。ポリシロキサンの一つの好ましい実施形態として、高重合度ポリシロキサンの自己乳化物が挙げられ、市販品としては、例えば、信越化学工業社製の「KM-9787」が挙げられる。
シロキサン結合を有する化合物の別の一つの実施形態は、式(2)で示される構造を有する化合物であって、アゾ基(-N=N-)を有する化合物である。このような化合物を採用することにより、本発明の効果がより発現され得る。
上記アゾ基を有する化合物は、数平均分子量Mnは、本発明の効果をより発現させ得る観点等から、好ましくは5000~1000000であり、より好ましくは10000~800000であり、さらに好ましくは30000~500000であり、特に好ましくは40000~300000であり、最も好ましくは50000~200000である。
上記アゾ基を有する化合物としては、本発明の効果をより発現させ得る観点等から、好ましくは、アミド結合(-NH-CO-)を有する。アゾ基(-N=N-)に加えてアミド結合を有することにより、アゾ基とアミド基に由来する電子的効果および立体的効果などで、本発明の効果がより発現され得る。
上記アゾ基を有する化合物としては、本発明の効果をより一層発現させ得る観点等から、より好ましくは、シアノ基を有する。アゾ基(-N=N-)に加えてアミド結合とシアノ基を有することにより、アゾ基とアミド基とシアノ基に由来する電子的効果および立体的効果などで、本発明の効果がより一層発現され得る。
上記アゾ基を有する化合物としては、本発明の効果を特に一層発現させ得る観点等から、ポリジメチルシロキサン構造とアゾ基とアミド基とシアノ基を有する化合物である。このような化合物としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な化合物を採用し得る。このような化合物としては、具体的には、例えば、ポリジメチルシロキサンユニット含有高分子アゾ重合開始剤として知られる富士フイルム和光純薬社製の商品名「VPS-1001」、「VPS-1001N」が挙げられる。
シロキサン結合を有する化合物の別の一つの実施形態は、式(2)で示される構造を有する化合物であって、シリコーン系界面活性剤として使用できる化合物である。シリコーン系界面活性剤は、例えば、直鎖あるいは分岐状ポリオキシアルキレン・アルキル共変性オルガノポリシロキサンである。このような化合物としては、具体的には、例えば、ポリエーテル変性シリコーン界面活性剤として知られる信越化学工業社製の商品名「KF-6048」等が挙げられる。
二酸化ケイ素の一つの実施形態は、比表面積が10m2/g以上の疎水性シリカ粒子である。このような疎水性シリカ粒子を採用することにより、本発明の効果がより発現され得る。
疎水性シリカ粒子の比表面積は、本発明の効果をより発現させ得る観点等から、好ましくは10m2/g~1000m2/gであり、より好ましくは30m2/g~500m2/gであり、さらに好ましくは50m2/g~300m2/gである。
二酸化ケイ素としては、比表面積が10m2/g以上の疎水性シリカ粒子であれば、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な化合物を採用し得る。このような化合物としては、具体的には、例えば、日本アエロジル社製の商品名「アエロジルR972」、「アエロジルR972CF」、「アエロジルR972V」、「アエロジルR974」、「アエロジルR976」、「アエロジルR976S」、「アエロジルR9200」が挙げられる。
外油相の溶媒としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な溶媒を採用し得る。このような溶媒は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
ポリイミド中空粒子の誘電特性がより優れ得る観点から、溶媒は、好ましくは炭化水素系溶媒である。炭化水素系溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンが挙げられる。
ポリイミド中空粒子の誘電特性がより優れ得る観点から、外油相の分散剤は二酸化ケイ素であり、溶媒は炭化水素系溶媒であることが好ましい。
場合によっては、外油相の溶媒としてシリコーンオイルを用いてもよい。例えば、分散剤としてシリコーン系界面活性剤を使用する場合、当該シリコーン系界面活性剤が溶解するシリコーンオイルを使用し得る。
外油相は、分散剤と溶媒を含んでいれば、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な他の成分が含まれていてもよい。本発明の効果をより発現させ得る観点等から、外油相中の、分散剤と溶媒の合計の含有割合は、好ましくは80重量%~100重量%であり、より好ましくは90重量%~100重量%であり、さらに好ましくは95重量%~100重量%であり、特に好ましくは98重量%~100重量%であり、最も好ましくは実質的に100重量%である。なお、「実質的に100重量%」とは、意図的に配合した他の成分は存在しないものの、本発明の効果に影響を与えない程度のごく微量(例えば、1重量%未満)の不純物の存在を包含し得る意味である。
