WO2022220286A1 - イミド-アミド酸共重合体及びその製造方法、ワニス、並びにポリイミドフィルム - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
- 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
- C08G73/14—Polyamide-imides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
- B32B27/28—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42
- B32B27/281—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42 comprising polyimides
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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-
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- C09D179/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen, with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C09D161/00 - C09D177/00
- C09D179/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
- C09D179/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2379/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C08J2361/00 - C08J2377/00
- C08J2379/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
- C08J2379/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Definitions
- the present invention relates to an imide-amic acid copolymer that is a precursor of a polyimide resin, a method for producing the same, a varnish containing the copolymer, and a polyimide film.
- polyimide resin Various uses of polyimide resin are being considered in fields such as electrical and electronic components. For example, it is desired to replace glass substrates used in image display devices such as liquid crystal displays and OLED displays with plastic substrates for the purpose of reducing the weight and increasing the flexibility of devices. Research is ongoing. Polyimide films for such applications are required to have transparency and low yellowness.
- Patent Document 1 discloses two specific amic acid structural units for the purpose of obtaining a polyimide film having low residual stress, low warpage, low yellowness, and high elongation.
- a polyimide precursor is disclosed which is characterized by containing a specific ratio of
- Patent Document 1 discloses a technique for reducing residual stress and reducing yellowness, but it is still insufficient, especially while maintaining transparency and low yellowness, polyimide film excellent in heat resistance etc. was not able to obtain
- the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a polyimide having a low linear expansion coefficient, excellent heat resistance, and a small change in yellowness even after heat treatment at 400 ° C. or higher.
- An object of the present invention is to provide an imide-amic acid copolymer which is a precursor of a polyimide resin, a method for producing the same, a varnish containing the copolymer, and a polyimide film from which a film can be obtained.
- the present inventors have found that a copolymer containing a combination of specific structural units can solve the above problems, and have completed the invention.
- the present invention relates to the following [1] to [16].
- [1] A repeating unit represented by the following formula (1) and a repeating unit represented by the following formula (2), wherein the repeating unit represented by the formula (1) and the repeating unit represented by the formula (2)
- a 1 is a tetravalent aromatic group having 4 to 39 carbon atoms or an aliphatic group having a norbornane skeleton, and the bonding groups are —O—, —SO 2 —, —CO—, It may have at least one selected from the group consisting of —CH 2 —, —C(CH 3 ) 2 —, —C 2 H 4 O— and —S—, and B 1 is represented by the general formula (3
- a 2 is a tetravalent aromatic group having 4 to 39 carbon atoms, and the bonding groups are —O—, —SO 2 —, —CO—, at least one selected from the group consisting of -CH 2 -, -C(CH 3 ) 2 -, -C 2 H 4 O-, -OCO-, -COO-, -NHCO-, -CONH- and -S- B 2 is a group represented by the general formula (3), and X 1 and
- Y 1 and Y 2 each independently represent a group represented by --COO-- or a group represented by --OCO--.
- R 1 , R 2 and R 3 each independently represents an organic group having 1 to 20 carbon atoms, and h, i, j and k are integers of 0 to 4.
- a 1 is a group represented by the following formula (4), a group represented by the following formula (5), a group represented by the following formula (6), and a group represented by the following formula (7)
- the imide-amic acid copolymer according to [1] or [2] above which is at least one selected from the group consisting of: [4] The imide-amic acid copolymer according to any one of [1] to [3], wherein A 2 is a group represented by the following formula (8).
- the imide repeating structural unit has a structural unit B1B derived from a structural unit A1A and a diamine derived from a tetracarboxylic dianhydride
- Amic acid repeating structural units have a structural unit A2A derived from a tetracarboxylic dianhydride and a structural unit B2B derived from a diamine
- the structural unit A1A contains a structural unit derived from an aromatic tetracarboxylic dianhydride or a structural unit derived from an aliphatic tetracarboxylic dianhydride having a norbornane skeleton
- the structural unit A2A contains a structural unit derived from an aromatic tetracarboxylic dianhydride
- the imide-amic acid copolymer according to any one of the above [1] to [4], wherein the structural units B1B and B2B contain a structural unit (B11
- the structural unit A2A contains a structural unit (A21) derived from an aromatic tetracarboxylic dianhydride (a21),
- the structural unit (A21) is a structural unit (A211) derived from a compound represented by the following formula (a211), a structural unit (A212) derived from a compound represented by the following formula (a212), or the following formula (a213).
- Structural unit A1A is selected from the group consisting of a structural unit (A11) derived from a compound represented by the following formula (a11) and a structural unit (A12) derived from a compound represented by the following formula (a12)
- ⁇ YI YI1 ⁇ YI0 ⁇ 20 (8)
- a laminate comprising the polyimide film according to any one of [9] to [11] and at least one inorganic layer. [13] The laminate according to [12] above, wherein the yellowness YI1 after two 1-hour heat treatments at 430° C. and the yellowness YI0 before the heat treatment satisfy the following formula (8).
- ⁇ YI YI1 ⁇ YI0 ⁇ 20
- Step 1 A step of reacting a tetracarboxylic acid component constituting an imide moiety with a diamine component to obtain an imide oligomer
- Step 2 The imide oligomer obtained in Step 1, a tetracarboxylic acid component constituting an amide acid moiety, and Step [15] Step of obtaining an imide-amic acid copolymer containing a repeating unit consisting of an imide moiety and an amic acid moiety by reacting a diamine component [15]
- the imide oligomer obtained in Step 1 has amino acids at both ends of the main chain of the molecular chain.
- An amic acid copolymer, a method for producing the same, a varnish containing the copolymer, and a polyimide film can be provided.
- the imide-amic acid copolymer of the present invention comprises a repeating unit represented by the following formula (1) and a repeating unit represented by the following formula (2), and a repeating unit represented by the formula (1). It is an imide-amic acid copolymer in which the molar ratio [(1)/(2)] of repeating units represented by formula (2) is from 5/95 to 60/40.
- a 1 is a tetravalent aromatic group having 4 to 39 carbon atoms or an aliphatic group having a norbornane skeleton, and the bonding groups are —O—, —SO 2 —, —CO—, --CH 2 --, --C(CH 3 ) 2 --, --C 2 H 4 O-- and --S--
- B 1 is represented by the general formula (3 ) is a group represented by
- a 2 is a tetravalent aromatic group having 4 to 39 carbon atoms, and -O-, -SO 2 -, -CO-, -CH 2 -, -C(CH 3 ) 2 -, -C 2 H 4 O-, -OCO-, -COO-, -NHCO-, -CONH-, and -S-, optionally having at least one selected from the group consisting of B 2 is a group represented by the general formula (3), and X 1 and X 2 are each independently a hydrogen
- Y 1 and Y 2 each independently represent a group represented by --COO-- or a group represented by --OCO--.
- R 1 , R 2 and R 3 each independently represent an organic group having 1 to 20 carbon atoms.
- h, i, j, and k are integers from 0 to 4; )
- the imide-amic acid copolymer of the present invention is excellent as a raw material for a polyimide film, and the obtained polyimide film has a low linear expansion coefficient, excellent heat resistance, and does not change in yellowness even after heat treatment at 400 ° C. or higher.
- a copolymer composed of a tetracarboxylic acid-derived component composed of an aromatic group and the specific diamine component is considered to be able to achieve both a low linear expansion coefficient and high heat resistance necessary for TFT substrates and the like.
- the imide-amic acid copolymer of the present invention part of the components derived from the alicyclic tetracarboxylic acid are imidized in advance during polymer polymerization, so that an imide-amic acid copolymer having a higher molecular weight than polyamic acid can be obtained. It is considered that the physical properties after film formation are excellent. Furthermore, the imide-amic acid copolymer of the present invention is considered to have excellent physical properties after film formation because the imide portion and the amic acid portion have specific structures.
- the repeating unit represented by formula (1) is an imide moiety.
- a 1 is a tetravalent aromatic group having 4 to 39 carbon atoms or an aliphatic group having a norbornane skeleton, and the bonding groups are —O—, —SO 2 —, —CO—, It may have at least one selected from the group consisting of -CH 2 -, -C(CH 3 ) 2 -, -C 2 H 4 O- and -S-.
- a 1 is a tetracarboxylic dianhydride with two dicarboxylic anhydride moieties (four carboxy group moieties) removed, and A 1 and the four carbonyl groups bound thereto are derived from the tetracarboxylic dianhydride. It is a structural unit that
- the tetravalent aromatic group means that all four carbons bonded to the imide group are aromatic carbons.
- the bonding group refers to a bonding group that bonds each aromatic ring when A 1 contains two or more aromatic rings. However, the bonding group is not limited to these.
- a 1 is an aromatic group
- the heat resistance of the polyimide is improved, which is preferable.
- An aliphatic group having a tetravalent norbornane skeleton means that all four carbons bonded to the imide group are aliphatic carbons and at least one has a norbornane skeleton.
- the bonding group refers to a bonding group that bonds each ring structure when A 1 contains two or more ring structures. However, the bonding group is not limited to these.
- a 1 is an aliphatic group having a norbornane skeleton
- the heat resistance of the polyimide is improved, which is preferable.
- a 1 is a tetravalent aromatic group having 4 to 39 carbon atoms or an aliphatic group having a norbornane skeleton.
- the tetravalent aromatic group having 4 to 39 carbon atoms in A 1 is preferably a group represented by the following formula (4) and a group represented by the following formula (7).
- a group represented by the following formula (5) and a group represented by the following formula (6) are preferable.
- B 1 is a group represented by the following general formula (3).
- B 1 is obtained by removing two amino group moieties from diamine, and is a structural unit derived from diamine. is at least one selected from the group consisting of groups represented by Moreover, it is preferable that B 1 in the formula (1) does not include a group represented by the following formula (3c).
- Y 1 and Y 2 each independently represent a group represented by —COO— or a group represented by —OCO—.
- R 1 , R 2 and R 3 are each independently represents an organic group having 1 to 20 carbon atoms, and h, i, j, and k are integers of 0 to 4.
- the repeating unit represented by formula (2) is an amic acid moiety.
- a 2 is a tetravalent aromatic group having 4 to 39 carbon atoms, and -O-, -SO 2 -, -CO-, -CH 2 -, -C( CH 3 ) 2 -, -C 2 H 4 O-, -OCO-, -COO-, -NHCO-, -CONH-, and -S- may have at least one selected from the group consisting of .
- a 2 may be different from or the same as A 1 , but is preferably a tetravalent aromatic group having 4 to 39 carbon atoms different from A 1 .
- a 2 is a tetracarboxylic dianhydride with two dicarboxylic anhydride moieties (four carboxy group moieties) removed, and A 2 and the four carbonyl groups bound to it are derived from the tetracarboxylic dianhydride.
- the tetravalent aromatic group means that all four carbons bonded to the imide group are aromatic carbons.
- the bonding group refers to a bonding group that bonds each aromatic ring when A 2 contains two or more aromatic rings. However, the bonding group is not limited to these.
- a 2 is an aromatic group, the heat resistance of the polyimide is improved, which is preferable.
- a 2 is a tetravalent aromatic group having 4 to 39 carbon atoms, preferably a group represented by the following formula (8), more preferably represented by the following formula (8a). is the base.
- X 1 and X 2 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an alkylsilyl group having 3 to 9 carbon atoms, preferably a hydrogen atom.
- B 2 is a group represented by the following general formula (3).
- B 2 is obtained by removing two amino group moieties from diamine, and is a structural unit derived from diamine. is at least one selected from the group consisting of groups represented by Moreover, it is preferable that B 2 in the above formula (1) does not include a group represented by the following formula (3c).
- Y 1 and Y 2 each independently represent a group represented by —COO— or a group represented by —OCO—.
- R 1 , R 2 and R 3 are each independently represents an organic group having 1 to 20 carbon atoms, and h, i, j, and k are integers of 0 to 4.
- the molar ratio [(1)/(2)] between the repeating unit represented by formula (1) and the repeating unit represented by formula (2) is 5/95. ⁇ 60/40.
- the molar ratio [(1)/(2)] of the repeating unit represented by the formula (1) and the repeating unit represented by the formula (2) has transparency, low yellowness, high heat resistance, and a low coefficient of linear expansion. from the viewpoint of , it is 5/95 to 60/40, preferably 10/90 to 60/40, more preferably 15/85 to 60/40.
- the total mass ratio of the repeating unit represented by formula (1) and the repeating unit represented by formula (2) to the imide-amic acid copolymer of the present invention is preferably 50% by mass or more, and more It is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, still more preferably 82% by mass or more, still more preferably 85% by mass or more, and still more preferably 90% by mass or more. More preferably, it is 95% by mass or more, and there is no upper limit, and it is 100% by mass or less.
- the total molar ratio of the repeating unit represented by formula (1) and the repeating unit represented by formula (2) to the imide-amic acid copolymer of the present invention is preferably 50 mol% or more, and more It is preferably 70 mol% or more, more preferably 80 mol% or more, still more preferably 82 mol% or more, still more preferably 85 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more. More preferably, it is 95 mol% or more, and there is no upper limit, and it is 100 mol% or less.
- the imide-amic acid copolymer of the present invention contains repeating units other than repeating units represented by formula (1) and repeating units represented by formula (2) within a range that does not impair the effects of the present invention.
- the repeating unit other than the repeating unit represented by formula (1) and the repeating unit represented by formula (2) the repeating unit represented by formula (1) is a tetracarboxylic acid di It is preferable that the constitutional unit derived from anhydride and the constitutional unit derived from tetracarboxylic dianhydride of the repeating unit represented by formula (2) are exchanged. Specific examples include repeating units represented by the following formula (1a) and repeating units represented by the following formula (2a).
- the repeating unit represented by formula (1a) and the repeating unit represented by formula (2a) are the repeating unit represented by formula (1) and the repeating unit represented by formula (2) in the imide-amic acid copolymer of the present invention. may be present at the connecting portion of the repeating unit represented by (In formula (1a), A 2 is the same as A 2 in formula (2), and B 1 is the same as B 1 in formula (1). In formula (2a), A 1 is the same as formula (1). and B 2 , X 1 and X 2 are respectively the same as B 2 , X 1 and X 2 in Formula ( 2 ).)
- Repeating units other than the repeating unit represented by are derived from structural units derived from tetracarboxylic dianhydrides and diamines exemplified in the section ⁇ Each structural unit of the imide-amic acid copolymer> described later.
- the structural unit derived from tetracarboxylic dianhydride includes the group represented by the formula (4), the group represented by the formula (5), the group represented by the formula (6) A group represented by the above formula (7), or a structural unit containing a group represented by the above formula (8) as part of a structural unit is preferable, and the imide portion is the above formula (4)
- a group represented by (5), a group represented by (6) as a structural unit, or a structural unit containing a group represented by the above formula (7) as part of the group is more preferable
- amide A structural unit containing a group represented by the above formula (8) as a part of the structural unit is more preferable for the acid moiety.
- the number average molecular weight of the imide-amic acid copolymer of the present invention is preferably 5,000 to 500,000 from the viewpoint of the mechanical strength of the resulting polyimide film. Further, the weight average molecular weight (Mw) of the imide-amic acid copolymer of the present invention is preferably 10,000 or more and 800,000 or less, more preferably 10,000 or more and 300,000 or less, from the same viewpoint. 000 or less, more preferably 100,000 or more and 300,000 or less.
- the number-average molecular weight or weight-average molecular weight of the copolymer can be obtained, for example, from a standard polymethylmethacrylate (PMMA) conversion value by gel filtration chromatography measurement.
- PMMA polymethylmethacrylate
- the imide-amic acid copolymer of the present invention contains a repeating unit represented by the formula (1) and a repeating unit represented by the formula (2), and a repeating unit represented by the formula (1).
- the imide-amic acid copolymer of the present invention has an imide repeating structural unit and an amic acid repeating structural unit
- the imide repeating structural unit has a structural unit B1B derived from a structural unit A1A and a diamine derived from a tetracarboxylic dianhydride
- Amic acid repeating structural units have a structural unit A2A derived from a tetracarboxylic dianhydride and a structural unit B2B derived from a diamine
- the structural unit A1A contains a structural unit derived from an aromatic tetracarboxylic dianhydride or a structural unit derived from an aliphatic tetracarboxylic dianhydride having a norbornane skeleton
- the structural unit A2A contains a structural unit derived from an aromatic tetracarboxylic dianhydride
- Structural units B1B and B2B preferably contain a structural unit (B11) derived from
- Y 1 and Y 2 each independently represent a group represented by —COO— or a group represented by —OCO—.
- R 1 , R 2 and R 3 are each independently represents an organic group having 1 to 20 carbon atoms, and h, i, j, and k are integers of 0 to 4.
- Structural unit A1A is a structural unit derived from tetracarboxylic dianhydride occupying the imide portion corresponding to the repeating unit represented by formula (1) of the copolymer of the present invention, It contains structural units derived from anhydrides or structural units derived from aliphatic tetracarboxylic dianhydrides having a norbornane skeleton.
- Structural unit A1A is not limited as long as it contains a structural unit derived from an aromatic tetracarboxylic dianhydride or a structural unit derived from an aliphatic tetracarboxylic dianhydride having a norbornane skeleton, but the structural unit A1A is at least one selected from the group consisting of a structural unit (A11) derived from a compound represented by the following formula (a11) and a structural unit (A12) derived from a compound represented by the following formula (a12). preferably included.
- the compound represented by formula (a11) is 9,9′-bis(3,4-dicarboxyphenyl)fluorene dianhydride (BPAF). Inclusion of the structural unit (A11) derived from the compound represented by the formula (a11) is preferable because transparency, low yellowness, and high heat resistance are achieved.
- the compound represented by formula (a12) is 4,4′-(hexafluoroisopropylidene)diphthalic anhydride (6FDA). Inclusion of the structural unit (A12) derived from the compound represented by formula (a12) is preferable because transparency, low yellowness, and high heat resistance are achieved.
- the content ratio of the structural unit (A11) in the structural unit A1A is preferably 50 mol% or more, more preferably 55 mol% or more, and still more preferably It is 60 mol % or more, more preferably 80 mol % or more, still more preferably 90 mol % or more, and still more preferably 95 mol % or more.
- the upper limit of the content ratio of the structural unit (A11) is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the structural unit A1A may consist of only the structural unit (A11).
- the content ratio of the structural unit (A12) in the structural unit A1A is preferably 50 mol% or more, more preferably 55 mol% or more, and still more preferably It is 60 mol % or more, more preferably 80 mol % or more, still more preferably 90 mol % or more, and still more preferably 95 mol % or more.