外油相は、本発明の効果をより発現させ得る観点等から、好ましくは、溶媒に分散剤を溶解して調製し、より好ましくは、炭化水素系溶媒にシロキサン結合を有する化合物および二酸化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも1種を溶解して調製する。
外油相中の分散剤の濃度としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な濃度を採用し得る。本発明の効果をより発現させ得る観点等から、このような濃度としては、好ましくは0.001重量%~10重量%であり、より好ましくは0.005重量%~5.0重量%であり、さらに好ましくは0.01重量%~3.0重量%である。
工程ICにおいては、工程Iで調製した内油相と工程IIで調製した外油相から乳化液を調製する。乳化液の調製は、代表的には、内油相と外油相とを混合することで行う。
内油相と外油相の混合は、代表的には、外油相中に内油相を加える。
内油相と外油相の混合割合は、本発明の効果をより発現させ得る観点等から、重量比で、内油相:外油相が、好ましくは1:5~1:500であり、より好ましくは、1:5~1:300であり、さらに好ましくは1:5~1:100である。
内油相と外油相から乳化液を調製する方法としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な方法を採用し得る。本発明の効果をより発現させ得る観点等から、内油相と外油相から乳化液を調製する方法としては、好ましくは、外油相中に内油相を加え、乳化機や分散機を用いて乳化を行う。乳化機や分散機としては、例えば、ホモジナイザー(IKA社製など)、ポリトロンホモジナイザー(セントラル科学貿易社製やキネマティカ社製など)、ホモミクサーMARKII(プライミクス社製)等のバッチ式乳化機;エバラマイルダー(在原製作所社製)、フィルミックス(プライミクス社製)、コロイドミル(神鋼パンテック社製など)、スラッシャー(三井三池化工機社製など)、トリゴナル湿式微粉砕機(三井三池化工機社製など)、キャピトロン(ユーロテック社製など)、ファインフローミル(太平洋機工社製)等の連続式乳化機;マイクロフルイダイザー(パウレック社製)、ナノマイザー(ナノマイザー社製)、ナノヴェイタ(吉田機械興業社製)、APVガウリン(ガウリン社製)等の高圧乳化機;膜乳化機(冷化工業社製など)等の膜乳化機;バイブロミキサー(冷化工業社製など)等の振動式乳化機;超音波ホモジナイザー(ブランソン社製など)等の超音波乳化機;が挙げられる。
内油相と外油相から乳化液を調製する際には、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な他の成分を添加し得る。
内油相と外油相から調製する乳化液中のポリアミック酸の濃度は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な濃度を採用し得る。本発明の効果をより発現させ得る観点等から、内油相と外油相から調製する乳化液中のポリアミック酸の濃度は、好ましくは0.1重量%以上であり、より好ましくは0.2重量%~20.0重量%であり、さらに好ましくは0.3重量%~10.0重量%である。
≪2-2.工程II≫
工程IIにおいては、工程Iで調製した乳化液中で化学イミド化反応を行う。
工程IIにおいては、工程Iで調製した乳化液中で化学イミド化反応を行う。
工程IIにおいては、好ましくは、上記乳化液中に化学イミド化剤を添加して化学イミド化反応を行う。
化学イミド化剤としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な化学イミド化剤を採用し得る。化学イミド化剤は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。このような化学イミド化剤としては、例えば、ピリジンと無水酢酸の併用が挙げられる。ピリジンと無水酢酸の併用における使用比率は、本発明の効果をより発現させ得る観点等から、重量比で、ピリジン:無水酢酸が、好ましくは1:0.1~1:10であり、より好ましくは1:0.3~1:3であり、さらに好ましくは1:0.5~1:2であり、特に好ましくは1:0.8~1:1.2である。
化学イミド化剤の使用量は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な使用量を採用し得る。本発明の効果をより発現させ得る観点等から、化学イミド化剤の使用量は、内油相中のポリアミック酸100重量部に対して、好ましくは40重量部~1200重量部であり、より好ましくは60重量部~1000重量部であり、さらに好ましくは80重量部~800重量部である。
化学イミド化反応の反応温度としては、外油相中の溶媒の沸点により、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な反応温度を適宜設定し得る。本発明の効果をより発現させ得る観点等から、化学イミド化反応の反応温度としては、好ましくは100℃以下であり、より好ましくは0℃~90℃であり、より好ましくは20℃~80℃である。
化学イミド化反応の反応時間としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な時間を採用し得る。本発明の効果をより発現させ得る観点等から、化学イミド化反応の反応時間としては、好ましくは0.1時間~50時間であり、より好ましくは1.0時間~24時間である。
化学イミド化反応を行うことにより、反応液中にポリイミド中空粒子が形成する。ポリイミド中空粒子は、任意の適切な方法によって固液分離して単離し、必要により任意の適切な方法によって洗浄を行い、必要により任意の適切な方法によって乾燥して、得ることができる。
固液分離の方法としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な方法を採用し得る。このような固液分離の方法としては、例えば、遠心分離が挙げられる。
≪2-3.工程III≫
工程IIIにおいては、熱イミド化反応を行う。上記化学イミド化反応の後、工程IIIとして熱イミド化反応を行う。好ましくは、工程IIにおいて形成したポリイミド中空粒子を単離し、必要により任意の適切な方法によって洗浄を行い、および必要により任意の適切な方法によって乾燥した後、工程IIIを行う。
工程IIIにおいては、熱イミド化反応を行う。上記化学イミド化反応の後、工程IIIとして熱イミド化反応を行う。好ましくは、工程IIにおいて形成したポリイミド中空粒子を単離し、必要により任意の適切な方法によって洗浄を行い、および必要により任意の適切な方法によって乾燥した後、工程IIIを行う。
工程IIIにおいては、好ましくは熱処理により熱イミド化反応を行う。
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子の製造方法は、工程IIIを備えることにより、十分にイミド化を進めることができる。また、熱イミド化反応のための熱処理によって、内油相に用いるポリアミック酸溶液の溶媒および外油相の溶媒を十分に除去することができ、中空粒子の中空部分を良好に形成できる。以上によれば、耐熱性に優れ、かつ優れた誘電特性を有するポリイミド中空粒子を製造できる。
熱イミド化反応のための熱処理温度としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な温度を適宜設定し得るが、イミド化が十分に進行し、かつ内油相および外油相に用いた溶媒を十分に除去できる温度が好ましい。このような熱処理温度は、好ましくは100℃以上であり、より好ましくは150℃~500℃であり、さらに好ましくは250℃~400℃である。熱イミド化反応の熱処理温度は、一定であってもよいし一定でなくてもよい。例えば、加熱条件は低温から徐々に高温にしてもよい。熱処理の最高温度は好ましくは200℃~500℃である。以上の温度範囲によれば、熱イミド化反応が進行しやすいため、ポリイミド中空粒子の力学特性および耐熱性を向上できる。熱処理温度が500℃以下であると、ポリイミドの熱劣化が抑制され、特性が悪化しないため好ましい。
熱イミド化反応の熱処理時間としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な時間を採用し得る。本発明の効果をより発現させ得る観点等から、熱処理時間としては、好ましくは0.1時間~50時間であり、より好ましくは1.0時間~24時間であり、さらに好ましくは1.0時間~12時間である。
熱処理は、空気下、減圧下、又は窒素等の不活性ガス雰囲気下で行うことができる。また、熱処理には公知の加熱装置を用いることができる。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<体積平均粒子径の測定>
粒子の体積平均粒子径は、コールターMultisizer(登録商標)4e(ベックマン・コールター社製測定装置)により測定した。測定は、ベックマン・コールター株式会社発行のMultisizer4eユーザーズマニュアルに従って校正されたアパチャーを用いて実施した。測定に用いたアパチャーは、測定する粒子の想定の体積平均粒子径に応じて適宜選択した。例えば、想定の体積平均粒子径が0.2μm~6μmである場合は10μmのサイズを有するアパチャーを選択し、想定の体積平均粒子径が1.0μm~32μmである場合は50μmのサイズを有するアパチャーを選択し、想定の体積平均粒子径が2.0μm~60μmである場合は100μmのサイズを有するアパチャーを選択した。測定後の体積平均粒子径が想定の体積平均粒子径と異なった場合は、適正なサイズを有するアパチャーに変更して、再度測定を行った。
測定用試料としては、粒子0.1gを0.1重量%ノニオン性界面活性剤水溶液10ml中にタッチミキサー(ヤマト科学社製、「TOUCHMIXER MT-31」)および超音波洗浄器(ヴェルヴォクリーア社製、「ULTRASONIC CLEANER VS-150」)を用いて分散させ、分散液としたものを使用した。測定中は、ビーカー内を気泡が入らない程度に緩く攪拌しておき、粒子を10万個測定した時点で測定を終了した。なお、粒子の体積平均粒子径は、10万個の粒子の体積基準の粒度分布における算術平均とした。