- the upper limit of the content ratio of the structural unit (A12) is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the structural unit A1A may consist only of the structural unit (A12).
- the total content ratio of the structural unit (A11) and the structural unit (A12) in the structural unit A1A is preferably 50 mol% or more. , More preferably 55 mol% or more, still more preferably 60 mol% or more, still more preferably 80 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more, still more preferably 95 mol% That's it.
- the upper limit of the total content ratio of the structural unit (A11) and the structural unit (A12) is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the structural unit A1A may consist of only the structural unit (A11) and the structural unit (A12).
- the structural unit A1A may contain structural units other than the structural unit (A11) and the structural unit (A12).
- the tetracarboxylic dianhydride that provides such a structural unit is not particularly limited as long as it is an aromatic tetracarboxylic dianhydride or an aliphatic tetracarboxylic dianhydride having a norbornane skeleton.
- Structural units arbitrarily contained in the structural unit A1A may be of one type, or may be of two or more types.
- the tetracarboxylic dianhydride that gives a structural unit derived from the tetracarboxylic dianhydride occupying the imide portion other than the structural unit A1A includes 1, 2, 4, 5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,4,5-cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, bicyclo[2.2.2 ] alicyclic tetracarboxylic dianhydrides such as octa-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride and dicyclohexyltetracarboxylic dianhydride, and 1,2,3,4 Aliphatic tetracarboxylic dianhydrides such as -butanetetracarboxylic dianhydride.
- aromatic tetracarboxylic dianhydride means tetracarboxylic dianhydride containing one or more aromatic rings
- alicyclic tetracarboxylic dianhydride has one alicyclic ring.
- aliphatic tetracarboxylic dianhydride means a tetracarboxylic dianhydride containing neither an aromatic ring nor an alicyclic ring.
- the structural unit B1B is a structural unit derived from a diamine occupying the imide moiety corresponding to the repeating unit represented by the formula (1) of the copolymer of the present invention, and is represented by the following general formula (b11): contains a structural unit (B11) derived from (In formula (b11), Y 1 and Y 2 each independently represent a group represented by —COO— or a group represented by —OCO—.
- R 1 , R 2 and R 3 are each independently represents an organic group having 1 to 20 carbon atoms, and h, i, j, and k are integers of 0 to 4.)
- the content ratio of the structural unit (B11) in the structural unit B1B is preferably 50 mol% or more, more preferably 55 mol% or more, and still more preferably It is 60 mol % or more, more preferably 80 mol % or more, still more preferably 90 mol % or more, and still more preferably 95 mol % or more.
- the upper limit of the content ratio of the structural unit (B11) is not particularly limited, and is 100 mol% or less.
- the structural unit B1B may consist only of the structural unit (B11).
- the structural unit (B11) is a structural unit (B111) derived from a compound represented by the following formula (b111) and represented by the following formula (b112). preferably contains at least one selected from the group consisting of the structural unit (B112) derived from the compound.
- the compound represented by formula (b111) is 4-aminophenyl-4-aminobenzoate (4-BAAB).
- the compound represented by formula (b112) is 1,4-bis(4-aminobenzoyloxy)benzene (ABHQ).
- the content ratio of the structural unit (B111) in the structural unit (B11) in the structural unit B1B is preferably 45 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more, Particularly preferably, it is 99 mol % or more.
- the upper limit of the content ratio is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the content ratio of the structural unit (B112) in the structural unit (B11) in the structural unit B1B is preferably 45 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more, Particularly preferably, it is 99 mol % or more.
- the upper limit of the content ratio is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the total content ratio of the structural unit (B111) and the structural unit (B112) in the structural unit (B11) is , preferably 45 mol % or more, more preferably 70 mol % or more, still more preferably 90 mol % or more, and particularly preferably 99 mol % or more.
- the upper limit of the ratio is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- examples of the diamine that gives a structural unit derived from the diamine occupying the imide portion other than the structural unit B1B include 1,4-phenylenediamine, p-xylylenediamine, and 3,5-diamino.
- Benzoic acid 1,5-diaminonaphthalene, 2,2'-dimethylbiphenyl-4,4'-diamine, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 1,4-bis[2-(4-aminophenyl)-2- propyl]benzene, 2,2-bis(4-aminophenyl)hexafluoropropane, 4,4'-diaminobenzanilide, 1-(4-aminophenyl)-2,3-dihydro-1,3,3-trimethyl -1H-indene-5-amine, ⁇ , ⁇ '-bis(4-aminophenyl)-1,4-diisopropylbenzene, N,N'-bis(4-aminophenyl)terephthalamide, 2,2-bis( 3-amino-4-hydroxyphenyl)hexafluoropropane, and aromatic diamines such as 1,4-bis(4-aminophenoxy)benz
- Structural unit A2A is a structural unit derived from tetracarboxylic dianhydride occupying the amic acid moiety corresponding to the repeating unit represented by formula (2) of the copolymer of the present invention, and is an aromatic tetracarboxylic acid It contains a structural unit derived from a dianhydride, preferably a structural unit derived from an aromatic tetracarboxylic dianhydride different from the structural unit A1A.
- the structural unit A2A is not limited as long as it contains a structural unit derived from an aromatic tetracarboxylic dianhydride, but the structural unit A2A is a structural unit derived from an aromatic tetracarboxylic dianhydride (a21) It preferably contains the unit (A21).
- the structural unit (A21) is a structural unit (A211) derived from a compound represented by the following formula (a211), a structural unit (A212) derived from a compound represented by the following formula (a212), A structural unit (A213) derived from a compound represented by (a213), a structural unit (A214) derived from a compound represented by formula (a214) below, and a structure derived from a compound represented by formula (a215) below It contains at least one selected from the group consisting of units (A215).
- the compound represented by formula (a211) is biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), and specific examples thereof include 3,3′,4,4′-biphenyl represented by formula (a211s) below.
- s-BPDA 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride represented by the following formula (a211s) is preferable.
- the compound represented by formula (a212) is p-phenylenebis(trimellitate) dianhydride (TAHQ).
- the compound represented by formula (a213) is pyromellitic anhydride (PMDA).
- the compound represented by formula (a214) is p-biphenylene bis(trimellitate) dianhydride (BP-TME).
- the compound represented by formula (a215) is bis(benzene-3,4-dicarboxylic anhydride) ester (BBDE).
- the structural unit (A21) preferably contains the structural unit (A211) from the viewpoint of high heat resistance and low residual stress.
- the structural unit A2A may contain structural units other than the structural unit (A21).
- the tetracarboxylic dianhydride that provides such a structural unit is not particularly limited as long as it is an aromatic tetracarboxylic dianhydride.
- Structural units arbitrarily contained in the structural unit A2A may be of one type, or may be of two or more types.
- the tetracarboxylic dianhydride that gives a structural unit derived from the tetracarboxylic dianhydride occupying the amic acid portion other than the structural unit A2A includes 1, 2, 4 ,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride, norbornane-2-spiro- ⁇ -cyclopentanone- ⁇ ′-spiro-2′′-norbornane-5,5′′,6,6′′-tetracarboxylic acid di anhydride, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,4,5-cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, bicyclo[2.2.2]oct-7-ene- Alicyclic tetracarboxylic dianhydrides such as 2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride and dicyclohexyltetracarboxylic dian
- the total ratio of the structural units (A211) to (A215) in the structural unit (A21) is preferably 45 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more, and particularly preferably 99. mol% or more.
- the upper limit of the ratio is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the structural unit (A21) may contain at least one selected from the structural units (A211) to (A215), and consists of only one selected from the structural units (A211) to (A215). good too.
- the ratio of each structural unit in the structural unit (A21) is not particularly limited, and any ratio can be
- the ratio of the structural unit (A21) in the structural unit A2A is preferably 45 mol% or more, more preferably 60 mol% or more, and still more preferably 85 mol% or more.
- the upper limit of the content ratio is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the structural unit (A1A contains the structural unit (A11) and the structural unit A2A contains the structural unit (A21)
- the molar ratio [(A11)/(A21)] between A11) and the structural unit (A21) is preferably 5/95 to 60/ 40, more preferably 10/90 to 60/40, still more preferably 15/85 to 60/40.
- the structural unit (A1A contains the structural unit (A12) and the structural unit A2A contains the structural unit (A21)
- the structural unit ( The molar ratio [(A12)/(A21)] between A12) and the structural unit (A21) is preferably 5/95 to 60/ 40, more preferably 10/90 to 60/40, still more preferably 15/85 to 60/40.
- the structural unit B2B is a structural unit derived from a diamine occupying the amic acid moiety corresponding to the repeating unit represented by the formula (2) of the copolymer of the present invention, and is represented by the following general formula (b11): It contains a structural unit (B11) derived from a diamine.
- Y 1 and Y 2 each independently represent a group represented by —COO— or a group represented by —OCO—.
- R 1 , R 2 and R 3 are each independently represents an organic group having 1 to 20 carbon atoms, and h, i, j, and k are integers of 0 to 4.
- the content ratio of the structural unit (B11) in the structural unit B2B is preferably 50 mol% or more, more preferably 55 mol% or more, and still more preferably It is 60 mol % or more, more preferably 80 mol % or more, still more preferably 90 mol % or more, and still more preferably 95 mol % or more.
- the upper limit of the content ratio of the structural unit (B11) is not particularly limited, and is 100 mol% or less.
- the structural unit B2B may consist only of the structural unit (B11).
- the structural unit (B11) is represented by the structural unit (B111) derived from the compound represented by the following formula (b111) and the following formula (b112) from the viewpoint of heat resistance, low residual stress and low coefficient of linear expansion. It preferably contains at least one selected from the group consisting of structural units (B112) derived from compounds.
- the compound represented by formula (b111) is 4-aminophenyl-4-aminobenzoate (4-BAAB).
- the compound represented by formula (b112) is 1,4-bis(4-aminobenzoyloxy)benzene (ABHQ).
- the content ratio of the structural unit (B111) in the structural unit (B11) in the structural unit B2B is preferably 45 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more, Particularly preferably, it is 99 mol % or more.
- the upper limit of the ratio is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the content ratio of the structural unit (B112) in the structural unit (B11) in the structural unit B2B is preferably 45 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more, Particularly preferably, it is 99 mol % or more.
- the upper limit of the content ratio is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the total content ratio of the structural unit (B111) and the structural unit (B112) in the structural unit (B11) is , preferably 45 mol % or more, more preferably 70 mol % or more, still more preferably 90 mol % or more, and particularly preferably 99 mol % or more.
- the upper limit of the ratio is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- diamines that give structural units derived from the diamine occupying the imide portion other than the structural unit B2B include 1,4-phenylenediamine, p-xylylenediamine, 3,5- diaminobenzoic acid, 1,5-diaminonaphthalene, 2,2'-dimethylbiphenyl-4,4'-diamine, 2,2'-dimethylbiphenyl-4,4'-diamine, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 1 , 4-bis[2-(4-aminophenyl)-2-propyl]benzene, 2,2-bis(4-aminophenyl)hexafluoropropane, 4,4'-diaminobenzanilide, 1-(4-amino Phenyl)-2,3-dihydro-1,3,3-trimethyl-1H-inden-5-amine, ⁇ , ⁇ '-
- the imide-amic acid copolymer of the present invention may be produced by any method, but is preferably obtained by the following method.
- the method for producing an imide-amic acid copolymer of the present invention comprises steps 1 and 2 below.
- Step 1 A step of reacting a tetracarboxylic acid component constituting an imide moiety with a diamine component to obtain an imide oligomer
- Step 2 The imide oligomer obtained in Step 1, a tetracarboxylic acid component constituting an amide acid moiety, and A step of reacting a diamine component to obtain an imide-amic acid copolymer containing repeating units consisting of an imide moiety and an amic acid moiety.
- an imide-amic acid copolymer of the present invention it is possible to control the imide portion and the amic acid portion to a specific structure, so that conventional imide portions and amic acid portions exist randomly.
- imido-amides can be expected to have improved heat resistance and low coefficient of linear expansion due to having a polyimide portion and a polyamic acid portion depending on the thermal imidization reactivity of each component. It is believed that acid copolymers can be obtained.
- Step 1 A compound that provides a structural unit A1A derived from a tetracarboxylic dianhydride and a compound that provides a structural unit B1B derived from a diamine are reacted to obtain an imide containing an imide repeating structural unit represented by formula (1).
- Step 2 for obtaining an oligomer Step 2 The imide oligomer obtained in Step 1 is reacted with a compound giving a structural unit A2A derived from a tetracarboxylic dianhydride and a compound giving a structural unit B2B derived from a diamine, and the formula (1
- a compound that provides the structural unit A2A contains an aromatic tetracarboxylic dianhydride
- the compound that provides the structural unit B1B and the compound that provides the structural unit B2B include a diamine represented by the following general formula (b11).
- Y 1 and Y 2 each independently represent a group represented by —COO— or a group represented by —OCO—.
- R 1 , R 2 and R 3 are each independently represents an organic group having 1 to 20 carbon atoms, and h, i, j, and k are integers of 0 to 4.
- a copolymer capable of forming a film having excellent transparency and heat resistance and having a low degree of yellowness can be produced by the production method including Steps 1 and 2 described above.
- the method for producing the copolymer of the present invention is described below.
- Step 1 is a step of reacting a tetracarboxylic acid component constituting an imide moiety containing a moiety corresponding to formula (1) with a diamine component to obtain an imide oligomer.
- the tetracarboxylic acid component constituting the imide moiety is preferably an aromatic tetracarboxylic dianhydride or an aliphatic tetracarboxylic dianhydride having a norbornane skeleton.
- Step 1 is more preferably a step of reacting a compound that provides a tetracarboxylic dianhydride-derived structural unit A1A with a compound that provides a diamine-derived structural unit B1B to obtain an imide oligomer.
- a compound that provides the structural unit A1A includes an aromatic tetracarboxylic dianhydride or an aliphatic tetracarboxylic dianhydride having a norbornane skeleton.
- the compound providing the structural unit B1B includes the compound providing the structural unit (B11), and the compound providing the structural unit (B11) is the compound represented by the formula (b111) from the compound represented by the formula (b112) It is preferable to include at least one selected from the group consisting of:
- the tetracarboxylic acid component used in step 1 preferably contains at least one selected from the group consisting of a compound that provides the structural unit (A11) and a compound that provides the structural unit (A12). is preferably used, and may contain a tetracarboxylic acid component other than the compound that provides the structural unit (A11) and the compound that provides the structural unit (A12) within a range that does not impair the effects of the present invention.
- the diamine component used in step 1 preferably contains a compound that provides the structural unit (B11), and a diamine component other than the compound that provides the structural unit (B11) is included within a range that does not impair the effects of the present invention. good too.
- the molar ratio of the diamine component to the tetracarboxylic acid component is preferably 1.01 to 2 mol, more preferably 1.05 to 1.9 mol, More preferably 1.1 to 1.7 mol.
- the method of reacting the tetracarboxylic acid component and the diamine component to obtain the imide oligomer in step 1 is not particularly limited, and a known method can be used.
- a specific reaction method (1) a tetracarboxylic acid component, a diamine component, and a reaction solvent are charged into a reactor, stirred at 10 to 110° C. for 0.5 to 30 hours, and then heated to imidize. (2) After charging the diamine component and the reaction solvent into a reactor and dissolving them, charging the tetracarboxylic acid component, stirring at 10 to 110° C. for 0.5 to 30 hours as necessary, and then and (3) a method in which a tetracarboxylic acid component, a diamine component and a reaction solvent are charged into a reactor and the temperature is immediately raised to carry out the imidization reaction.
- the imidization reaction it is preferable to carry out the reaction while removing water generated during production using a Dean-Stark apparatus or the like. By performing such an operation, the degree of polymerization and the imidization rate can be further increased.
- a known imidization catalyst can be used in the above imidization reaction.
- Examples of imidization catalysts include base catalysts and acid catalysts.
- Base catalysts include pyridine, quinoline, isoquinoline, ⁇ -picoline, ⁇ -picoline, 2,4-lutidine, 2,6-lutidine, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, triethylenediamine, imidazole, N,N -dimethylaniline, N,N-diethylaniline and other organic base catalysts, and potassium hydroxide, sodium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, potassium hydrogencarbonate, sodium hydrogencarbonate and other inorganic base catalysts.
- Acid catalysts include crotonic acid, acrylic acid, trans-3-hexenoic acid, cinnamic acid, benzoic acid, methylbenzoic acid, oxybenzoic acid, terephthalic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, naphthalenesulfonic acid, and the like. is mentioned. You may use said imidization catalyst individually or in combination of 2 or more types. Among the above, from the viewpoint of handleability, a base catalyst is preferred, an organic base catalyst is more preferred, one or more selected from triethylamine and triethylenediamine are more preferred, and triethylamine is even more preferred.
- the temperature of the imidization reaction is preferably 120 to 250°C, more preferably 160 to 200°C, from the viewpoints of reaction rate and inhibition of gelation.
- the reaction time is preferably 0.5 to 10 hours after the start of distillation of the produced water.
- the imide oligomer obtained in step 1 is formed from at least one selected from the group consisting of a compound that provides the structural unit (A11) and a compound that provides the structural unit (A12), and a compound that provides the structural unit (B11). It is preferred to have an imide repeating structural unit. Moreover, the imide oligomer obtained in step 1 preferably has amino groups at both ends of the main chain of the molecular chain. A solution containing an imide oligomer dissolved in a solvent is obtained by the above method.
- the solution containing the imide oligomer obtained in step 1 contains at least a part of the components used as the tetracarboxylic acid component and the diamine component in step 1 as unreacted monomers within a range that does not impair the effects of the present invention.
- the number average molecular weight (Mn) of the imide oligomer obtained in step 1 is preferably 1,000 to 100,000 from the viewpoint of heat resistance and mechanical strength of the resulting polyimide film. Also, the weight average molecular weight (Mw) is preferably 1,000 to 100,000 from the same viewpoint.
- the number-average molecular weight or weight-average molecular weight of the copolymer can be determined, for example, by standard polymethyl methacrylate (PMMA) conversion by gel filtration chromatography or by a light scattering method.
- step 2 of the production method of the present invention the imide oligomer obtained in step 1 is reacted with the tetracarboxylic acid component and the diamine component that constitute the amic acid moiety, thereby containing a repeating unit consisting of the imide moiety and the amic acid moiety.