粒子の体積平均粒子径は、コールターMultisizer(登録商標)4e(ベックマン・コールター社製測定装置)により測定した。測定は、ベックマン・コールター株式会社発行のMultisizer4eユーザーズマニュアルに従って校正されたアパチャーを用いて実施した。測定に用いたアパチャーは、測定する粒子の想定の体積平均粒子径に応じて適宜選択した。例えば、想定の体積平均粒子径が0.2μm~6μmである場合は10μmのサイズを有するアパチャーを選択し、想定の体積平均粒子径が1.0μm~32μmである場合は50μmのサイズを有するアパチャーを選択し、想定の体積平均粒子径が2.0μm~60μmである場合は100μmのサイズを有するアパチャーを選択した。測定後の体積平均粒子径が想定の体積平均粒子径と異なった場合は、適正なサイズを有するアパチャーに変更して、再度測定を行った。
測定用試料としては、粒子0.1gを0.1重量%ノニオン性界面活性剤水溶液10ml中にタッチミキサー(ヤマト科学社製、「TOUCHMIXER MT-31」)および超音波洗浄器(ヴェルヴォクリーア社製、「ULTRASONIC CLEANER VS-150」)を用いて分散させ、分散液としたものを使用した。測定中は、ビーカー内を気泡が入らない程度に緩く攪拌しておき、粒子を10万個測定した時点で測定を終了した。なお、粒子の体積平均粒子径は、10万個の粒子の体積基準の粒度分布における算術平均とした。
<断面観察>
乾燥した粒子を光硬化性樹脂「D-800」(日本電子社製)と混合し、紫外光を照射することで硬化物を得た。その後、硬化物をニッパーで裁断し、断面部分を、カッターを用いて平滑に加工し、日本電子社製、「オートファインコータJFC-1300」スパッタ装置を用いて試料をコーティングした。次いで、試料の断面を日立ハイテクノロジーズ社製、「SU1510」走査電子顕微鏡の二次電子検出器を用いて、撮影した。
乾燥した粒子を光硬化性樹脂「D-800」(日本電子社製)と混合し、紫外光を照射することで硬化物を得た。その後、硬化物をニッパーで裁断し、断面部分を、カッターを用いて平滑に加工し、日本電子社製、「オートファインコータJFC-1300」スパッタ装置を用いて試料をコーティングした。次いで、試料の断面を日立ハイテクノロジーズ社製、「SU1510」走査電子顕微鏡の二次電子検出器を用いて、撮影した。
<空気雰囲気下において10℃/分で昇温した際の5%熱重量減少温度の測定>
5%熱重量減少温度は、示差熱熱重量同時測定装置(株式会社日立ハイテクサイエンス製、「NEXTA STA200RV」)を用いて測定した。サンプリング方法および温度条件に関しては以下のように行った。
白金製測定容器の底に、すきまのないように試料を10.5±0.5mg充てんして、測定用のサンプルとした。空気流量または窒素ガス流量200mL/分のもと、アルミナを基準物質として、5%熱重量減少温度を測定した。TG/DTA曲線は、昇温速度10℃/分で30℃から800℃までサンプルを昇温させて得た。この得られた曲線から装置付属の解析ソフトを用いて、5%熱重量減少時の温度を算出し、5%熱重量減少温度とした。
5%熱重量減少温度は、示差熱熱重量同時測定装置(株式会社日立ハイテクサイエンス製、「NEXTA STA200RV」)を用いて測定した。サンプリング方法および温度条件に関しては以下のように行った。
白金製測定容器の底に、すきまのないように試料を10.5±0.5mg充てんして、測定用のサンプルとした。空気流量または窒素ガス流量200mL/分のもと、アルミナを基準物質として、5%熱重量減少温度を測定した。TG/DTA曲線は、昇温速度10℃/分で30℃から800℃までサンプルを昇温させて得た。この得られた曲線から装置付属の解析ソフトを用いて、5%熱重量減少時の温度を算出し、5%熱重量減少温度とした。
<粒子の誘電特性>
粒子の誘電特性は、AET社製の誘電率測定装置(ADMS01Ncシリーズ)を用いて測定した。測定は、周波数10GHz、測定環境は23℃、相対湿度51±1%の条件で行われた。共振器を利用した摂動理論に基づき、粒子の比誘電率および加熱試験前の誘電正接を算出した。
粒子の誘電特性は、AET社製の誘電率測定装置(ADMS01Ncシリーズ)を用いて測定した。測定は、周波数10GHz、測定環境は23℃、相対湿度51±1%の条件で行われた。共振器を利用した摂動理論に基づき、粒子の比誘電率および加熱試験前の誘電正接を算出した。
[製造例1]:ポリアミック酸溶液Aの合成
4,4'-ジアミノジフェニルエーテル(以下、DPEと記載):0.481gをN,N-ジメチルホルムアミド(以下、DMFと記載):10.9gに溶解させてジアミン溶液を得た。上記ジアミン溶液に、5,5'‐[p‐フェニレンビス(オキシカルボニル)]ジ無水フタル酸(以下、TAHQと記載):0.733gを投入し、25℃で撹拌した。投入直後は不均一系であったが、撹拌を続けると界面重縮合の進行により次第に溶解していき、TAHQの投入から1時間後に完全溶解を確認した。以上のようにして、固形分10wt%のポリアミック酸溶液Aを得た。
4,4'-ジアミノジフェニルエーテル(以下、DPEと記載):0.481gをN,N-ジメチルホルムアミド(以下、DMFと記載):10.9gに溶解させてジアミン溶液を得た。上記ジアミン溶液に、5,5'‐[p‐フェニレンビス(オキシカルボニル)]ジ無水フタル酸(以下、TAHQと記載):0.733gを投入し、25℃で撹拌した。投入直後は不均一系であったが、撹拌を続けると界面重縮合の進行により次第に溶解していき、TAHQの投入から1時間後に完全溶解を確認した。以上のようにして、固形分10wt%のポリアミック酸溶液Aを得た。
[製造例2]:ポリアミック酸溶液Bの合成
2,2’‐ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(以下、TFMBと記載):0.768gを1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(以下、DMIと記載):10.9gに溶解させてジアミン溶液を得た。上記ジアミン溶液に、TAHQ:0.733gを投入し、25℃で撹拌した。TAHQの投入から3時間後に完全溶解を確認した。以上のようにして、固形分10wt%のポリアミック酸溶液Bを得た。
2,2’‐ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(以下、TFMBと記載):0.768gを1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(以下、DMIと記載):10.9gに溶解させてジアミン溶液を得た。上記ジアミン溶液に、TAHQ:0.733gを投入し、25℃で撹拌した。TAHQの投入から3時間後に完全溶解を確認した。以上のようにして、固形分10wt%のポリアミック酸溶液Bを得た。
[製造例3]:ポリアミック酸溶液Cの合成
DPE:0.441gをDMI:12.2gに溶解させてジアミン溶液を得た。上記ジアミン溶液に、ナフタレン-2,6-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)(以下、26DHN-TMEと記載):0.915gを投入し、25℃で撹拌した。26DHN-TMEの投入から1時間後に完全溶解を確認した。以上のようにして、固形分10wt%のポリアミック酸溶液Cを得た。
DPE:0.441gをDMI:12.2gに溶解させてジアミン溶液を得た。上記ジアミン溶液に、ナフタレン-2,6-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)(以下、26DHN-TMEと記載):0.915gを投入し、25℃で撹拌した。26DHN-TMEの投入から1時間後に完全溶解を確認した。以上のようにして、固形分10wt%のポリアミック酸溶液Cを得た。
[製造例4]:ポリアミック酸溶液Dの合成
DPE:0.481gをDMI:13.5gに溶解させてジアミン溶液を得た。上記ジアミン溶液に、26DHN―TME:0.813gを投入し、25℃で撹拌した。26DHN-TMEの投入から1時間後に完全溶解を確認した。以上のようにして、固形分10wt%のポリアミック酸溶液Dを得た。
DPE:0.481gをDMI:13.5gに溶解させてジアミン溶液を得た。上記ジアミン溶液に、26DHN―TME:0.813gを投入し、25℃で撹拌した。26DHN-TMEの投入から1時間後に完全溶解を確認した。以上のようにして、固形分10wt%のポリアミック酸溶液Dを得た。
[製造例5]:ポリアミック酸溶液Eの合成
TFMB:0.768gをDMI:14.2gに溶解させてジアミン溶液を得た。上記ジアミン溶液に、26DHN―TME:0.813g投入し、25℃で撹拌した。26DHN-TMEの投入から24時間後に完全溶解を確認した。以上のようにして、固形分10wt%のポリアミック酸溶液Eを得た。
TFMB:0.768gをDMI:14.2gに溶解させてジアミン溶液を得た。上記ジアミン溶液に、26DHN―TME:0.813g投入し、25℃で撹拌した。26DHN-TMEの投入から24時間後に完全溶解を確認した。以上のようにして、固形分10wt%のポリアミック酸溶液Eを得た。
[製造例6]:ポリアミック酸微粒子Xの合成
3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(以下、BTDAと記載):0.640gをアセトン:39.4gに溶解させて、第一溶液を調製した。DPE:0.400gをアセトン:39.4gに溶解させて、第二溶液を調製した。次に、25℃で第一溶液および第二溶液を混合し、超音波ホモジナイザーで5分間照射し、反応させることにより、ポリアミック酸微粒子を析出した。その後、遠心分離機にて固液分離させ、アセトンにて数回洗浄工程を施し、乾燥させることで、ポリアミック酸微粒子Xを得た。
3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(以下、BTDAと記載):0.640gをアセトン:39.4gに溶解させて、第一溶液を調製した。DPE:0.400gをアセトン:39.4gに溶解させて、第二溶液を調製した。次に、25℃で第一溶液および第二溶液を混合し、超音波ホモジナイザーで5分間照射し、反応させることにより、ポリアミック酸微粒子を析出した。その後、遠心分離機にて固液分離させ、アセトンにて数回洗浄工程を施し、乾燥させることで、ポリアミック酸微粒子Xを得た。
[製造例7]:ポリアミック酸溶液Fの合成