- This is the step of obtaining an imide-amic acid copolymer.
- the tetracarboxylic acid component constituting the amic acid moiety used in step 2 is preferably an aromatic tetracarboxylic dianhydride.
- step 2 more preferably, the imide oligomer obtained in step 1 is reacted with a compound that provides a structural unit A2A derived from tetracarboxylic dianhydride and a compound that provides a structural unit B2B derived from diamine, and the imide - It is a step to obtain an amic acid copolymer.
- Compounds that provide building block A2A include aromatic tetracarboxylic dianhydrides.
- the compound that provides the structural unit B2B preferably includes a compound that provides the structural unit (B11), and the compound that provides the structural unit (B11) is a compound represented by the formula (b111) and a compound represented by the formula (b112). It preferably contains at least one selected from the group consisting of the represented compounds.
- the tetracarboxylic acid component used in step 2 preferably contains a compound that provides the structural unit (A21), and a tetracarboxylic acid component other than the compound that provides the structural unit (A21) within a range that does not impair the effects of the present invention.
- the tetracarboxylic acid component used in step 2 preferably does not contain a compound that provides the structural unit (A11).
- the diamine component used in step 2 preferably contains a compound that provides the structural unit (B11), and a diamine component other than the compound that provides the structural unit (B11) is included within a range that does not impair the effects of the present invention. good too.
- the method of reacting the imide oligomer obtained in step 1 with the tetracarboxylic acid component and the diamine component to obtain the imide-amic acid copolymer in step 2 is not particularly limited, and a known method can be used. can.
- a specific reaction method (1) the imide oligomer obtained in step 1, the tetracarboxylic acid component, the diamine component and the solvent are charged into a reactor and (2) After charging the imide oligomer and solvent obtained in step 1 into a reactor and dissolving them, a tetracarboxylic acid component and a diamine component are charged, and the temperature is 0 to 120 ° C., preferably 5 to 5. and a method of stirring at 80° C. for 1 to 72 hours.
- the molecular weight of the copolymer obtained in step 2 does not fluctuate depending on the temperature history during polymerization, and the progress of thermal imidization can be suppressed. can be stably manufactured.
- a copolymer solution containing the imide-amic acid copolymer dissolved in the solvent is obtained.
- the concentration of the copolymer in the obtained copolymer solution is preferably 1 to 50 mass %, more preferably 3 to 35 mass %, still more preferably 5 to 30 mass %.
- the obtained copolymer liquid is preferably stored at 23°C for 3 to 10 days after step 2, and then stored at -20°C. preferable.
- the number average molecular weight of the imide-amic acid copolymer obtained by the production method of the present invention is preferably 5,000 to 500,000 from the viewpoint of the mechanical strength of the resulting polyimide film.
- the weight average molecular weight (Mw) of the imide-amic acid copolymer obtained by the production method of the present invention is preferably 10,000 or more and 800,000 or less, more preferably 10,000 or less, from the same viewpoint. 000 or more and 300,000 or less, more preferably 100,000 or more and 300,000 or less.
- the number-average molecular weight or weight-average of the copolymer can be obtained, for example, from a standard polymethylmethacrylate (PMMA) conversion value by gel filtration chromatography measurement. Next, the raw materials and the like used in this production method will be described.
- tetracarboxylic acid component used as a raw material for the imide-amic acid copolymer in the present production method is the above-mentioned ⁇ Each structural unit of the imide-amic acid copolymer> section (structural unit A1A) and (structural unit A2A) It is preferable to use the compounds that provide each structural unit described in the section.
- the ratio of the compound that provides the structural unit (A11) in the tetracarboxylic acid component used in step 1 is It is preferably 50 mol% or more, more preferably 55 mol% or more, still more preferably 60 mol% or more, still more preferably 80 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more. , and more preferably 95 mol % or more.
- the upper limit of the usage ratio of the compound that provides the structural unit (A11) is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the tetracarboxylic acid component used in step 1 may consist only of the compound that provides the structural unit (A11).
- the ratio of the compound that provides the structural unit (A12) in the tetracarboxylic acid component used in step 1 is It is preferably 50 mol% or more, more preferably 55 mol% or more, still more preferably 60 mol% or more, still more preferably 80 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more. , and more preferably 95 mol % or more.
- the upper limit of the usage ratio of the compound that provides the structural unit (A12) is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the tetracarboxylic acid component used in step 1 may consist only of a compound that provides the structural unit (A12).
- the structural unit (A11 ) and the compound giving the structural unit (A12) are preferably 50 mol% or more, more preferably 55 mol% or more, still more preferably 60 mol% or more, and more More preferably 80 mol % or more, still more preferably 90 mol % or more, still more preferably 95 mol % or more.
- the upper limit of the total usage ratio of the compound that provides the structural unit (A11) and the compound that provides the structural unit (A12) is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the tetracarboxylic acid component used in step 1 may consist only of the compound that provides the structural unit (A11) and the compound that provides the structural unit (A12).
- the compound that provides the structural unit (A11) and the compound that provides the structural unit (A12) include, but are not limited to, the compound represented by the formula (a11) and the compound represented by the formula (a12), respectively. However, it may be a derivative thereof as long as it provides the same structural unit. Examples of the derivative include tetracarboxylic acids corresponding to the compounds represented by formula (a11) and the compounds represented by formula (a12), and alkyl esters of the tetracarboxylic acids.
- a compound represented by formula (a11) is preferable.
- a compound represented by the formula (a12) is preferable as the compound that provides the structural unit (A12).
- the ratio of the compound that provides the structural unit (A21) is preferably 45 mol% or more, More preferably 60 mol % or more, still more preferably 85 mol % or more.
- the upper limit of the usage ratio is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the compound giving the structural unit (A21) includes the compound represented by the formula (a211), the compound represented by the formula (a212), the compound represented by the formula (a213), and the compound represented by the formula (a214).
- the molar ratio of the compound providing the structural unit (A11) and the compound providing the structural unit (A21) in the tetracarboxylic acid component used as a raw material for the imide-amic acid copolymer in the present production method is preferably 5/95 to 60/40, more preferably 10/90 to 60/40, from the viewpoint of transparency, low yellowness, high heat resistance, and low linear expansion coefficient, and further It is preferably 15/85 to 60/40.
- the molar ratio of the compound providing the structural unit (A12) and the compound providing the structural unit (A21) in the tetracarboxylic acid component used as a raw material for the imide-amic acid copolymer in the present production method is preferably 5/95 to 60/40, more preferably 10/90 to 60/40, from the viewpoint of transparency, low yellowness, high heat resistance, and low linear expansion coefficient, and further It is preferably 15/85 to 60/40.
- the total ratio of the compounds providing the structural units (A211) to (A215) in the compounds providing the structural unit (A21) is preferably 45 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and still more preferably 90 mol%. 99 mol % or more, particularly preferably 99 mol % or more. The upper limit of the ratio is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the tetracarboxylic acid component used as a raw material for the imide-amic acid copolymer includes a compound that provides the structural unit (A11), a compound that provides the structural unit (A12), a compound that provides the structural unit (A211), and a structural unit (A212). ), a compound that provides the structural unit (A213), a compound that provides the structural unit (A214), and a compound other than the compound that provides the structural unit (A215), and such compounds may be one type, Two or more types may be used.
- the diamine component used as a raw material for the imide-amic acid copolymer in this production method is the above-mentioned ⁇ Each structural unit of the imide-amic acid copolymer> section (structural unit B1B) and section (structural unit B2B). It is preferable to use a compound that provides each structural unit described in .
- the diamine component used in step 1 for obtaining the imide oligomer contains a compound that provides the structural unit (B11), the ratio of the compound that provides the structural unit (B11) in the diamine component used in step 1 is preferably 50 mol.
- the upper limit of the usage ratio of the compound that provides the structural unit (B11) is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the diamine component used in step 1 may consist only of the compound that provides the structural unit (B11).
- the use ratio of the compound that provides the structural unit (B11) in the diamine component used in step 2 is , preferably 50 mol% or more, more preferably 55 mol% or more, still more preferably 60 mol% or more, still more preferably 80 mol% or more, still more preferably 90 mol% or more Yes, more preferably 95 mol % or more.
- the upper limit of the usage ratio of the compound that provides the structural unit (B11) is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the diamine component used in step 2 may consist only of the compound that provides the structural unit (B11).
- the compound that provides the structural unit (B11) at least one selected from the group consisting of the compound that provides the structural unit (B111) and the compound that provides the structural unit (B112) is preferable.
- the use ratio of the compound providing the structural unit (B111) in the compounds providing the structural unit (B11) is preferably 45 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and still more preferably 90 mol% or more. and particularly preferably 99 mol % or more.
- the upper limit of the usage ratio is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the use ratio of the compound providing the structural unit (B112) in the compound providing the structural unit (B11) is preferably 45 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and still more preferably 90 mol% or more. and particularly preferably 99 mol % or more.
- the upper limit of the usage ratio is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the total usage ratio of the compound providing the structural unit (B111) and the compound providing the structural unit (B112) in the compound providing the structural unit (B11) is preferably 45 mol% or more, more preferably 70 mol%. more preferably 90 mol % or more, particularly preferably 99 mol % or more.
- the upper limit of the total usage ratio is not particularly limited, and is 100 mol % or less.
- the diamine component used as a raw material for the imide-amic acid copolymer may contain a compound other than the compound that provides the structural unit (B11), and such compounds may be of one type or two or more types. good.
- Compounds that provide the structural unit (B11) include, but are not limited to, diamines, and derivatives thereof may be used as long as they provide the same structural unit. Such derivatives include diisocyanates corresponding to diamines.
- a diamine is preferable as the compound that provides the structural unit (B11).
- the charging ratio of the tetracarboxylic acid component and the diamine component used in all the steps of copolymer production including steps 1 and 2 is 0.9 for the diamine component per 1 mol of the tetracarboxylic acid component. It is preferably ⁇ 1.1 mol.
- a terminal blocker may be used in addition to the above-described tetracarboxylic acid component and diamine component for the production of the imide-amic acid copolymer.
- a terminal blocking agent is preferably used in step 2.
- Monoamines or dicarboxylic acids are preferable as the terminal blocking agent.
- the amount of the terminal blocker to be introduced is preferably 0.0001 to 0.1 mol, more preferably 0.001 to 0.06 mol, per 1 mol of the tetracarboxylic acid component.
- Monoamine terminal blockers include, for example, methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, benzylamine, 4-methylbenzylamine, 4-ethylbenzylamine, 4-dodecylbenzylamine, 3-methylbenzylamine, 3- ethylbenzylamine, aniline, 3-methylaniline, 4-methylaniline and the like.
- benzylamine and aniline are preferred.
- Dicarboxylic acids are preferable as the dicarboxylic acid end blocking agent, and a part of them may be ring-closed.
- phthalic acid for example, phthalic acid, phthalic anhydride, 4-chlorophthalic acid, tetrafluorophthalic acid, 2,3-benzophenonedicarboxylic acid, 3,4-benzophenonedicarboxylic acid, cyclopentane-1,2-dicarboxylic acid, 4-cyclohexene-1 , 2-dicarboxylic acid and the like.
- phthalic acid and phthalic anhydride are preferred.
- the solvent used in the method for producing the copolymer of the present invention is not particularly limited as long as it can dissolve the resulting imide-amic acid copolymer.
- Examples include aprotic solvents, phenolic solvents, ether solvents, carbonate solvents and the like.
- aprotic solvents include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, 1,3-dimethylimidazolidinone, tetramethylurea and the like.
- lactone solvents such as ⁇ -butyrolactone and ⁇ -valerolactone
- phosphorus-containing amide solvents such as hexamethylphosphoricamide and hexamethylphosphinetriamide
- sulfur-containing solvents such as dimethylsulfone, dimethylsulfoxide, and sulfolane.
- ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone and methylcyclohexanone
- ester solvents such as acetic acid (2-methoxy-1-methylethyl).
- phenolic solvents include phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,3-xylenol, 2,4-xylenol, 2,5-xylenol, 2,6-xylenol, 3,4 -xylenol, 3,5-xylenol, and the like.
- ether solvents include 1,2-dimethoxyethane, bis(2-methoxyethyl)ether, 1,2-bis(2-methoxyethoxy)ethane, bis[2-(2-methoxyethoxy)ethyl] ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane and the like.
- carbonate solvents include diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate and the like.
- amide-based solvents or lactone-based solvents are preferred, amide-based solvents are more preferred, and N-methyl-2-pyrrolidone is even more preferred.
- the above reaction solvents may be used alone or in combination of two or more.
- the varnish of the present invention is obtained by dissolving the imide-amic acid copolymer of the present invention, which is a precursor of the polyimide resin, in an organic solvent. That is, the varnish of the present invention contains the imide-amic acid copolymer of the present invention and an organic solvent, and the imide-amic acid copolymer is dissolved in the organic solvent.
- the organic solvent is not particularly limited as long as it dissolves the copolymer of the present invention, but the compounds described above as the solvent used in the production of the copolymer of the present invention may be used singly or in combination of two or more. It is preferable to use
- the varnish of the present invention may be the above-described copolymer solution itself, or may be obtained by adding a diluent solvent to the copolymer solution.
- the varnish of the present invention can further contain an imidization catalyst and a dehydration catalyst from the viewpoint of efficiently advancing the imidization of the amic acid sites in the copolymer of the present invention.
- the imidization catalyst may be an imidization catalyst having a boiling point of 40° C. or higher, and an imidization catalyst having a boiling point of 40° C. or higher can avoid the possibility of volatilization before imidization sufficiently proceeds.
- the imidization catalyst includes amine compounds such as pyridine or picoline; imidazole compounds such as imidazole, 1,2-dimethylimidazole, 1-benzylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole and benzimidazole; and the like.
- dehydration catalysts include acid anhydrides such as acetic anhydride, propionic anhydride, n-butyric anhydride, benzoic anhydride and trifluoroacetic anhydride; and carbodiimide compounds such as dicyclohexylcarbodiimide. You may use these individually or in combination of 2 or more types.
- the varnish of the present invention preferably contains 3 to 40% by mass of the copolymer of the present invention, more preferably 5 to 40% by mass, even more preferably 6 to 30% by mass.
- the viscosity of the varnish is preferably 0.1 to 100 Pa ⁇ s, more preferably 0.1 to 20 Pa ⁇ s.
- the viscosity of the varnish is a value measured at 25°C using an E-type viscometer.
- the varnish of the present invention contains an inorganic filler, an adhesion promoter, a release agent, a flame retardant, an ultraviolet stabilizer, a surfactant, a leveling agent, an antifoaming agent, and a fluorescent brightening agent within a range that does not impair the required properties of the polyimide film.
- Various additives such as agents, cross-linking agents, polymerization initiators, and photosensitizers may also be included.
- the method for producing the varnish of the present invention is not particularly limited, and known methods can be applied.
- the polyimide film of the present invention contains a polyimide resin obtained by imidizing the amic acid site in the imide-amic acid copolymer of the present invention. Therefore, the polyimide film of the present invention has excellent transparency and heat resistance, and a low degree of yellowness.
- the polyimide film of the present invention can be produced using a varnish obtained by dissolving the aforementioned copolymer in an organic solvent.
- the method for producing a polyimide film using the varnish of the present invention is not particularly limited, and known methods can be used.
- a smooth support such as a glass plate, a metal plate, or a plastic, or forming it into a film
- an organic solvent such as a reaction solvent or dilution solvent contained in the varnish is heated. to obtain a copolymer film, imidize the amic acid site of the copolymer in the copolymer film by heating (dehydration ring closure), and then peel off from the support to produce a polyimide film be able to.
- the weight average molecular weight (Mw) of the polyimide resin contained in the polyimide film of the present invention is preferably 10,000 to 800,000, more preferably 10,000 to 300,000, from the viewpoint of mechanical strength of the film. and more preferably 100,000 to 300,000.
- the weight average molecular weight of the polyimide resin can be determined, for example, from a standard polymethyl methacrylate (PMMA) conversion value obtained by gel filtration chromatography.
- the heating temperature for drying the varnish of the present invention to obtain a copolymer film is preferably 50 to 150°C.
- the heating temperature for imidizing the copolymer of the present invention is preferably 200 to 500.degree. C., more preferably 300 to 470.degree. C., still more preferably 400 to 450.degree.
- the heating time is preferably 1 minute to 6 hours, more preferably 5 minutes to 2 hours, and still more preferably 15 minutes to 1 hour.
- Examples of the heating atmosphere include air gas, nitrogen gas, oxygen gas, hydrogen gas, and nitrogen/hydrogen mixed gas. in a hydrogen concentration of 0.5% or less is preferred.
- the imidization method is not limited to thermal imidization, and chemical imidization can also be applied.
- the thickness of the polyimide film of the present invention can be appropriately selected depending on the application, etc., but is preferably 1 to 250 ⁇ m, more preferably 5 to 100 ⁇ m, and still more preferably 5 to 50 ⁇ m.
- the thickness of the polyimide film can be easily controlled by adjusting the solid content concentration and viscosity of the varnish.
- ⁇ Polyimide film physical properties> By using the imide-amic acid copolymer of the present invention, it is possible to form a polyimide film having a low linear expansion coefficient, excellent heat resistance, and little change in yellowness even after heat treatment.
- Preferred physical properties of the polyimide film are as follows.
- the coefficient of linear expansion (in the range of 100°C to 400°C) is preferably 25 ppm/°C or less, more preferably 20 ppm/°C or less, and even more preferably 15 ppm/°C or less.
- the glass transition temperature (Tg) of the polyimide film of the present invention is preferably 430°C or higher, more preferably 450°C or higher, and even more preferably 480°C or higher.
- the 1% weight loss temperature (Td1%) is preferably 500°C or higher, more preferably 510°C or higher, and even more preferably 520°C or higher.
- Td1% weight loss temperature
- the above physical property values in the present invention can be specifically measured by the methods described in Examples.
- the polyimide film of the present invention has excellent heat resistance.
- the difference between the yellowness index (YI1) and the initial yellowness index (YI0) is preferably 20.0 or less. , more preferably 10.0 or less, still more preferably 8.0 or less, still more preferably 6.0 or less, and even more preferably 5.0 or less.
- the yellowness YI1 after two 1-hour heat treatments at 430° C. and the initial yellowness YI0 satisfy the following formula (8).
- ⁇ YI YI1 ⁇ YI0 ⁇ 20 (8)
- the heat resistance test method can be performed by the method described in Examples.
- the polyimide film of the present invention is suitably used as films for various members such as color filters, flexible displays, semiconductor parts, and optical members.
- the polyimide film of the present invention is particularly suitably used as a substrate for image display devices such as liquid crystal displays and OLED displays.
- the laminate of the present invention comprises the polyimide film and at least one inorganic layer.
- the inorganic layer is preferably laminated on the polyimide film.
- Inorganic layers include metal films, semiconductor films, and insulating films.
- the semiconductor film is laminated on the polyimide film, and it is even more preferable that the insulating film and the semiconductor film are laminated on the polyimide film, More preferably, the insulating film and the semiconductor film are laminated in this order on the polyimide film.
- the laminate of the present invention may have an insulating film between the polyimide film and the metal film or semiconductor film, and preferably has an insulating film.
- a SiO 2 film is preferable as the insulating film, and the SiO 2 film functions as a buffer film when forming a metal film or a semiconductor film.
- Preferred specific examples of the metal film include copper mesh and silver mesh.
- Preferred specific examples of the semiconductor film include at least one selected from the group consisting of indium tin oxide (ITO), amorphous silicon, indium-gallium-zinc oxide (IGZO), and low-temperature polysilicon (LTPS).
- ITO indium tin oxide
- IGZO indium-gallium-zinc oxide
- LTPS low-temperature polysilicon
- Another metal film or semiconductor film may be further laminated on these metal films or semiconductor films.
- the thickness of the metal film or semiconductor film is not particularly limited, it is preferably 1 to 400 nm, more preferably 10 to 300 nm, still more preferably 20 to 200 nm.
- the laminate of the present invention has excellent heat resistance.
- the difference between the yellowness index (YI1) and the initial yellowness index (YI0) is preferably 20.0. or less, more preferably 10.0 or less, still more preferably 8.0 or less, even more preferably 6.0 or less, and even more preferably 5.0 or less.
- the yellowness YI1 after two 1-hour heat treatments at 430° C. and the initial yellowness YI0 satisfy the following formula (8).
- ⁇ YI YI1 ⁇ YI0 ⁇ 20 (8)
- the heat resistance test method can be performed by the method described in Examples.
- Tg Glass transition temperature (evaluation of heat resistance) Using a thermomechanical analyzer "TMA / SS6100" manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd., a sample size of 3 mm ⁇ 20 mm, a tensile mode, a load of 50 mN, and a heating rate of 10 ° C./min, from 40 ° C. to 550 ° C. TMA measurement was performed, and the place where the inflection point of elongation was observed was determined as the glass transition temperature.
- CTE Coefficient of linear expansion
- Td1% weight loss temperature (evaluation of heat resistance)
- a simultaneous differential thermal thermogravimetric measurement device "NEXTA STA200RV” manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd. was used. The sample was heated from 40°C to 150°C at a heating rate of 10°C/min, held at 150°C for 30 minutes to remove moisture, and then heated to 550°C. The temperature at which the weight decreased by 1% compared to the weight after holding at 150° C. for 30 minutes was taken as the 1% weight loss temperature (Td1%). The higher the weight loss temperature, the better the heat resistance.
- NMP N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Tokyo Junyaku Kogyo Co., Ltd.)
- TEA triethylamine (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.)
- Example 1 4-BAAB 6.848 g (0.030 mol ) and 30.064 g of NMP were added, the temperature in the system was set to 70° C. under a nitrogen atmosphere, and the mixture was stirred at a rotation speed of 200 rpm to obtain a solution. After adding 9.169 g (0.020 mol) of BPAF and 10.000 g of NMP to this solution all at once, 0.101 g of TEA and 5.000 g of NMP were added as an imidization catalyst, heated with a mantle heater, The temperature in the reaction system was raised to 190°C over about 20 minutes. The temperature in the reaction system was kept at 190° C. and refluxed for 1 hour while collecting the components to be distilled off.
- the obtained varnish was applied onto a glass plate by spin coating, held on a hot plate at 80°C for 20 minutes, and then heated in a hot air dryer at 430°C for 60 minutes in a nitrogen atmosphere to evaporate the solvent. , to obtain a polyimide film.
- Table 1 shows the physical properties and evaluation results of the film.
- Example 2 A polyimide varnish having a solid concentration of about 15% by mass was obtained in the same manner as in Example 1, except that 9.169 g (0.020 mol) of BPAF was changed to 8.885 g (0.020 mol) of 6FDA. A polyimide film was obtained in the same manner as in Example 1 using the obtained varnish. Table 1 shows the physical properties and evaluation results of the film.
- Example 3 BPAF 9.169 g (0.020 mol) was changed to BPAF 13.7529 g (0.030 mol), 4-BAAB 6.848 g (0.030 mol) was changed to ABHQ 13.934 g (0.040 mol) Then, 23.538 g (0.080 mol) of s-BPDA was changed to 20.5954 g (0.070 mol) of s-BPDA, and 15.978 g (0.070 mol) of 4-BAAB was replaced with 20.902 g (0.070 mol) of ABHQ.
- a polyimide varnish having a solid concentration of about 15% by mass was obtained in the same manner as in Example 1, except that the content was changed to 0.060 mol).
- a polyimide film was obtained in the same manner as in Example 1 using the obtained varnish. Table 1 shows the physical properties and evaluation results of the film.
- Example 4 Change 4-BAAB 6.848 g (0.030 mol) to ABHQ 10.451 g (0.030 mol), 4-BAAB 15.978 g (0.070 mol) ABHQ 24.385 g (0.070 mol)
- a polyimide varnish having a solid content concentration of about 15% by mass was obtained in the same manner as in Example 1, except that it was changed to .
- a polyimide film was obtained in the same manner as in Example 1 using the obtained varnish. Table 1 shows the physical properties and evaluation results of the film.
- a polyimide film was obtained in the same manner as in Example 1 using the obtained varnish. Table 1 shows the physical properties and evaluation results of the film.
- the polyimide films obtained from the imide-amic acid copolymers of Examples having specific imide repeating structural units and amic acid repeating structural units have a low coefficient of linear expansion and excellent heat resistance. It can be seen that Furthermore, the polyimide films obtained from the imide-amic acid copolymers of Examples 1 to 4 having specific imide repeating structural units and amic acid repeating structural units, and laminates of the films and inorganic films were subjected to repeated heat treatments. The heat resistance at the time was particularly excellent. On the other hand, when the polyimide film obtained from the imide-amic acid copolymer of Comparative Example 1 was heat-treated in both the heat resistance evaluation of the polyimide film and the heat resistance evaluation of the laminate, the yellowness changed significantly.
- the raw material composition constituting the polyimide film is the same in Example 1 and Comparative Example 2, the polyimide film of Comparative Example 2 obtained from polyamic acid has a lower glass transition temperature than the polyimide film of Example 1. , the coefficient of linear expansion was large, and thus the heat resistance was poor.
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Abstract
線膨張係数が低く、耐熱性に優れ、400℃以上の熱処理を行っても黄色度の変化が小さい、フィルムを得ることができる、ポリイミド樹脂の前駆体であるイミド-アミド酸共重合体、その製造方法、ワニス、ポリイミドフィルムを提供する。 下記式(1)で表される繰り返し単位と、下記式(2)で表される繰り返し単位を含み、式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位のモル比が、5/95~60/40である、イミド-アミド酸共重合体。(A1は炭素数4~39の芳香族基又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族基、B1、B2は式(3)で表される基、A2は炭素数4~39の芳香族基、X1、X2は水素原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数3~9のアルキルシリル基、Y1、Y2は-COO-又は-OCO-、R1、R2、R3は炭素数1~20の有機基、h、i、j、kは0~4である。)
Description
本発明はポリイミド樹脂の前駆体であるイミド-アミド酸共重合体及びその製造方法、共重合体を含むワニス、並びにポリイミドフィルムに関する。
ポリイミド樹脂は、電気・電子部品等の分野において様々な利用が検討されている。例えば、液晶ディスプレイやOLEDディスプレイ等の画像表示装置に用いられるガラス基板を、デバイスの軽量化やフレキシブル化を目的として、プラスチック基板へ代替することが望まれており、当該プラスチック基板として適するポリイミドフィルムの研究が進められている。このような用途のポリイミドフィルムには透明性と低い黄色度が求められる。
このような点について、たとえば、特許文献1には、残留応力が低く、反りが少なく、黄色度が小さく、伸度が高いポリイミドフィルムを得ることを目的として、2種の特定のアミド酸構造単位を特定の比率で含むことを特徴とするポリイミド前駆体が開示されている。
前記のように特定の用途のポリイミドフィルムには透明性と低い黄色度が求められる。しかし、TFTのデバイスタイプがLTPS(低温ポリシリコンTFT)では、400℃を超えるプロセス温度であり、基板となるポリイミドには400℃以上の高温での処理を複数回耐える耐熱性が求められ、そのような熱履歴においても、透明性と低い黄色度を維持することが求められる。
また、前記のように支持体との線膨張係数の違いによる支持体の反りやデバイスを構成する無機層との線熱膨張率の違いから、接合面における剥離や製品の変形が危惧されるという理由から線膨張係数の低減も必要とされている。
特許文献1には残留応力を低減し、黄色度を低減する技術が開示されているが、いまだ不十分であり、特に透明性と低い黄色度を維持しつつ、耐熱性等に優れたポリイミドフィルムを得ることはできていなかった。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、線膨張係数が低く、耐熱性に優れ、400℃以上の熱処理を行っても黄色度の変化が小さい、ポリイミドフィルムを得ることができる、ポリイミド樹脂の前駆体であるイミド-アミド酸共重合体及びその製造方法、該共重合体を含むワニス、並びにポリイミドフィルムを提供することにある。
また、前記のように支持体との線膨張係数の違いによる支持体の反りやデバイスを構成する無機層との線熱膨張率の違いから、接合面における剥離や製品の変形が危惧されるという理由から線膨張係数の低減も必要とされている。
特許文献1には残留応力を低減し、黄色度を低減する技術が開示されているが、いまだ不十分であり、特に透明性と低い黄色度を維持しつつ、耐熱性等に優れたポリイミドフィルムを得ることはできていなかった。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、線膨張係数が低く、耐熱性に優れ、400℃以上の熱処理を行っても黄色度の変化が小さい、ポリイミドフィルムを得ることができる、ポリイミド樹脂の前駆体であるイミド-アミド酸共重合体及びその製造方法、該共重合体を含むワニス、並びにポリイミドフィルムを提供することにある。
本発明者らは、特定の構成単位の組み合わせを含む共重合体が上記課題を解決できることを見出し、発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、下記の[1]~[16]に関する。
[1]下記式(1)で表される繰り返し単位と、下記式(2)で表される繰り返し単位を含み、式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位のモル比〔(1)/(2)〕が、5/95~60/40である、イミド-アミド酸共重合体。
(式(1)中、A1は炭素数4~39の4価の芳香族基又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族基であって、結合基として-O-、-SO2-、-CO-、-CH2-、-C(CH3)2-、-C2H4O-及び-S-からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよく、B1は上記一般式(3)で表される基である。式(2)中、A2は炭素数4~39の4価の芳香族基であって、結合基として-O-、-SO2-、-CO-、-CH2-、-C(CH3)2-、-C2H4O-、-OCO-、-COO-、-NHCO-、-CONH-、及び-S-からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよく、B2は上記一般式(3)で表される基であり、X1、X2はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1~6のアルキル基、又は炭素数3~9のアルキルシリル基である。式(3)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
[2]重量平均分子量が10,000以上、300,000以下である、前記[1]に記載のイミド-アミド酸共重合体。
[3]前記A1が、下記式(4)で表される基、下記式(5)で表される基、下記式(6)で表される基、及び下記式(7)で表される基からなる群より選ばれる少なくとも1つである、前記[1]又は[2]に記載のイミド-アミド酸共重合体。
[4]前記A2が、下記式(8)で表される基である、前記[1]~[3]のいずれか1つに記載のイミド-アミド酸共重合体。
[5]イミド繰り返し構造単位とアミド酸繰り返し構造単位とを有し、
イミド繰り返し構造単位が、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A1A及びジアミンに由来する構成単位B1Bを有し、
アミド酸繰り返し構造単位が、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A2A、ジアミンに由来する構成単位B2Bを有し、
構成単位A1Aが、芳香族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を含み、
構成単位A2Aが、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み、
構成単位B1B及びB2Bが、下記一般式(b11)で表されるジアミンに由来する構成単位(B11)を含む、前記[1]~[4]のいずれか1つに記載のイミド-アミド酸共重合体。
(式(b11)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
[6]構成単位A2Aが、芳香族テトラカルボン酸二無水物(a21)に由来する構成単位(A21)を含み、
構成単位(A21)が、下記式(a211)で表される化合物に由来する構成単位(A211)、下記式(a212)で表される化合物に由来する構成単位(A212)、下記式(a213)で表される化合物に由来する構成単位(A213)、下記式(a214)で表される化合物に由来する構成単位(A214)及び下記式(a215)で表される化合物に由来する構成単位(A215)からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、前記[5]に記載のイミド-アミド酸共重合体。
[7]構成単位A1Aが下記式(a11)で表される化合物に由来する構成単位(A11)、及び下記式(a12)で表される化合物に由来する構成単位(A12)からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、前記[5]又は[6]に記載のイミド-アミド酸共重合体。
[8]前記[1]~[7]のいずれか1つに記載の共重合体が有機溶媒に溶解してなる、ワニス。
[9]前記[1]~[7]のいずれか1つに記載の共重合体中のアミド酸部位をイミド化してなるポリイミド樹脂を含む、ポリイミドフィルム。
[10]前記ポリイミドフィルムのガラス転移温度が430℃以上である、前記[9]に記載のポリイミドフィルム。
[11]430℃、1時間の熱処理を2回行った後の黄色度YI1と熱処理前の黄色度YI0が下記式(8)を満たす、前記[9]又は[10]に記載のポリイミドフィルム。
ΔYI=YI1-YI0≦20 (8)
[12]前記[9]~[11]のいずれか1つに記載のポリイミドフィルムと、少なくとも1種以上の無機層からなる、積層体。
[13]430℃、1時間の熱処理を2回行った後の黄色度YI1と熱処理前の黄色度YI0が下記式(8)を満たす、前記[12]に記載の積層体。