4,4'-ジアミノ-2,2'-ジメチルビフェニル(以下、TBHGと記載):0.509gを1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(以下、DMIと記載):11.9gに溶解させてジアミン溶液を得た。上記ジアミン溶液に、TAHQ:0.733gを投入し、25℃で撹拌した。TAHQの投入から1時間後に完全溶解を確認した。以上のようにして、固形分10wt%のポリアミック酸溶液Fを得た。
4,4'-ジアミノ-2,2'-ジメチルビフェニル(以下、TBHGと記載):0.509gを1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(以下、DMIと記載):11.9gに溶解させてジアミン溶液を得た。上記ジアミン溶液に、TAHQ:0.733gを投入し、25℃で撹拌した。TAHQの投入から1時間後に完全溶解を確認した。以上のようにして、固形分10wt%のポリアミック酸溶液Fを得た。
(実施例1)
製造例1で得られたポリアミック酸溶液A:4.0gを内油相とした。
また、分散剤としてのシリカ粒子(日本アエロジル社製、「AEROSIL(登録商標)R972」):0.04g、および溶媒としてのシクロヘキサン:66.4gを混合して溶解し、外油相を調整した。
上記外油相中に上記内油相を加え、ポリトロンホモジナイザーPT10-35(セントラル科学貿易社製)を用いて8000rpmにて1分間乳化・分散処理を行った。得られた乳化液に化学イミド化剤としての無水酢酸:0.4g、およびピリジン:0.4gを加え、攪拌しながら60℃で3時間加熱することで化学イミド化反応を進行させた。その後、反応系を室温まで冷却した後、遠心分離により粒子を沈降させたのち上澄み液を取り除き、シクロヘキサンで2回、2-プロパノールで2回洗浄し、80℃で24時間乾燥させた。その後、さらに260℃で3時間熱処理することにより熱イミド化反応を進行させた。以上のようにして、粒子(1)を得た。
得られた粒子(1)の体積平均粒子径は15.7μmであった。得られた粒子(1)の断面写真図を図2に示す。得られた粒子(1)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
製造例1で得られたポリアミック酸溶液A:4.0gを内油相とした。
また、分散剤としてのシリカ粒子(日本アエロジル社製、「AEROSIL(登録商標)R972」):0.04g、および溶媒としてのシクロヘキサン:66.4gを混合して溶解し、外油相を調整した。
上記外油相中に上記内油相を加え、ポリトロンホモジナイザーPT10-35(セントラル科学貿易社製)を用いて8000rpmにて1分間乳化・分散処理を行った。得られた乳化液に化学イミド化剤としての無水酢酸:0.4g、およびピリジン:0.4gを加え、攪拌しながら60℃で3時間加熱することで化学イミド化反応を進行させた。その後、反応系を室温まで冷却した後、遠心分離により粒子を沈降させたのち上澄み液を取り除き、シクロヘキサンで2回、2-プロパノールで2回洗浄し、80℃で24時間乾燥させた。その後、さらに260℃で3時間熱処理することにより熱イミド化反応を進行させた。以上のようにして、粒子(1)を得た。
得られた粒子(1)の体積平均粒子径は15.7μmであった。得られた粒子(1)の断面写真図を図2に示す。得られた粒子(1)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
(実施例2)
内油相を製造例2で得られたポリアミック酸溶液B:4.0gにしたこと以外は、実施例1と同様に行い、粒子(2)を得た。
得られた粒子(2)の体積平均粒子径は14.8μmであった。得られた粒子(2)の断面写真図を図3に示す。得られた粒子(2)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
内油相を製造例2で得られたポリアミック酸溶液B:4.0gにしたこと以外は、実施例1と同様に行い、粒子(2)を得た。
得られた粒子(2)の体積平均粒子径は14.8μmであった。得られた粒子(2)の断面写真図を図3に示す。得られた粒子(2)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
(実施例3)
内油相を製造例3で得られたポリアミック酸溶液C:4.0gにしたこと以外は、実施例1と同様に行い、粒子(3)を得た。
得られた粒子(3)の体積平均粒子径は18.9μmであった。得られた粒子(3)の断面写真図を図4に示す。得られた粒子(2)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
内油相を製造例3で得られたポリアミック酸溶液C:4.0gにしたこと以外は、実施例1と同様に行い、粒子(3)を得た。
得られた粒子(3)の体積平均粒子径は18.9μmであった。得られた粒子(3)の断面写真図を図4に示す。得られた粒子(2)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
(実施例4)
内油相を製造例4で得られたポリアミック酸溶液D:4.0gにしたこと以外は、実施例1と同様に行い、粒子(4)を得た。
得られた粒子(4)の体積平均粒子径は17.3μmであった。得られた粒子(4)の断面写真図を図5に示す。得られた粒子(4)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