ΔYI=YI1-YI0≦20 (8)
[14]前記[1]~[7]のいずれか1つに記載の共重合体を製造する製造方法であって、下記工程1及び工程2を有する、イミド-アミド酸共重合体の製造方法。
工程1:イミド部分を構成するテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分とを反応させ、イミドオリゴマーを得る工程
工程2:工程1で得られたイミドオリゴマーと、アミド酸部分を構成するテトラカルボン酸成分およびジアミン成分を反応させ、イミド部分とアミド酸部分とからなる繰り返し単位を含むイミド-アミド酸共重合体を得る工程
[15]工程1で得られるイミドオリゴマーが分子鎖の主鎖の両末端にアミノ基を有する、前記[14]に記載のイミド-アミド酸共重合体の製造方法。
[16]工程1において、テトラカルボン酸成分に対するジアミン成分のモル比(ジアミン/テトラカルボン酸)が、1.01~2である、前記[14]又は[15]に記載のイミド-アミド酸共重合体の製造方法。
[1]下記式(1)で表される繰り返し単位と、下記式(2)で表される繰り返し単位を含み、式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位のモル比〔(1)/(2)〕が、5/95~60/40である、イミド-アミド酸共重合体。
(式(1)中、A1は炭素数4~39の4価の芳香族基又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族基であって、結合基として-O-、-SO2-、-CO-、-CH2-、-C(CH3)2-、-C2H4O-及び-S-からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよく、B1は上記一般式(3)で表される基である。式(2)中、A2は炭素数4~39の4価の芳香族基であって、結合基として-O-、-SO2-、-CO-、-CH2-、-C(CH3)2-、-C2H4O-、-OCO-、-COO-、-NHCO-、-CONH-、及び-S-からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよく、B2は上記一般式(3)で表される基であり、X1、X2はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1~6のアルキル基、又は炭素数3~9のアルキルシリル基である。式(3)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
[2]重量平均分子量が10,000以上、300,000以下である、前記[1]に記載のイミド-アミド酸共重合体。
[3]前記A1が、下記式(4)で表される基、下記式(5)で表される基、下記式(6)で表される基、及び下記式(7)で表される基からなる群より選ばれる少なくとも1つである、前記[1]又は[2]に記載のイミド-アミド酸共重合体。
[4]前記A2が、下記式(8)で表される基である、前記[1]~[3]のいずれか1つに記載のイミド-アミド酸共重合体。
[5]イミド繰り返し構造単位とアミド酸繰り返し構造単位とを有し、
イミド繰り返し構造単位が、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A1A及びジアミンに由来する構成単位B1Bを有し、
アミド酸繰り返し構造単位が、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A2A、ジアミンに由来する構成単位B2Bを有し、
構成単位A1Aが、芳香族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を含み、
構成単位A2Aが、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み、
構成単位B1B及びB2Bが、下記一般式(b11)で表されるジアミンに由来する構成単位(B11)を含む、前記[1]~[4]のいずれか1つに記載のイミド-アミド酸共重合体。
(式(b11)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
[6]構成単位A2Aが、芳香族テトラカルボン酸二無水物(a21)に由来する構成単位(A21)を含み、
構成単位(A21)が、下記式(a211)で表される化合物に由来する構成単位(A211)、下記式(a212)で表される化合物に由来する構成単位(A212)、下記式(a213)で表される化合物に由来する構成単位(A213)、下記式(a214)で表される化合物に由来する構成単位(A214)及び下記式(a215)で表される化合物に由来する構成単位(A215)からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、前記[5]に記載のイミド-アミド酸共重合体。
[7]構成単位A1Aが下記式(a11)で表される化合物に由来する構成単位(A11)、及び下記式(a12)で表される化合物に由来する構成単位(A12)からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、前記[5]又は[6]に記載のイミド-アミド酸共重合体。
[8]前記[1]~[7]のいずれか1つに記載の共重合体が有機溶媒に溶解してなる、ワニス。
[9]前記[1]~[7]のいずれか1つに記載の共重合体中のアミド酸部位をイミド化してなるポリイミド樹脂を含む、ポリイミドフィルム。
[10]前記ポリイミドフィルムのガラス転移温度が430℃以上である、前記[9]に記載のポリイミドフィルム。
[11]430℃、1時間の熱処理を2回行った後の黄色度YI1と熱処理前の黄色度YI0が下記式(8)を満たす、前記[9]又は[10]に記載のポリイミドフィルム。
ΔYI=YI1-YI0≦20 (8)
[12]前記[9]~[11]のいずれか1つに記載のポリイミドフィルムと、少なくとも1種以上の無機層からなる、積層体。
[13]430℃、1時間の熱処理を2回行った後の黄色度YI1と熱処理前の黄色度YI0が下記式(8)を満たす、前記[12]に記載の積層体。
ΔYI=YI1-YI0≦20 (8)
[14]前記[1]~[7]のいずれか1つに記載の共重合体を製造する製造方法であって、下記工程1及び工程2を有する、イミド-アミド酸共重合体の製造方法。
工程1:イミド部分を構成するテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分とを反応させ、イミドオリゴマーを得る工程
工程2:工程1で得られたイミドオリゴマーと、アミド酸部分を構成するテトラカルボン酸成分およびジアミン成分を反応させ、イミド部分とアミド酸部分とからなる繰り返し単位を含むイミド-アミド酸共重合体を得る工程
[15]工程1で得られるイミドオリゴマーが分子鎖の主鎖の両末端にアミノ基を有する、前記[14]に記載のイミド-アミド酸共重合体の製造方法。
[16]工程1において、テトラカルボン酸成分に対するジアミン成分のモル比(ジアミン/テトラカルボン酸)が、1.01~2である、前記[14]又は[15]に記載のイミド-アミド酸共重合体の製造方法。
本発明によれば、線膨張係数が低く、耐熱性に優れ、400℃以上の熱処理を行っても黄色度の変化が小さい、ポリイミドフィルムを得ることができる、ポリイミド樹脂の前駆体であるイミド-アミド酸共重合体及びその製造方法、該共重合体を含むワニス、並びにポリイミドフィルムを提供することができる。
[イミド-アミド酸共重合体]
本発明のイミド-アミド酸共重合体は、下記式(1)で表される繰り返し単位と、下記式(2)で表される繰り返し単位を含み、式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位のモル比〔(1)/(2)〕が、5/95~60/40である、イミド-アミド酸共重合体である。
(式(1)中、A1は炭素数4~39の4価の芳香族基又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族基であって、結合基として-O-、-SO2-、-CO-、-CH2-、-C(CH3)2-、-C2H4O-及び-S-からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよく、B1は上記一般式(3)で表される基である。
式(2)中、A2は炭素数4~39の4価の芳香族基であって、結合基として-O-、-SO2-、-CO-、-CH2-、-C(CH3)2-、-C2H4O-、-OCO-、-COO-、-NHCO-、-CONH-、及び-S-からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよく、B2は上記一般式(3)で表される基であり、X1、X2はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1~6のアルキル基、又は炭素数3~9のアルキルシリル基である。
式(3)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
本発明のイミド-アミド酸共重合体は、下記式(1)で表される繰り返し単位と、下記式(2)で表される繰り返し単位を含み、式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位のモル比〔(1)/(2)〕が、5/95~60/40である、イミド-アミド酸共重合体である。
(式(1)中、A1は炭素数4~39の4価の芳香族基又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族基であって、結合基として-O-、-SO2-、-CO-、-CH2-、-C(CH3)2-、-C2H4O-及び-S-からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよく、B1は上記一般式(3)で表される基である。
式(2)中、A2は炭素数4~39の4価の芳香族基であって、結合基として-O-、-SO2-、-CO-、-CH2-、-C(CH3)2-、-C2H4O-、-OCO-、-COO-、-NHCO-、-CONH-、及び-S-からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよく、B2は上記一般式(3)で表される基であり、X1、X2はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1~6のアルキル基、又は炭素数3~9のアルキルシリル基である。
式(3)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
本発明のイミド-アミド酸共重合体がポリイミドフィルムの原料として優れ、得られたポリイミドフィルムが、線膨張係数が低く、耐熱性に優れ、400℃以上の熱処理を行っても黄色度の変化が小さいという優れた特性を有する理由は定かではないが、次のように考えられる。
芳香族基からなるテトラカルボン酸由来の成分と、前記の特定のジアミン成分からなる共重合体は、TFT基板等に必要な低線膨張係数、高耐熱性を両立できるものと考えられる。
一方、芳香族基からなるテトラカルボン酸由来の成分を含有するポリアミド酸の中には、フィルム化時の熱イミド化が起こりにくく、フィルム化した場合、良好な物性を発現しないものもあるが、本発明のイミド-アミド酸共重合体においては、そういった成分の一部をあらかじめポリマー重合時にイミド化しているため、フィルム化後の物性に優れるものと考えられる。
脂環式テトラカルボン酸二無水物の多くは一般的に反応性が低く、十分な分子量のポリアミド酸を得ることが困難であり、それをフィルム化しても良好な物性を発現しにくいが、本発明のイミド-アミド酸共重合体においては、脂環式テトラカルボン酸由来の成分の一部をあらかじめポリマー重合時にイミド化しているため、ポリアミド酸より高分子量のイミド-アミド酸共重合体が得られフィルム化後の物性に優れるものと考えられる。さらに、本発明のイミド-アミド酸共重合体は、イミド部分及びアミド酸部分が特定の構造を有することで、フィルム化後の物性に優れるものと考えられる。
芳香族基からなるテトラカルボン酸由来の成分と、前記の特定のジアミン成分からなる共重合体は、TFT基板等に必要な低線膨張係数、高耐熱性を両立できるものと考えられる。
一方、芳香族基からなるテトラカルボン酸由来の成分を含有するポリアミド酸の中には、フィルム化時の熱イミド化が起こりにくく、フィルム化した場合、良好な物性を発現しないものもあるが、本発明のイミド-アミド酸共重合体においては、そういった成分の一部をあらかじめポリマー重合時にイミド化しているため、フィルム化後の物性に優れるものと考えられる。
脂環式テトラカルボン酸二無水物の多くは一般的に反応性が低く、十分な分子量のポリアミド酸を得ることが困難であり、それをフィルム化しても良好な物性を発現しにくいが、本発明のイミド-アミド酸共重合体においては、脂環式テトラカルボン酸由来の成分の一部をあらかじめポリマー重合時にイミド化しているため、ポリアミド酸より高分子量のイミド-アミド酸共重合体が得られフィルム化後の物性に優れるものと考えられる。さらに、本発明のイミド-アミド酸共重合体は、イミド部分及びアミド酸部分が特定の構造を有することで、フィルム化後の物性に優れるものと考えられる。
<式(1)で表される繰り返し単位(イミド部分)>
本発明のイミド-アミド酸共重合体において、式(1)で表される繰り返し単位はイミド部分である。
本発明のイミド-アミド酸共重合体において、式(1)で表される繰り返し単位はイミド部分である。
前記式(1)において、A1は炭素数4~39の4価の芳香族基又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族基であって、結合基として-O-、-SO2-、-CO-、-CH2-、-C(CH3)2-、-C2H4O-及び-S-からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい。
A1はテトラカルボン酸二無水物から2つのジカルボン酸無水物部分(4つのカルボキシ基部分)を除いたものであり、A1とそれに結合する4つのカルボニル基はテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位である。
A1はテトラカルボン酸二無水物から2つのジカルボン酸無水物部分(4つのカルボキシ基部分)を除いたものであり、A1とそれに結合する4つのカルボニル基はテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位である。
ここで4価の芳香族基とは、イミド基に結合する4つの炭素のいずれもが芳香族炭素であることを意味する。また、前記結合基は、A1に2つ以上の芳香環を含む場合に各芳香環を結合する結合基のことをいう。なお、結合基はこれらに限定されない。
A1が芳香族基であることによって、ポリイミドの耐熱性が良好となるため好ましい。
また、4価のノルボルナン骨格を持つ脂肪族基とは、イミド基に結合する4つの炭素のいずれもが脂肪族炭素であり、少なくとも1つはノルボルナン骨格を有することを意味する。また、前記結合基は、A1に2つ以上の環構造を含む場合に各環構造を結合する結合基のことをいう。なお、結合基はこれらに限定されない。
A1がノルボルナン骨格を持つ脂肪族基であることによって、ポリイミドの耐熱性が良好となるため好ましい。
A1が芳香族基であることによって、ポリイミドの耐熱性が良好となるため好ましい。
また、4価のノルボルナン骨格を持つ脂肪族基とは、イミド基に結合する4つの炭素のいずれもが脂肪族炭素であり、少なくとも1つはノルボルナン骨格を有することを意味する。また、前記結合基は、A1に2つ以上の環構造を含む場合に各環構造を結合する結合基のことをいう。なお、結合基はこれらに限定されない。
A1がノルボルナン骨格を持つ脂肪族基であることによって、ポリイミドの耐熱性が良好となるため好ましい。
A1は、炭素数4~39の4価の芳香族基又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族基であるが、なかでも、好ましくは下記式(4)で表される基、下記式(5)で表される基、下記式(6)で表される基、及び下記式(7)で表される基からなる群より選ばれる少なくとも1つであり、より好ましくは下記式(4)で表される基、及び下記式(7)で表される基であり、更に好ましくは下記式(4)で表される基である。
A1における炭素数4~39の4価の芳香族基としては、下記式(4)で表される基、及び下記式(7)で表される基が好ましく、A1における炭素数4~39のノルボルナン骨格を持つ脂肪族基としては、下記式(5)で表される基、及び下記式(6)で表される基が好ましい。
A1における炭素数4~39の4価の芳香族基としては、下記式(4)で表される基、及び下記式(7)で表される基が好ましく、A1における炭素数4~39のノルボルナン骨格を持つ脂肪族基としては、下記式(5)で表される基、及び下記式(6)で表される基が好ましい。
前記式(1)において、B1は下記一般式(3)で表される基である。
B1は、ジアミンから2つのアミノ基部分を除いたものであり、ジアミンに由来する構成単位であるが、なかでも、好ましくは下記式(3a)で表される基、及び下記式(3b)で表される基からなる群より選ばれる少なくとも1つである。また、前記式(1)におけるB1としては、下記式(3c)で表される基は含まない方が好ましい。
(式(3)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
B1は、ジアミンから2つのアミノ基部分を除いたものであり、ジアミンに由来する構成単位であるが、なかでも、好ましくは下記式(3a)で表される基、及び下記式(3b)で表される基からなる群より選ばれる少なくとも1つである。また、前記式(1)におけるB1としては、下記式(3c)で表される基は含まない方が好ましい。
(式(3)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
<式(2)で表される繰り返し単位(アミド酸部分)>
本発明のイミド-アミド酸共重合体において、式(2)で表される繰り返し単位はアミド酸部分である。
前記式(2)において、A2は炭素数4~39の4価の芳香族基であって、結合基として-O-、-SO2-、-CO-、-CH2-、-C(CH3)2-、-C2H4O-、-OCO-、-COO-、-NHCO-、-CONH-、及び-S-からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい。A2はA1とは異なっていても、同じであってもよいが、好ましくはA1とは異なる炭素数4~39の4価の芳香族基である。
A2はテトラカルボン酸二無水物から2つのジカルボン酸無水物部分(4つのカルボキシ基部分)を除いたものであり、A2とそれに結合する4つのカルボニル基はテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位である。
ここで4価の芳香族基とは、イミド基に結合する4つの炭素のいずれもが芳香族炭素であることを意味する。また、前記結合基は、A2に2つ以上の芳香環を含む場合に各芳香環を結合する結合基のことをいう。なお、結合基はこれらに限定されない。A2が芳香族基であることによって、ポリイミドの耐熱性が良好となるため好ましい。
本発明のイミド-アミド酸共重合体において、式(2)で表される繰り返し単位はアミド酸部分である。
前記式(2)において、A2は炭素数4~39の4価の芳香族基であって、結合基として-O-、-SO2-、-CO-、-CH2-、-C(CH3)2-、-C2H4O-、-OCO-、-COO-、-NHCO-、-CONH-、及び-S-からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい。A2はA1とは異なっていても、同じであってもよいが、好ましくはA1とは異なる炭素数4~39の4価の芳香族基である。
A2はテトラカルボン酸二無水物から2つのジカルボン酸無水物部分(4つのカルボキシ基部分)を除いたものであり、A2とそれに結合する4つのカルボニル基はテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位である。
ここで4価の芳香族基とは、イミド基に結合する4つの炭素のいずれもが芳香族炭素であることを意味する。また、前記結合基は、A2に2つ以上の芳香環を含む場合に各芳香環を結合する結合基のことをいう。なお、結合基はこれらに限定されない。A2が芳香族基であることによって、ポリイミドの耐熱性が良好となるため好ましい。
前記式(2)において、X1、X2はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1~6のアルキル基、又は炭素数3~9のアルキルシリル基であり、好ましくは水素原子である。
前記式(2)において、B2は下記一般式(3)で表される基である。
B2は、ジアミンから2つのアミノ基部分を除いたものであり、ジアミンに由来する構成単位であるが、なかでも、好ましくは下記式(3a)で表される基、及び下記式(3b)で表される基からなる群より選ばれる少なくとも1つである。また、前記式(1)におけるB2としては、下記式(3c)で表される基は含まない方が好ましい。
(式(3)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
B2は、ジアミンから2つのアミノ基部分を除いたものであり、ジアミンに由来する構成単位であるが、なかでも、好ましくは下記式(3a)で表される基、及び下記式(3b)で表される基からなる群より選ばれる少なくとも1つである。また、前記式(1)におけるB2としては、下記式(3c)で表される基は含まない方が好ましい。
(式(3)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
<イミド-アミド酸共重合体の構成>
本発明のイミド-アミド酸共重合体において、式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位のモル比〔(1)/(2)〕は、5/95~60/40である。
式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位のモル比〔(1)/(2)〕は、透明性、低黄色度、高耐熱性、低線膨張係数の観点から、5/95~60/40であり、好ましくは10/90~60/40であり、より好ましくは15/85~60/40である。
本発明のイミド-アミド酸共重合体において、式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位のモル比〔(1)/(2)〕は、5/95~60/40である。
式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位のモル比〔(1)/(2)〕は、透明性、低黄色度、高耐熱性、低線膨張係数の観点から、5/95~60/40であり、好ましくは10/90~60/40であり、より好ましくは15/85~60/40である。
本発明のイミド-アミド酸共重合体に対する、式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位の合計の質量比率は、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上であり、更に好ましくは80質量%以上であり、より更に好ましくは82質量%以上であり、より更に好ましくは85質量%以上であり、より更に好ましくは90質量%以上であり、より更に好ましくは95質量%以上であり、上限には制限はなく、100質量%以下である。
本発明のイミド-アミド酸共重合体に対する、式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位の合計のモル比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは82モル%以上であり、より更に好ましくは85モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上であり、上限には制限はなく、100モル%以下である。
本発明のイミド-アミド酸共重合体において、本発明の効果を損なわない範囲で、式(1)で表される繰り返し単位、及び式(2)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位を含んでいてもよいが、式(1)で表される繰り返し単位、及び式(2)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位としては、式(1)で表される繰り返し単位のテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位と式(2)で表される繰り返し単位のテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を入れ替えたものが好ましい。具体的には、下記式(1a)で表される繰り返し単位、及び下記式(2a)で表される繰り返し単位が挙げられる。式(1a)で表される繰り返し単位、及び式(2a)で表される繰り返し単位は、本発明のイミド-アミド酸共重合体における式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位の結合部分に存在することがある。
(式(1a)中、A2は式(2)のA2と同じであり、B1は式(1)のB1と同じである。式(2a)中、A1は式(1)のA1と同じであり、B2、X1、X2はそれぞれ式(2)のB2、X1、X2と同じである。)
(式(1a)中、A2は式(2)のA2と同じであり、B1は式(1)のB1と同じである。式(2a)中、A1は式(1)のA1と同じであり、B2、X1、X2はそれぞれ式(2)のB2、X1、X2と同じである。)
本発明のイミド-アミド酸共重合体において、式(1)で表される繰り返し単位、式(2)で表される繰り返し単位、式(1a)で表される繰り返し単位、及び式(2a)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位としては、後述の<イミド-アミド酸共重合体の各構成単位>の項に例示されたテトラカルボン酸二無水物を由来とする構成単位及びジアミンを由来とする構成単位を任意に組み合わせた繰り返し単位が挙げられる。
これらの繰り返し単位のなかでも、テトラカルボン酸二無水物を由来とする構成単位には、前記式(4)で表される基、前記式(5)で表される基、前記式(6)で表される基、前記式(7)で表される基、又は前記式(8)で表される基を構成単位の一部として含む構成単位が好ましく、イミド部分には前記式(4)で表される基、(5)で表される基、(6)で表される基を構成単位、又は前記式(7)で表される基の一部として含む構成単位がより好ましく、アミド酸部分には前記式(8)で表される基を構成単位の一部として含む構成単位がより好ましい。
これらの繰り返し単位のなかでも、テトラカルボン酸二無水物を由来とする構成単位には、前記式(4)で表される基、前記式(5)で表される基、前記式(6)で表される基、前記式(7)で表される基、又は前記式(8)で表される基を構成単位の一部として含む構成単位が好ましく、イミド部分には前記式(4)で表される基、(5)で表される基、(6)で表される基を構成単位、又は前記式(7)で表される基の一部として含む構成単位がより好ましく、アミド酸部分には前記式(8)で表される基を構成単位の一部として含む構成単位がより好ましい。
本発明のイミド-アミド酸共重合体の数平均分子量は、得られるポリイミドフィルムの機械的強度の観点から、好ましくは5,000~500,000である。また、本発明のイミド-アミド酸共重合体の重量平均分子量(Mw)は、同様の観点から、好ましくは10,000以上、800,000以下であり、より好ましくは10,000以上、300,000以下であり、更に好ましくは100,000以上、300,000以下である。なお、当該共重合体の数平均分子量もしくは重量平均分子量は、例えば、ゲルろ過クロマトグラフィー測定による標準ポリメチルメタクリレート(PMMA)換算値より求めることができる。
<イミド-アミド酸共重合体の各構成単位>
本発明のイミド-アミド酸共重合体は、前記式(1)で表される繰り返し単位と、前記式(2)で表される繰り返し単位を含み、式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位のモル比〔(1)/(2)〕が、5/95~60/40である共重合体であるが、該共重合体を構成する好ましい構成単位について以下に説明する。
本発明のイミド-アミド酸共重合体は、前記式(1)で表される繰り返し単位と、前記式(2)で表される繰り返し単位を含み、式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位のモル比〔(1)/(2)〕が、5/95~60/40である共重合体であるが、該共重合体を構成する好ましい構成単位について以下に説明する。
本発明のイミド-アミド酸共重合体は、イミド繰り返し構造単位とアミド酸繰り返し構造単位とを有し、
イミド繰り返し構造単位が、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A1A及びジアミンに由来する構成単位B1Bを有し、
アミド酸繰り返し構造単位が、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A2A、ジアミンに由来する構成単位B2Bを有し、
構成単位A1Aが、芳香族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を含み、
構成単位A2Aが、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み、
構成単位B1B及びB2Bが、下記一般式(b11)で表されるジアミンに由来する構成単位(B11)を含むことが好ましい。
(式(b11)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
イミド繰り返し構造単位が、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A1A及びジアミンに由来する構成単位B1Bを有し、
アミド酸繰り返し構造単位が、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A2A、ジアミンに由来する構成単位B2Bを有し、
構成単位A1Aが、芳香族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を含み、
構成単位A2Aが、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み、
構成単位B1B及びB2Bが、下記一般式(b11)で表されるジアミンに由来する構成単位(B11)を含むことが好ましい。
(式(b11)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
(構成単位A1A)
構成単位A1Aは、本発明の共重合体の式(1)で表される繰り返し単位に対応するイミド部分に占めるテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位であって、芳香族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位又はノルボルナン骨格を持つ脂肪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。
構成単位A1Aは、本発明の共重合体の式(1)で表される繰り返し単位に対応するイミド部分に占めるテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位であって、芳香族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位又はノルボルナン骨格を持つ脂肪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。
構成単位A1Aは、芳香族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位又はノルボルナン骨格を持つ脂肪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ものであれば、制限はないが、構成単位A1Aは、下記式(a11)で表される化合物に由来する構成単位(A11)及び下記式(a12)で表される化合物に由来する構成単位(A12)からなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。
式(a11)で表される化合物は、9,9’-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二無水物(BPAF)である。
式(a11)で表される化合物に由来する構成単位(A11)を含むことで、透明性、低黄色度、高耐熱性となるため、好ましい。
式(a12)で表される化合物は、4,4'-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物(6FDA)である。
式(a12)で表される化合物に由来する構成単位(A12)を含むことで、透明性、低黄色度、高耐熱性となるため、好ましい。
式(a11)で表される化合物に由来する構成単位(A11)を含むことで、透明性、低黄色度、高耐熱性となるため、好ましい。
式(a12)で表される化合物は、4,4'-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物(6FDA)である。
式(a12)で表される化合物に由来する構成単位(A12)を含むことで、透明性、低黄色度、高耐熱性となるため、好ましい。
構成単位A1Aが構成単位(A11)を含む場合、構成単位A1A中における構成単位(A11)の含有比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(A11)の含有比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。構成単位A1Aは構成単位(A11)のみからなっていてもよい。
構成単位A1Aが構成単位(A12)を含む場合、構成単位A1A中における構成単位(A12)の含有比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(A12)の含有比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。構成単位A1Aは構成単位(A12)のみからなっていてもよい。
構成単位A1Aが構成単位(A11)及び構成単位(A12)を含む場合、構成単位A1A中における構成単位(A11)及び構成単位(A12)の合計の含有比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(A11)及び構成単位(A12)の合計の含有比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。構成単位A1Aは構成単位(A11)及び構成単位(A12)のみからなっていてもよい。
構成単位A1Aが構成単位(A12)を含む場合、構成単位A1A中における構成単位(A12)の含有比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(A12)の含有比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。構成単位A1Aは構成単位(A12)のみからなっていてもよい。
構成単位A1Aが構成単位(A11)及び構成単位(A12)を含む場合、構成単位A1A中における構成単位(A11)及び構成単位(A12)の合計の含有比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(A11)及び構成単位(A12)の合計の含有比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。構成単位A1Aは構成単位(A11)及び構成単位(A12)のみからなっていてもよい。
構成単位A1Aは、構成単位(A11)及び構成単位(A12)以外の構成単位を含んでもよい。そのような構成単位を与えるテトラカルボン酸二無水物としては、芳香族テトラカルボン酸二無水物又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族テトラカルボン酸二無水物であれば特に限定されない。
構成単位A1Aに任意に含まれる構成単位は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
また、本発明の共重合体のイミド部分において、構成単位A1A以外のイミド部分に占めるテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を与えるテトラカルボン酸二無水物としては、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタ-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、及びジシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物等の脂環式テトラカルボン酸二無水物、及び1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸二無水物が挙げられる。
なお、本明細書において、芳香族テトラカルボン酸二無水物とは芳香環を1つ以上含むテトラカルボン酸二無水物を意味し、脂環式テトラカルボン酸二無水物とは脂環を1つ以上含み、かつ芳香環を含まないテトラカルボン酸二無水物を意味し、脂肪族テトラカルボン酸二無水物とは芳香環も脂環も含まないテトラカルボン酸二無水物を意味する。
構成単位A1Aに任意に含まれる構成単位は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
また、本発明の共重合体のイミド部分において、構成単位A1A以外のイミド部分に占めるテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を与えるテトラカルボン酸二無水物としては、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタ-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、及びジシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物等の脂環式テトラカルボン酸二無水物、及び1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸二無水物が挙げられる。
なお、本明細書において、芳香族テトラカルボン酸二無水物とは芳香環を1つ以上含むテトラカルボン酸二無水物を意味し、脂環式テトラカルボン酸二無水物とは脂環を1つ以上含み、かつ芳香環を含まないテトラカルボン酸二無水物を意味し、脂肪族テトラカルボン酸二無水物とは芳香環も脂環も含まないテトラカルボン酸二無水物を意味する。
(構成単位B1B)
構成単位B1Bは、本発明の共重合体の式(1)で表される繰り返し単位に対応するイミド部分に占めるジアミンに由来する構成単位であって、下記一般式(b11)で表されるジアミンに由来する構成単位(B11)を含む。
(式(b11)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
構成単位B1Bは、本発明の共重合体の式(1)で表される繰り返し単位に対応するイミド部分に占めるジアミンに由来する構成単位であって、下記一般式(b11)で表されるジアミンに由来する構成単位(B11)を含む。
(式(b11)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
構成単位B1Bが構成単位(B11)を含む場合、構成単位B1B中における構成単位(B11)の含有比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(B11)の含有比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。構成単位B1Bは構成単位(B11)のみからなっていてもよい。
構成単位(B11)は、耐熱性、低残留応力及び低線膨張係数の観点から、下記式(b111)で表される化合物に由来する構成単位(B111)、及び下記式(b112)で表される化合物に由来する構成単位(B112)からなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。
式(b111)で表される化合物は、4-アミノフェニル-4-アミノベンゾエート(4-BAAB)である。
式(b112)で表される化合物は、1,4-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)ベンゼン(ABHQ)である。
構成単位B1Bにおける構成単位(B11)中の構成単位(B111)の含有比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その含有比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
構成単位B1Bにおける構成単位(B11)中の構成単位(B112)の含有比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その含有比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
構成単位B1Bにおける構成単位(B11)中に構成単位(B111)及び構成単位(B112)を含む場合、構成単位(B11)中の構成単位(B111)及び構成単位(B112)の合計の含有比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
式(b112)で表される化合物は、1,4-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)ベンゼン(ABHQ)である。
構成単位B1Bにおける構成単位(B11)中の構成単位(B111)の含有比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その含有比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
構成単位B1Bにおける構成単位(B11)中の構成単位(B112)の含有比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その含有比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
構成単位B1Bにおける構成単位(B11)中に構成単位(B111)及び構成単位(B112)を含む場合、構成単位(B11)中の構成単位(B111)及び構成単位(B112)の合計の含有比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
本発明の共重合体のイミド部分において、構成単位B1B以外のイミド部分に占めるジアミンに由来する構成単位を与えるジアミンとしては、1,4-フェニレンジアミン、p-キシリレンジアミン、3,5-ジアミノ安息香酸、1,5-ジアミノナフタレン、2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、1,4-ビス[2-(4-アミノフェニル)-2-プロピル]ベンゼン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’-ジアミノベンズアニリド、1-(4-アミノフェニル)-2,3-ジヒドロ-1,3,3-トリメチル-1H-インデン-5-アミン、α,α’-ビス(4-アミノフェニル)-1,4-ジイソプロピルベンゼン、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)テレフタルアミド、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、及び1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン等の芳香族ジアミン;1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、及び1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン等の脂環式ジアミン;並びにエチレンジアミン及びヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミンが挙げられる。
(構成単位A2A)
構成単位A2Aは、本発明の共重合体の式(2)で表される繰り返し単位に対応するアミド酸部分に占めるテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位であって、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み、好ましくは構成単位A1Aとは異な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。
構成単位A2Aは、本発明の共重合体の式(2)で表される繰り返し単位に対応するアミド酸部分に占めるテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位であって、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み、好ましくは構成単位A1Aとは異な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。
構成単位A2Aは、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ものであれば、制限はないが、構成単位A2Aは、芳香族テトラカルボン酸二無水物(a21)に由来する構成単位(A21)を含むことが好ましい。
ここで、構成単位(A21)は、下記式(a211)で表される化合物に由来する構成単位(A211)、下記式(a212)で表される化合物に由来する構成単位(A212)、下記式(a213)で表される化合物に由来する構成単位(A213)、下記式(a214)で表される化合物に由来する構成単位(A214)及び下記式(a215)で表される化合物に由来する構成単位(A215)からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。
ここで、構成単位(A21)は、下記式(a211)で表される化合物に由来する構成単位(A211)、下記式(a212)で表される化合物に由来する構成単位(A212)、下記式(a213)で表される化合物に由来する構成単位(A213)、下記式(a214)で表される化合物に由来する構成単位(A214)及び下記式(a215)で表される化合物に由来する構成単位(A215)からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。
式(a211)で表される化合物は、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)であり、その具体例としては、下記式(a211s)で表される3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(s-BPDA)、下記式(a211a)で表される2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(a-BPDA)、下記式(a211i)で表される2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(i-BPDA)が挙げられる。中でも、下記式(a211s)で表される3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(s-BPDA)が好ましい。
式(a212)で表される化合物は、p-フェニレンビス(トリメリテート)二無水物(TAHQ)である。
式(a213)で表される化合物は、ピロメリット酸無水物(PMDA)である。
式(a214)で表される化合物は、p-ビフェニレンビス(トリメリテート)二無水物(BP-TME)である。
式(a215)で表される化合物は、ビス(ベンゼン-3,4-ジカルボン酸無水物)エステル(BBDE)である。
構成単位(A21)は、高耐熱性、及び低残留応力の観点から、構成単位(A211)を含むことが好ましい。
式(a213)で表される化合物は、ピロメリット酸無水物(PMDA)である。
式(a214)で表される化合物は、p-ビフェニレンビス(トリメリテート)二無水物(BP-TME)である。
式(a215)で表される化合物は、ビス(ベンゼン-3,4-ジカルボン酸無水物)エステル(BBDE)である。
構成単位(A21)は、高耐熱性、及び低残留応力の観点から、構成単位(A211)を含むことが好ましい。
構成単位A2Aは、構成単位(A21)以外の構成単位を含んでもよい。そのような構成単位を与えるテトラカルボン酸二無水物としては、芳香族テトラカルボン酸二無水物であれば特に限定されない。
構成単位A2Aに任意に含まれる構成単位は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
また、本発明の共重合体のイミド部分において、構成単位A2A以外のアミド酸部分に占めるテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を与えるテトラカルボン酸二無水物としては、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、ノルボルナン-2-スピロ-α-シクロペンタノン-α’-スピロ-2’’-ノルボルナン-5,5’’,6,6’’-テトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタ-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、及びジシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物等の脂環式テトラカルボン酸二無水物、及び1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸二無水物が挙げられる。
構成単位A2Aに任意に含まれる構成単位は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
また、本発明の共重合体のイミド部分において、構成単位A2A以外のアミド酸部分に占めるテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を与えるテトラカルボン酸二無水物としては、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、ノルボルナン-2-スピロ-α-シクロペンタノン-α’-スピロ-2’’-ノルボルナン-5,5’’,6,6’’-テトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタ-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、及びジシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物等の脂環式テトラカルボン酸二無水物、及び1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸二無水物が挙げられる。
構成単位(A21)中における、構成単位(A211)~(A215)の合計の比率は、好ましくは45モル%以上、より好ましくは70モル%以上、更に好ましくは90モル%以上、特に好ましくは99モル%以上である。その比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。構成単位(A21)は、構成単位(A211)~(A215)から選ばれる少なくとも1種を含んでいればよく、構成単位(A211)~(A215)から選ばれるいずれか1種のみからなっていてもよい。
構成単位(A21)が構成単位(A211)~(A215)から選ばれる2種以上の構成単位を含有する場合、構成単位(A21)中における各構成単位の比率に特に制限は無く、任意の比率とすることができる。
構成単位(A21)が構成単位(A211)~(A215)から選ばれる2種以上の構成単位を含有する場合、構成単位(A21)中における各構成単位の比率に特に制限は無く、任意の比率とすることができる。
構成単位A2A中における、構成単位(A21)の比率は、好ましくは45モル%以上、より好ましくは60モル%以上、更に好ましくは85モル%以上である。当該含有比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