内油相を製造例4で得られたポリアミック酸溶液D:4.0gにしたこと以外は、実施例1と同様に行い、粒子(4)を得た。
得られた粒子(4)の体積平均粒子径は17.3μmであった。得られた粒子(4)の断面写真図を図5に示す。得られた粒子(4)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
(実施例5)
外油相を、溶媒としてのシリコーンオイル(信越化学社製、「KF-96-50cs」):83.4g、および分散剤としてのシリコーン系界面活性剤(信越化学社製、「KF-6048」):0.28gを混合して溶解して調整した。上記の外油相を使用したこと以外は、実施例3と同様に行い、粒子(5)を得た。
得られた粒子(5)の体積平均粒子径は13.2μmであった。得られた粒子(5)の断面写真図を図6に示す。得られた粒子(5)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
外油相を、溶媒としてのシリコーンオイル(信越化学社製、「KF-96-50cs」):83.4g、および分散剤としてのシリコーン系界面活性剤(信越化学社製、「KF-6048」):0.28gを混合して溶解して調整した。上記の外油相を使用したこと以外は、実施例3と同様に行い、粒子(5)を得た。
得られた粒子(5)の体積平均粒子径は13.2μmであった。得られた粒子(5)の断面写真図を図6に示す。得られた粒子(5)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
(実施例6)
内油相を製造例5で得られたポリアミック酸溶液E:4.0gにしたこと以外は、実施例1と同様に行い、粒子(6)を得た。
得られた粒子(6)の体積平均粒子径は14.2μmであった。得られた粒子(6)の断面写真図を図7に示す。得られた粒子(6)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
内油相を製造例5で得られたポリアミック酸溶液E:4.0gにしたこと以外は、実施例1と同様に行い、粒子(6)を得た。
得られた粒子(6)の体積平均粒子径は14.2μmであった。得られた粒子(6)の断面写真図を図7に示す。得られた粒子(6)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
(実施例7)
内油相を製造例7で得られたポリアミック酸溶液F:4.0gにしたこと以外は、実施例1と同様に行い、粒子(7)を得た。
得られた粒子(7)の体積平均粒子径は13.9μmであった。得られた粒子(7)の断面写真図を図8に示す。得られた粒子(7)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
内油相を製造例7で得られたポリアミック酸溶液F:4.0gにしたこと以外は、実施例1と同様に行い、粒子(7)を得た。
得られた粒子(7)の体積平均粒子径は13.9μmであった。得られた粒子(7)の断面写真図を図8に示す。得られた粒子(7)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
(実施例8)
内油相にペトロタック100V(脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂、東ソー株式会社製)0.012gを添加したこと以外は、実施例7と同様に行い、粒子(8)を得た。
得られた粒子(8)の体積平均粒子径は14.9μmであった。得られた粒子(8)の断面写真図を図9に示す。得られた粒子(8)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
内油相にペトロタック100V(脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂、東ソー株式会社製)0.012gを添加したこと以外は、実施例7と同様に行い、粒子(8)を得た。
得られた粒子(8)の体積平均粒子径は14.9μmであった。得られた粒子(8)の断面写真図を図9に示す。得られた粒子(8)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
(実施例9)
内油相にペトロタック100V(脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂、東ソー株式会社製)0.020gを添加したこと以外は、実施例7と同様に行い、粒子(9)を得た。
得られた粒子(9)の体積平均粒子径は15.1μmであった。得られた粒子(9)の断面写真図を図10に示す。得られた粒子(9)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
内油相にペトロタック100V(脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂、東ソー株式会社製)0.020gを添加したこと以外は、実施例7と同様に行い、粒子(9)を得た。
得られた粒子(9)の体積平均粒子径は15.1μmであった。得られた粒子(9)の断面写真図を図10に示す。得られた粒子(9)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