構成単位A1Aが構成単位(A11)を含み、構成単位A2Aが構成単位(A21)を含む場合、イミド-アミド酸共重合体のテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位中の、構成単位(A11)と構成単位(A21)とのモル比〔(A11)/(A21)〕は、透明性、低黄色度、高耐熱性、低線膨張係数の観点から、好ましくは5/95~60/40であり、より好ましくは10/90~60/40であり、更に好ましくは15/85~60/40である。
構成単位A1Aが構成単位(A12)を含み、構成単位A2Aが構成単位(A21)を含む場合、イミド-アミド酸共重合体のテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位中の、構成単位(A12)と構成単位(A21)とのモル比〔(A12)/(A21)〕は、透明性、低黄色度、高耐熱性、低線膨張係数の観点から、好ましくは5/95~60/40であり、より好ましくは10/90~60/40であり、更に好ましくは15/85~60/40である。
構成単位A1Aが構成単位(A12)を含み、構成単位A2Aが構成単位(A21)を含む場合、イミド-アミド酸共重合体のテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位中の、構成単位(A12)と構成単位(A21)とのモル比〔(A12)/(A21)〕は、透明性、低黄色度、高耐熱性、低線膨張係数の観点から、好ましくは5/95~60/40であり、より好ましくは10/90~60/40であり、更に好ましくは15/85~60/40である。
(構成単位B2B)
構成単位B2Bは、本発明の共重合体の式(2)で表される繰り返し単位に対応するアミド酸部分に占めるジアミンに由来する構成単位であって、下記一般式(b11)で表されるジアミンに由来する構成単位(B11)を含む。
(式(b11)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
構成単位B2Bは、本発明の共重合体の式(2)で表される繰り返し単位に対応するアミド酸部分に占めるジアミンに由来する構成単位であって、下記一般式(b11)で表されるジアミンに由来する構成単位(B11)を含む。
(式(b11)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
構成単位B2Bが構成単位(B11)を含む場合、構成単位B2B中における構成単位(B11)の含有比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(B11)の含有比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。構成単位B2Bは構成単位(B11)のみからなっていてもよい。
構成単位(B11)は、耐熱性、低残留応力及び低線膨張係数の観点から、下記式(b111)で表される化合物に由来する構成単位(B111)及び下記式(b112)で表される化合物に由来する構成単位(B112)からなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。
式(b111)で表される化合物は、4-アミノフェニル-4-アミノベンゾエート(4-BAAB)である。
式(b112)で表される化合物は、1,4-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)ベンゼン(ABHQ)である。
構成単位B2Bにおける構成単位(B11)中の構成単位(B111)の含有比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
構成単位B2Bにおける構成単位(B11)中の構成単位(B112)の含有比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その含有比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
構成単位B2Bにおける構成単位(B11)中に構成単位(B111)及び構成単位(B112)を含む場合、構成単位(B11)中の構成単位(B111)及び構成単位(B112)の合計の含有比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
式(b112)で表される化合物は、1,4-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)ベンゼン(ABHQ)である。
構成単位B2Bにおける構成単位(B11)中の構成単位(B111)の含有比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
構成単位B2Bにおける構成単位(B11)中の構成単位(B112)の含有比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その含有比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
構成単位B2Bにおける構成単位(B11)中に構成単位(B111)及び構成単位(B112)を含む場合、構成単位(B11)中の構成単位(B111)及び構成単位(B112)の合計の含有比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
本発明の共重合体のアミド酸部分において、構成単位B2B以外のイミド部分に占めるジアミンに由来する構成単位を与えるジアミンとしては、1,4-フェニレンジアミン、p-キシリレンジアミン、3,5-ジアミノ安息香酸、1,5-ジアミノナフタレン、2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジアミン、2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、1,4-ビス[2-(4-アミノフェニル)-2-プロピル]ベンゼン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’-ジアミノベンズアニリド、1-(4-アミノフェニル)-2,3-ジヒドロ-1,3,3-トリメチル-1H-インデン-5-アミン、α,α’-ビス(4-アミノフェニル)-1,4-ジイソプロピルベンゼン、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)テレフタルアミド、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、及び1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン等の芳香族ジアミン;1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、及び1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン等の脂環式ジアミン;並びにエチレンジアミン及びヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミンが挙げられる。
[イミド-アミド酸共重合体の製造方法]
本発明の前記イミド-アミド酸共重合体はいかなる方法で製造してもよいが、次の方法によって得ることが好ましい。
本発明のイミド-アミド酸共重合体の製造方法は、下記工程1及び工程2を有する。
工程1:イミド部分を構成するテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分とを反応させ、イミドオリゴマーを得る工程
工程2:工程1で得られたイミドオリゴマーと、アミド酸部分を構成するテトラカルボン酸成分およびジアミン成分を反応させ、イミド部分とアミド酸部分とからなる繰り返し単位を含むイミド-アミド酸共重合体を得る工程
本発明の前記イミド-アミド酸共重合体はいかなる方法で製造してもよいが、次の方法によって得ることが好ましい。
本発明のイミド-アミド酸共重合体の製造方法は、下記工程1及び工程2を有する。
工程1:イミド部分を構成するテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分とを反応させ、イミドオリゴマーを得る工程
工程2:工程1で得られたイミドオリゴマーと、アミド酸部分を構成するテトラカルボン酸成分およびジアミン成分を反応させ、イミド部分とアミド酸部分とからなる繰り返し単位を含むイミド-アミド酸共重合体を得る工程
本発明のイミド-アミド酸共重合体の製造方法によれば、イミド部分とアミド酸部分を特定の構造に制御することが可能となるため、従来のイミド部分とアミド酸部分がランダムに存在するイミド-アミド酸共重合体とは異なり、各成分による熱イミド化反応性に応じて、ポリイミド部分とポリアミド酸部分を有するために耐熱性及び低線膨張係数が向上することが期待できるイミド-アミド酸共重合体を得ることができるものと考えられる。
なかでも、本発明の好適な共重合体の製造方法は、下記工程1及び工程2を有する。
工程1:テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A1Aを与える化合物と、ジアミンに由来する構成単位B1Bを与える化合物とを反応させ、式(1)で表されるイミド繰り返し構造単位を含むイミドオリゴマーを得る工程
工程2:工程1で得られたイミドオリゴマーと、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A2Aを与える化合物及びジアミンに由来する構成単位B2Bを与える化合物を反応させ、式(1)で表されるイミド繰り返し構造単位と式(2)で表されるアミド酸繰り返し構造単位を含む、イミド-アミド酸共重合体を得る工程
ただし、構成単位A1Aを与える化合物が、芳香族テトラカルボン酸二無水物又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族テトラカルボン酸二無水物を含み、
構成単位A2Aを与える化合物が、芳香族テトラカルボン酸二無水物を含み、
構成単位B1Bを与える化合物及びB2Bを与える化合物が、下記一般式(b11)で表されるジアミンを含む。
(式(b11)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
工程1:テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A1Aを与える化合物と、ジアミンに由来する構成単位B1Bを与える化合物とを反応させ、式(1)で表されるイミド繰り返し構造単位を含むイミドオリゴマーを得る工程
工程2:工程1で得られたイミドオリゴマーと、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A2Aを与える化合物及びジアミンに由来する構成単位B2Bを与える化合物を反応させ、式(1)で表されるイミド繰り返し構造単位と式(2)で表されるアミド酸繰り返し構造単位を含む、イミド-アミド酸共重合体を得る工程
ただし、構成単位A1Aを与える化合物が、芳香族テトラカルボン酸二無水物又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族テトラカルボン酸二無水物を含み、
構成単位A2Aを与える化合物が、芳香族テトラカルボン酸二無水物を含み、
構成単位B1Bを与える化合物及びB2Bを与える化合物が、下記一般式(b11)で表されるジアミンを含む。
(式(b11)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。)
前記工程1及び工程2を有する製造方法により、透明性及び耐熱性に優れ、黄色度が低いフィルムが形成可能な共重合体を製造することができる。
以下、本発明の共重合体の製造方法について説明する。
以下、本発明の共重合体の製造方法について説明する。
<工程1>
工程1は、式(1)に対応する部分を含むイミド部分を構成するテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分とを反応させ、イミドオリゴマーを得る工程である。
イミド部分を構成するテトラカルボン酸成分は、芳香族テトラカルボン酸二無水物又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族テトラカルボン酸二無水物が好ましい。
工程1は、式(1)に対応する部分を含むイミド部分を構成するテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分とを反応させ、イミドオリゴマーを得る工程である。
イミド部分を構成するテトラカルボン酸成分は、芳香族テトラカルボン酸二無水物又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族テトラカルボン酸二無水物が好ましい。
工程1は、より好ましくはテトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A1Aを与える化合物と、ジアミンに由来する構成単位B1Bを与える化合物とを反応させ、イミドオリゴマーを得る工程である。
構成単位A1Aを与える化合物は、芳香族テトラカルボン酸二無水物又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族テトラカルボン酸二無水物を含む。
構成単位B1Bを与える化合物は、構成単位(B11)を与える化合物を含み、構成単位(B11)を与える化合物が、前記式(b111)で表される化合物前記式(b112)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。
構成単位A1Aを与える化合物は、芳香族テトラカルボン酸二無水物又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族テトラカルボン酸二無水物を含む。
構成単位B1Bを与える化合物は、構成単位(B11)を与える化合物を含み、構成単位(B11)を与える化合物が、前記式(b111)で表される化合物前記式(b112)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。
工程1で使用するテトラカルボン酸成分としては、構成単位(A11)を与える化合物、及び構成単位(A12)を与える化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましく、その全量を工程1で使用することが好ましく、本発明の効果を損なわない範囲で、構成単位(A11)を与える化合物、及び構成単位(A12)を与える化合物以外のテトラカルボン酸成分を含んでいてもよい。
工程1で使用するジアミン成分としては、構成単位(B11)を与える化合物を含むことが好ましく、本発明の効果を損なわない範囲で、構成単位(B11)を与える化合物以外のジアミン成分を含んでいてもよい。
工程1において、テトラカルボン酸成分に対するジアミン成分のモル比(ジアミン/テトラカルボン酸)は、1.01~2モルであることが好ましく、1.05~1.9モルであることがより好ましく、1.1~1.7モルであることが更に好ましい。
工程1で使用するジアミン成分としては、構成単位(B11)を与える化合物を含むことが好ましく、本発明の効果を損なわない範囲で、構成単位(B11)を与える化合物以外のジアミン成分を含んでいてもよい。
工程1において、テトラカルボン酸成分に対するジアミン成分のモル比(ジアミン/テトラカルボン酸)は、1.01~2モルであることが好ましく、1.05~1.9モルであることがより好ましく、1.1~1.7モルであることが更に好ましい。
工程1でイミドオリゴマーを得るための、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とを反応させる方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。
具体的な反応方法としては、(1)テトラカルボン酸成分、ジアミン成分、及び反応溶剤を反応器に仕込み、10~110℃で0.5~30時間撹拌し、その後に昇温してイミド化反応を行う方法、(2)ジアミン成分及び反応溶剤を反応器に仕込んで溶解させた後、テトラカルボン酸成分を仕込み、必要に応じて10~110℃で0.5~30時間撹拌し、その後に昇温してイミド化反応を行う方法、(3)テトラカルボン酸成分、ジアミン成分、及び反応溶剤を反応器に仕込み、直ちに昇温してイミド化反応を行う方法等が挙げられる。
具体的な反応方法としては、(1)テトラカルボン酸成分、ジアミン成分、及び反応溶剤を反応器に仕込み、10~110℃で0.5~30時間撹拌し、その後に昇温してイミド化反応を行う方法、(2)ジアミン成分及び反応溶剤を反応器に仕込んで溶解させた後、テトラカルボン酸成分を仕込み、必要に応じて10~110℃で0.5~30時間撹拌し、その後に昇温してイミド化反応を行う方法、(3)テトラカルボン酸成分、ジアミン成分、及び反応溶剤を反応器に仕込み、直ちに昇温してイミド化反応を行う方法等が挙げられる。
イミド化反応では、ディーンスターク装置などを用いて、製造時に生成する水を除去しながら反応を行うことが好ましい。このような操作を行うことで、重合度及びイミド化率をより上昇させることができる。
上記のイミド化反応においては、公知のイミド化触媒を用いることができる。イミド化触媒としては、塩基触媒又は酸触媒が挙げられる。
塩基触媒としては、ピリジン、キノリン、イソキノリン、α-ピコリン、β-ピコリン、2,4-ルチジン、2,6-ルチジン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリエチレンジアミン、イミダゾール、N,N-ジメチルアニリン、N,N-ジエチルアニリン等の有機塩基触媒、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム等の無機塩基触媒が挙げられる。
また、酸触媒としては、クロトン酸、アクリル酸、トランス-3-ヘキセノイック酸、桂皮酸、安息香酸、メチル安息香酸、オキシ安息香酸、テレフタル酸、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸等が挙げられる。上記のイミド化触媒は単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記のうち、取り扱い性の観点から、塩基触媒が好ましく、有機塩基触媒がより好ましく、トリエチルアミン及びトリエチレンジアミンから選ばれる1種以上が更に好ましく、トリエチルアミンがより更に好ましい。
塩基触媒としては、ピリジン、キノリン、イソキノリン、α-ピコリン、β-ピコリン、2,4-ルチジン、2,6-ルチジン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリエチレンジアミン、イミダゾール、N,N-ジメチルアニリン、N,N-ジエチルアニリン等の有機塩基触媒、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム等の無機塩基触媒が挙げられる。
また、酸触媒としては、クロトン酸、アクリル酸、トランス-3-ヘキセノイック酸、桂皮酸、安息香酸、メチル安息香酸、オキシ安息香酸、テレフタル酸、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸等が挙げられる。上記のイミド化触媒は単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記のうち、取り扱い性の観点から、塩基触媒が好ましく、有機塩基触媒がより好ましく、トリエチルアミン及びトリエチレンジアミンから選ばれる1種以上が更に好ましく、トリエチルアミンがより更に好ましい。
イミド化反応の温度は、反応率及びゲル化等の抑制の観点から、好ましくは120~250℃、より好ましくは160~200℃である。また、反応時間は、生成水の留出開始後、好ましくは0.5~10時間である。
工程1で得られたイミドオリゴマーは、構成単位(A11)を与える化合物、及び構成単位(A12)を与える化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つと構成単位(B11)を与える化合物とから形成されるイミド繰り返し構造単位を有することが好ましい。
また、工程1で得られるイミドオリゴマーは、分子鎖の主鎖の両末端にアミノ基を有することが好ましい。
上記方法により、溶剤に溶解したイミドオリゴマーを含む溶液が得られる。工程1で得られたイミドオリゴマーを含む溶液には、本発明の効果を損なわない範囲で、工程1においてテトラカルボン酸成分やジアミン成分として使用した成分の少なくとも一部が未反応モノマーとして含有されていてもよい。
また、工程1で得られるイミドオリゴマーは、分子鎖の主鎖の両末端にアミノ基を有することが好ましい。
上記方法により、溶剤に溶解したイミドオリゴマーを含む溶液が得られる。工程1で得られたイミドオリゴマーを含む溶液には、本発明の効果を損なわない範囲で、工程1においてテトラカルボン酸成分やジアミン成分として使用した成分の少なくとも一部が未反応モノマーとして含有されていてもよい。
工程1で得られたイミドオリゴマーの数平均分子量(Mn)は、得られるポリイミドフィルムの耐熱性、機械的強度の観点から、好ましくは1,000~100,000である。また、重量平均分子量(Mw)は、同様の観点から、好ましくは1,000~100,000である。なお、当該共重合体の数平均分子量もしくは重量平均分子量は、例えば、ゲルろ過クロマトグラフィー測定による標準ポリメチルメタクリレート(PMMA)換算値もしくは光散乱法より求めることができる。
<工程2>
本発明の製造方法における工程2は、工程1で得られたイミドオリゴマーと、アミド酸部分を構成するテトラカルボン酸成分およびジアミン成分を反応させ、イミド部分とアミド酸部分とからなる繰り返し単位を含むイミド-アミド酸共重合体を得る工程である。
工程2で使用するアミド酸部分を構成するテトラカルボン酸成分は、芳香族テトラカルボン酸二無水物が好ましい。
本発明の製造方法における工程2は、工程1で得られたイミドオリゴマーと、アミド酸部分を構成するテトラカルボン酸成分およびジアミン成分を反応させ、イミド部分とアミド酸部分とからなる繰り返し単位を含むイミド-アミド酸共重合体を得る工程である。
工程2で使用するアミド酸部分を構成するテトラカルボン酸成分は、芳香族テトラカルボン酸二無水物が好ましい。
工程2は、より好ましくは工程1で得られたイミドオリゴマーと、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A2Aを与える化合物と、ジアミンに由来する構成単位B2Bを与える化合物とを反応させ、イミド-アミド酸共重合体を得る工程である。
構成単位A2Aを与える化合物は、芳香族テトラカルボン酸二無水物を含む。
構成単位B2Bを与える化合物は、構成単位(B11)を与える化合物を含むことが好ましく、構成単位(B11)を与える化合物が、前記式(b111)で表される化合物、及び前記式(b112)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。
構成単位A2Aを与える化合物は、芳香族テトラカルボン酸二無水物を含む。
構成単位B2Bを与える化合物は、構成単位(B11)を与える化合物を含むことが好ましく、構成単位(B11)を与える化合物が、前記式(b111)で表される化合物、及び前記式(b112)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。
工程2で使用するテトラカルボン酸成分としては、構成単位(A21)を与える化合物を含むことが好ましく、本発明の効果を損なわない範囲で、構成単位(A21)を与える化合物以外のテトラカルボン酸成分を含んでいてもよい。構成単位(A21)を与える化合物以外のテトラカルボン酸成分としては、構成単位(A11)を与える化合物が挙げられる。ただし、工程2で使用するテトラカルボン酸成分は、構成単位(A11)を与える化合物を含まないことが好ましい。また、構成単位(A21)を与える化合物は、その全量を工程2で使用することが好ましい。
工程2で使用するジアミン成分としては、構成単位(B11)を与える化合物を含むことが好ましく、本発明の効果を損なわない範囲で、構成単位(B11)を与える化合物以外のジアミン成分を含んでいてもよい。
工程2で使用するジアミン成分としては、構成単位(B11)を与える化合物を含むことが好ましく、本発明の効果を損なわない範囲で、構成単位(B11)を与える化合物以外のジアミン成分を含んでいてもよい。
工程2でイミド-アミド酸共重合体を得るための、工程1で得られたイミドオリゴマーとテトラカルボン酸成分とジアミン成分とを反応させる方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。
具体的な反応方法としては、(1)工程1で得られたイミドオリゴマー、テトラカルボン酸成分、ジアミン成分及び溶剤を反応器に仕込み、0~120℃、好ましくは5~80℃の範囲で1~72時間撹拌する方法、(2)工程1で得られたイミドオリゴマー及び溶剤を反応器に仕込んで溶解させた後、テトラカルボン酸成分、ジアミン成分を仕込み、0~120℃、好ましくは5~80℃の範囲で1~72時間撹拌する方法、等が挙げられる。
80℃以下で反応させる場合には、工程2で得られる共重合体の分子量が重合時の温度履歴に依存して変動することなく、また熱イミド化の進行も抑制できるため、当該共重合体を安定して製造できる。
具体的な反応方法としては、(1)工程1で得られたイミドオリゴマー、テトラカルボン酸成分、ジアミン成分及び溶剤を反応器に仕込み、0~120℃、好ましくは5~80℃の範囲で1~72時間撹拌する方法、(2)工程1で得られたイミドオリゴマー及び溶剤を反応器に仕込んで溶解させた後、テトラカルボン酸成分、ジアミン成分を仕込み、0~120℃、好ましくは5~80℃の範囲で1~72時間撹拌する方法、等が挙げられる。
80℃以下で反応させる場合には、工程2で得られる共重合体の分子量が重合時の温度履歴に依存して変動することなく、また熱イミド化の進行も抑制できるため、当該共重合体を安定して製造できる。
上記方法により、溶剤に溶解したイミド-アミド酸共重合体を含む共重合体溶液が得られる。
得られる共重合体溶液中の共重合体の濃度は、好ましくは1~50質量%であり、より好ましくは3~35質量%、更に好ましくは5~30質量%である。
得られた共重合体液は、ポリイミドフィルム作製時の溶液粘度の観点から、好ましくは、工程2の後、23℃下にて、更に3~10日間保管した後、-20℃で保管する事が好ましい。