(比較例1)
製造例6で得られたポリアミック酸微粒子X:0.2g、溶媒としてのDMF:0.8gを混合して溶解し、内油相を調製した。
また、分散剤としてのシリカ粒子(日本アエロジル社製、「AEROSIL(登録商標)R972」):0.04g、および溶媒としてのシクロヘキサン:66.4gを混合して溶解し、外油相を調整した。
上記外油相中に上記内油相を加え、ポリトロンホモジナイザーPT10-35(セントラル科学貿易社製)を用いて3000rpmにて2分間乳化・分散処理を行った。得られた乳化液に化学イミド化剤としての無水酢酸0.4gおよびピリジン0.4gを加え、攪拌しながら60℃で3時間加熱することで化学イミド化反応を進行させた。
その後、反応系を室温まで冷却した後、遠心分離により粒子を沈降させたのち上澄み液を取り除き、シクロヘキサン、2-プロパノールで洗浄し、乾燥させることで、粒子(C1)を得た。
得られた粒子(C1)の体積平均粒子径は14.0μmであった。得られた粒子(C1)の断面写真図を図11に示す。得られた粒子(C1)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
製造例6で得られたポリアミック酸微粒子X:0.2g、溶媒としてのDMF:0.8gを混合して溶解し、内油相を調製した。
また、分散剤としてのシリカ粒子(日本アエロジル社製、「AEROSIL(登録商標)R972」):0.04g、および溶媒としてのシクロヘキサン:66.4gを混合して溶解し、外油相を調整した。
上記外油相中に上記内油相を加え、ポリトロンホモジナイザーPT10-35(セントラル科学貿易社製)を用いて3000rpmにて2分間乳化・分散処理を行った。得られた乳化液に化学イミド化剤としての無水酢酸0.4gおよびピリジン0.4gを加え、攪拌しながら60℃で3時間加熱することで化学イミド化反応を進行させた。
その後、反応系を室温まで冷却した後、遠心分離により粒子を沈降させたのち上澄み液を取り除き、シクロヘキサン、2-プロパノールで洗浄し、乾燥させることで、粒子(C1)を得た。
得られた粒子(C1)の体積平均粒子径は14.0μmであった。得られた粒子(C1)の断面写真図を図11に示す。得られた粒子(C1)は、シェルにより囲われた中空部分を備える中空粒子であること、および当該中空部分の他に、シェルがその内部に1つ以上の空域を有する構造を有することが確認できた。配合量および各種測定結果などを表1に示す。
(比較例2)
シリカ粒子(日本アエロジル社製、「AEROSIL(登録商標)R972」):0.04gに代えて、アクリル樹脂(商品名「マクロモノマーAB-6」、東亞合成社製):0.56gを用いたこと以外は、比較例1と同様に、乳化・分散処理を行った。しかし、乳化安定性が極めて低く、油滴の合一が発生し、乳化物を得ることができなかった。
シリカ粒子(日本アエロジル社製、「AEROSIL(登録商標)R972」):0.04gに代えて、アクリル樹脂(商品名「マクロモノマーAB-6」、東亞合成社製):0.56gを用いたこと以外は、比較例1と同様に、乳化・分散処理を行った。しかし、乳化安定性が極めて低く、油滴の合一が発生し、乳化物を得ることができなかった。
表1の結果から、実施例1から9で得られた粒子は、優れた誘電特性を有するポリイミド中空粒子であった。
本発明の実施形態によるポリイミド中空粒子、本発明の実施形態による製造方法により得られるポリイミド中空粒子は、半導体材料などに利用可能である。
Claims (9)
- シェル部と該シェル部により囲われた中空部分を有するポリイミド中空粒子であって、
測定周波数10GHzにおける誘電正接が0.0070未満である、
ポリイミド中空粒子。 - 測定周波数10GHzにおける比誘電率が2.5未満である、請求項1に記載のポリイミド中空粒子。
- 前記シェル部が、エステル結合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Aを含むポリイミド(P)を含む、請求項1に記載のポリイミド中空粒子。
- 前記ポリイミド中空粒子を空気雰囲気下において10℃/分で昇温した際の5%熱重量減少温度が370℃以上である、請求項1に記載のポリイミド中空粒子。
- 体積平均粒子径が0.1μm~100μmである、請求項1に記載のポリイミド中空粒子。
- 前記中空部分は1つの中空領域からなり、前記シェル部が1つ以上の空域を有する、請求項1に記載のポリイミド中空粒子。
- 測定周波数10GHzにおける比誘電率が2.0未満である、請求項1に記載のポリイミド中空粒子。
- エステル結合を有するテトラカルボン酸二無水物およびジアミンから形成されるポリアミック酸を含む溶液、および分散剤を添加した溶媒から乳化液を調製する工程と、
前記乳化液中で化学イミド化反応を行う工程と、
熱イミド化反応を行う工程と、
を含む、
ポリイミド中空粒子の製造方法。 - 前記ポリアミック酸を含む溶液が、脂肪族/芳香族系炭化水素樹脂を0重量%~10重量%含む、請求項8に記載のポリイミド中空粒子の製造方法。
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