得られる共重合体溶液中の共重合体の濃度は、好ましくは1~50質量%であり、より好ましくは3~35質量%、更に好ましくは5~30質量%である。
得られた共重合体液は、ポリイミドフィルム作製時の溶液粘度の観点から、好ましくは、工程2の後、23℃下にて、更に3~10日間保管した後、-20℃で保管する事が好ましい。
本発明の製造方法で得られるイミド-アミド酸共重合体の数平均分子量は、得られるポリイミドフィルムの機械的強度の観点から、好ましくは5,000~500,000である。また、本発明の製造方法で得られるイミド-アミド酸共重合体の重量平均分子量(Mw)は、同様の観点から、好ましくは10,000以上、800,000以下であり、より好ましくは10,000以上、300,000以下であり、更に好ましくは100,000以上、300,000以下である。なお、当該共重合体の数平均分子量もしくは重量平均は、例えば、ゲルろ過クロマトグラフィー測定による標準ポリメチルメタクリレート(PMMA)換算値より求めることができる。
次に本製造方法で用いられる原料等について説明する。
次に本製造方法で用いられる原料等について説明する。
<テトラカルボン酸成分>
本製造方法におけるイミド-アミド酸共重合体の原料として用いられるテトラカルボン酸成分は、前記<イミド-アミド酸共重合体の各構成単位>の(構成単位A1A)の項及び(構成単位A2A)の項に記載した、それぞれの構成単位を与える化合物を用いることが好ましい。
イミドオリゴマーを得る工程1において用いられるテトラカルボン酸成分が構成単位(A11)を与える化合物を含む場合、工程1で使用するテトラカルボン酸成分中の構成単位(A11)を与える化合物の使用比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(A11)を与える化合物の使用比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。工程1で使用するテトラカルボン酸成分は構成単位(A11)を与える化合物のみからなっていてもよい。
イミドオリゴマーを得る工程1において用いられるテトラカルボン酸成分が構成単位(A12)を与える化合物を含む場合、工程1で使用するテトラカルボン酸成分中の構成単位(A12)を与える化合物の使用比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(A12)を与える化合物の使用比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。工程1で使用するテトラカルボン酸成分は構成単位(A12)を与える化合物のみからなっていてもよい。
イミドオリゴマーを得る工程1において用いられるテトラカルボン酸成分が構成単位(A1)を与える化合物及び構成単位(A12)を与える化合物を含む場合、工程1で使用するテトラカルボン酸成分中の構成単位(A11)を与える化合物及び構成単位(A12)を与える化合物の合計の使用比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(A11)を与える化合物及び構成単位(A12)を与える化合物の合計の使用比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。工程1で使用するテトラカルボン酸成分は構成単位(A11)を与える化合物及び構成単位(A12)を与える化合物のみからなっていてもよい。
また、構成単位(A11)を与える化合物及び構成単位(A12)を与える化合物としては、それぞれ式(a11)で表される化合物及び式(a12)で表される化合物が挙げられるが、それらに限られず、同じ構成単位を与える範囲でその誘導体であってもよい。当該誘導体としては、式(a11)で表される化合物及び式(a12)で表される化合物に対応するテトラカルボン酸及び当該テトラカルボン酸のアルキルエステルが挙げられる。構成単位(A11)を与える化合物としては、式(a11)で表される化合物が好ましい。構成単位(A12)を与える化合物としては、式(a12)で表される化合物が好ましい。
本製造方法におけるイミド-アミド酸共重合体の原料として用いられるテトラカルボン酸成分は、前記<イミド-アミド酸共重合体の各構成単位>の(構成単位A1A)の項及び(構成単位A2A)の項に記載した、それぞれの構成単位を与える化合物を用いることが好ましい。
イミドオリゴマーを得る工程1において用いられるテトラカルボン酸成分が構成単位(A11)を与える化合物を含む場合、工程1で使用するテトラカルボン酸成分中の構成単位(A11)を与える化合物の使用比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(A11)を与える化合物の使用比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。工程1で使用するテトラカルボン酸成分は構成単位(A11)を与える化合物のみからなっていてもよい。
イミドオリゴマーを得る工程1において用いられるテトラカルボン酸成分が構成単位(A12)を与える化合物を含む場合、工程1で使用するテトラカルボン酸成分中の構成単位(A12)を与える化合物の使用比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(A12)を与える化合物の使用比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。工程1で使用するテトラカルボン酸成分は構成単位(A12)を与える化合物のみからなっていてもよい。
イミドオリゴマーを得る工程1において用いられるテトラカルボン酸成分が構成単位(A1)を与える化合物及び構成単位(A12)を与える化合物を含む場合、工程1で使用するテトラカルボン酸成分中の構成単位(A11)を与える化合物及び構成単位(A12)を与える化合物の合計の使用比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(A11)を与える化合物及び構成単位(A12)を与える化合物の合計の使用比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。工程1で使用するテトラカルボン酸成分は構成単位(A11)を与える化合物及び構成単位(A12)を与える化合物のみからなっていてもよい。
また、構成単位(A11)を与える化合物及び構成単位(A12)を与える化合物としては、それぞれ式(a11)で表される化合物及び式(a12)で表される化合物が挙げられるが、それらに限られず、同じ構成単位を与える範囲でその誘導体であってもよい。当該誘導体としては、式(a11)で表される化合物及び式(a12)で表される化合物に対応するテトラカルボン酸及び当該テトラカルボン酸のアルキルエステルが挙げられる。構成単位(A11)を与える化合物としては、式(a11)で表される化合物が好ましい。構成単位(A12)を与える化合物としては、式(a12)で表される化合物が好ましい。
同様に、アミド酸部分を形成する工程2において用いられるテトラカルボン酸成分が構成単位(A21)を与える化合物を含む場合、構成単位(A21)を与える化合物の比率は、好ましくは45モル%以上、より好ましくは60モル%以上、更に好ましくは85モル%以上である。当該使用比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
また、構成単位(A21)を与える化合物としては、式(a211)で表される化合物、式(a212)で表される化合物、式(a213)で表される化合物、式(a214)で表される化合物及び式(a215)で表される化合物が挙げられるが、それに限られず、同じ構成単位を与える範囲でその誘導体であってもよい。当該誘導体としては、式(a211)~(a215)のいずれかで表される化合物に対応するテトラカルボン酸及び当該テトラカルボン酸のアルキルエステルが挙げられる。構成単位(A2)を与える化合物としては、式(a211)~(a215)のいずれかで表される化合物が好ましい。
また、構成単位(A21)を与える化合物としては、式(a211)で表される化合物、式(a212)で表される化合物、式(a213)で表される化合物、式(a214)で表される化合物及び式(a215)で表される化合物が挙げられるが、それに限られず、同じ構成単位を与える範囲でその誘導体であってもよい。当該誘導体としては、式(a211)~(a215)のいずれかで表される化合物に対応するテトラカルボン酸及び当該テトラカルボン酸のアルキルエステルが挙げられる。構成単位(A2)を与える化合物としては、式(a211)~(a215)のいずれかで表される化合物が好ましい。
本製造方法におけるイミド-アミド酸共重合体の原料として用いられるテトラカルボン酸成分中の、構成単位(A11)を与える化合物と構成単位(A21)を与える化合物とのモル比〔(A11)/(A21)〕は、透明性、低黄色度、高耐熱性、低線膨張係数の観点から、好ましくは5/95~60/40であり、より好ましくは10/90~60/40であり、更に好ましくは15/85~60/40である。
本製造方法におけるイミド-アミド酸共重合体の原料として用いられるテトラカルボン酸成分中の、構成単位(A12)を与える化合物と構成単位(A21)を与える化合物とのモル比〔(A12)/(A21)〕は、透明性、低黄色度、高耐熱性、低線膨張係数の観点から、好ましくは5/95~60/40であり、より好ましくは10/90~60/40であり、更に好ましくは15/85~60/40である。
本製造方法におけるイミド-アミド酸共重合体の原料として用いられるテトラカルボン酸成分中の、構成単位(A12)を与える化合物と構成単位(A21)を与える化合物とのモル比〔(A12)/(A21)〕は、透明性、低黄色度、高耐熱性、低線膨張係数の観点から、好ましくは5/95~60/40であり、より好ましくは10/90~60/40であり、更に好ましくは15/85~60/40である。
構成単位(A21)を与える化合物中の、構成単位(A211)~(A215)を与える化合物の合計の比率は、好ましくは45モル%以上、より好ましくは70モル%以上、更に好ましくは90モル%以上、特に好ましくは99モル%以上である。その比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
イミド-アミド酸共重合体の原料として用いられるテトラカルボン酸成分には、構成単位(A11)を与える化合物、構成単位(A12)を与える化合物、構成単位(A211)を与える化合物、構成単位(A212)を与える化合物、構成単位(A213)を与える化合物、構成単位(A214)を与える化合物、及び構成単位(A215)を与える化合物以外の化合物を含んでもよく、かかる化合物は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
イミド-アミド酸共重合体の原料として用いられるテトラカルボン酸成分には、構成単位(A11)を与える化合物、構成単位(A12)を与える化合物、構成単位(A211)を与える化合物、構成単位(A212)を与える化合物、構成単位(A213)を与える化合物、構成単位(A214)を与える化合物、及び構成単位(A215)を与える化合物以外の化合物を含んでもよく、かかる化合物は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
<ジアミン成分>
本製造方法におけるイミド-アミド酸共重合体の原料として用いられるジアミン成分は、前記<イミド-アミド酸共重合体の各構成単位>の(構成単位B1B)の項及び(構成単位B2B)の項に記載した、それぞれの構成単位を与える化合物を用いることが好ましい。
イミドオリゴマーを得る工程1において用いられるジアミン成分が構成単位(B11)を与える化合物を含む場合、工程1で使用するジアミン成分中の構成単位(B11)を与える化合物の使用比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(B11)を与える化合物の使用比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。工程1で使用するジアミン成分は構成単位(B11)を与える化合物のみからなっていてもよい。
本製造方法におけるイミド-アミド酸共重合体の原料として用いられるジアミン成分は、前記<イミド-アミド酸共重合体の各構成単位>の(構成単位B1B)の項及び(構成単位B2B)の項に記載した、それぞれの構成単位を与える化合物を用いることが好ましい。
イミドオリゴマーを得る工程1において用いられるジアミン成分が構成単位(B11)を与える化合物を含む場合、工程1で使用するジアミン成分中の構成単位(B11)を与える化合物の使用比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(B11)を与える化合物の使用比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。工程1で使用するジアミン成分は構成単位(B11)を与える化合物のみからなっていてもよい。
同様に、アミド酸部分を形成する工程2において用いられるジアミン成分が構成単位(B11)を与える化合物を含む場合、工程2で使用するジアミン成分中の構成単位(B11)を与える化合物の使用比率は、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは55モル%以上であり、更に好ましくは60モル%以上であり、より更に好ましくは80モル%以上であり、より更に好ましくは90モル%以上であり、より更に好ましくは95モル%以上である。構成単位(B11)を与える化合物の使用比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。工程2で使用するジアミン成分は構成単位(B11)を与える化合物のみからなっていてもよい。
また、構成単位(B11)を与える化合物としては、構成単位(B111)を与える化合物、及び構成単位(B112)を与える化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つが好ましい。構成単位(B11)を与える化合物中の、構成単位(B111)を与える化合物の使用比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その使用比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。構成単位(B11)を与える化合物中の、構成単位(B112)を与える化合物の使用比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その使用比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。構成単位(B11)を与える化合物中の、構成単位(B111)を与える化合物及び構成単位(B112)を与える化合物の合計の使用比率は、好ましくは45モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、更に好ましくは90モル%以上であり、特に好ましくは99モル%以上である。その合計の使用比率の上限値は特に限定されず、100モル%以下である。
イミド-アミド酸共重合体の原料として用いられるジアミン成分には、構成単位(B11)を与える化合物以外の化合物を含んでもよく、かかる化合物は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
構成単位(B11)を与える化合物としては、ジアミンが挙げられるが、それに限られず、同じ構成単位を与える範囲でその誘導体であってもよい。当該誘導体としては、ジアミンに対応するジイソシアネートが挙げられる。構成単位(B11)を与える化合物としては、ジアミンが好ましい。
イミド-アミド酸共重合体の原料として用いられるジアミン成分には、構成単位(B11)を与える化合物以外の化合物を含んでもよく、かかる化合物は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
構成単位(B11)を与える化合物としては、ジアミンが挙げられるが、それに限られず、同じ構成単位を与える範囲でその誘導体であってもよい。当該誘導体としては、ジアミンに対応するジイソシアネートが挙げられる。構成単位(B11)を与える化合物としては、ジアミンが好ましい。
本発明において、工程1、工程2を含めた共重合体の製造の全工程に用いるテトラカルボン酸成分とジアミン成分の仕込み量比は、テトラカルボン酸成分1モルに対してジアミン成分が0.9~1.1モルであることが好ましい。
<末端封止剤>
また、本発明において、イミド-アミド酸共重合体の製造には、前述のテトラカルボン酸成分及びジアミン成分の他に、末端封止剤を用いてもよい。末端封止剤は、工程2の際に用いることが好ましい。
末端封止剤としてはモノアミン類あるいはジカルボン酸類が好ましい。導入される末端封止剤の仕込み量としては、テトラカルボン酸成分1モルに対して0.0001~0.1モルが好ましく、0.001~0.06モルがより好ましい。モノアミン類末端封止剤としては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ベンジルアミン、4-メチルベンジルアミン、4-エチルベンジルアミン、4-ドデシルベンジルアミン、3-メチルベンジルアミン、3-エチルベンジルアミン、アニリン、3-メチルアニリン、4-メチルアニリン等が挙げられる。これらのうち、ベンジルアミン、アニリンが好ましい。ジカルボン酸類末端封止剤としては、ジカルボン酸類が好ましく、その一部が閉環していてもよい。例えば、フタル酸、無水フタル酸、4-クロロフタル酸、テトラフルオロフタル酸、2,3-ベンゾフェノンジカルボン酸、3,4-ベンゾフェノンジカルボン酸、シクロペンタン-1,2-ジカルボン酸、4-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸等が挙げられる。これらのうち、フタル酸、無水フタル酸が好ましい。
また、本発明において、イミド-アミド酸共重合体の製造には、前述のテトラカルボン酸成分及びジアミン成分の他に、末端封止剤を用いてもよい。末端封止剤は、工程2の際に用いることが好ましい。
末端封止剤としてはモノアミン類あるいはジカルボン酸類が好ましい。導入される末端封止剤の仕込み量としては、テトラカルボン酸成分1モルに対して0.0001~0.1モルが好ましく、0.001~0.06モルがより好ましい。モノアミン類末端封止剤としては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ベンジルアミン、4-メチルベンジルアミン、4-エチルベンジルアミン、4-ドデシルベンジルアミン、3-メチルベンジルアミン、3-エチルベンジルアミン、アニリン、3-メチルアニリン、4-メチルアニリン等が挙げられる。これらのうち、ベンジルアミン、アニリンが好ましい。ジカルボン酸類末端封止剤としては、ジカルボン酸類が好ましく、その一部が閉環していてもよい。例えば、フタル酸、無水フタル酸、4-クロロフタル酸、テトラフルオロフタル酸、2,3-ベンゾフェノンジカルボン酸、3,4-ベンゾフェノンジカルボン酸、シクロペンタン-1,2-ジカルボン酸、4-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸等が挙げられる。これらのうち、フタル酸、無水フタル酸が好ましい。
<溶剤>
本発明の共重合体の製造方法に用いられる溶剤は、生成するイミド-アミド酸共重合体を溶解できるものであればよい。例えば、非プロトン性溶剤、フェノール系溶剤、エーテル系溶剤、カーボネート系溶剤等が挙げられる。
本発明の共重合体の製造方法に用いられる溶剤は、生成するイミド-アミド酸共重合体を溶解できるものであればよい。例えば、非プロトン性溶剤、フェノール系溶剤、エーテル系溶剤、カーボネート系溶剤等が挙げられる。
非プロトン性溶剤の具体例としては、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-メチルカプロラクタム、1,3-ジメチルイミダゾリジノン、テトラメチル尿素等のアミド系溶剤、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン等のラクトン系溶剤、ヘキサメチルホスホリックアミド、ヘキサメチルホスフィントリアミド等の含リン系アミド系溶剤、ジメチルスルホン、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の含硫黄系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等のケトン系溶剤、酢酸(2-メトキシ-1-メチルエチル)等のエステル系溶剤等が挙げられる。
フェノール系溶剤の具体例としては、フェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール、2,3-キシレノール、2,4-キシレノール、2,5-キシレノール、2,6-キシレノール、3,4-キシレノール、3,5-キシレノール等が挙げられる。
エーテル系溶剤の具体例としては、1,2-ジメトキシエタン、ビス(2-メトキシエチル)エーテル、1,2-ビス(2-メトキシエトキシ)エタン、ビス〔2-(2-メトキシエトキシ)エチル〕エーテル、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等が挙げられる。
カーボネート系溶剤の具体的な例としては、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等が挙げられる。
上記反応溶剤の中でも、アミド系溶剤又はラクトン系溶剤が好ましく、アミド系溶剤がより好ましく、N-メチル-2-ピロリドンが更に好ましい。上記の反応溶剤は単独で又は2種以上混合して用いてもよい。
エーテル系溶剤の具体例としては、1,2-ジメトキシエタン、ビス(2-メトキシエチル)エーテル、1,2-ビス(2-メトキシエトキシ)エタン、ビス〔2-(2-メトキシエトキシ)エチル〕エーテル、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等が挙げられる。
カーボネート系溶剤の具体的な例としては、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等が挙げられる。
上記反応溶剤の中でも、アミド系溶剤又はラクトン系溶剤が好ましく、アミド系溶剤がより好ましく、N-メチル-2-ピロリドンが更に好ましい。上記の反応溶剤は単独で又は2種以上混合して用いてもよい。
[ワニス]
本発明のワニスは、ポリイミド樹脂の前駆体である本発明のイミド-アミド酸共重合体が有機溶媒に溶解してなるものである。すなわち、本発明のワニスは、本発明のイミド-アミド酸共重合体及び有機溶媒を含み、当該イミド-アミド酸共重合体は当該有機溶媒に溶解している。
有機溶媒は本発明の共重合体が溶解するものであればよく、特に限定されないが、本発明の共重合体の製造に用いられる溶剤として上述した化合物を、単独又は2種以上を混合して用いることが好ましい。
本発明のワニスは、上述の共重合体溶液そのものであってもよいし、又は当該共重合体溶液に対して更に希釈溶剤を追加したものであってもよい。
本発明のワニスは、ポリイミド樹脂の前駆体である本発明のイミド-アミド酸共重合体が有機溶媒に溶解してなるものである。すなわち、本発明のワニスは、本発明のイミド-アミド酸共重合体及び有機溶媒を含み、当該イミド-アミド酸共重合体は当該有機溶媒に溶解している。
有機溶媒は本発明の共重合体が溶解するものであればよく、特に限定されないが、本発明の共重合体の製造に用いられる溶剤として上述した化合物を、単独又は2種以上を混合して用いることが好ましい。
本発明のワニスは、上述の共重合体溶液そのものであってもよいし、又は当該共重合体溶液に対して更に希釈溶剤を追加したものであってもよい。
本発明のワニスは、本発明の共重合体中のアミド酸部位のイミド化を効率よく進行させる観点から、更にイミド化触媒及び脱水触媒を含有させることができる。イミド化触媒としては、沸点が40℃以上であるイミド化触媒であればよく、沸点が40℃以上のイミド化触媒であれば、十分にイミド化が進行する前に揮発する可能性を回避できる。
イミド化触媒としては、ピリジン又はピコリン等のアミン化合物;イミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、1-ベンジルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール及びベンゾイミダゾール等のイミダゾール化合物;等が挙げられる。上記のイミド化触媒は単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
脱水触媒としては、無水酢酸、プロピオン酸無水物、n-酪酸無水物、安息香酸無水物、トリフルオロ酢酸無水物等の酸無水物;ジシクロヘキシルカルボジイミド等のカルボジイミド化合物を挙げることができる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
イミド化触媒としては、ピリジン又はピコリン等のアミン化合物;イミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、1-ベンジルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール及びベンゾイミダゾール等のイミダゾール化合物;等が挙げられる。上記のイミド化触媒は単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
脱水触媒としては、無水酢酸、プロピオン酸無水物、n-酪酸無水物、安息香酸無水物、トリフルオロ酢酸無水物等の酸無水物;ジシクロヘキシルカルボジイミド等のカルボジイミド化合物を挙げることができる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明のワニスに含まれる共重合体は溶媒溶解性を有しているため、高濃度のワニスとすることができる。本発明のワニスは、本発明の共重合体を3~40質量%含む事が好ましく、5~40質量%含むことがより好ましく、6~30質量%含むことが更に好ましい。ワニスの粘度は0.1~100Pa・sが好ましく、0.1~20Pa・sがより好ましい。ワニスの粘度は、E型粘度計を用いて25℃で測定された値である。
また、本発明のワニスは、ポリイミドフィルムの要求特性を損なわない範囲で、無機フィラー、接着促進剤、剥離剤、難燃剤、紫外線安定剤、界面活性剤、レベリング剤、消泡剤、蛍光増白剤、架橋剤、重合開始剤、感光剤等各種添加剤を含んでもよい。
本発明のワニスの製造方法は特に限定されず、公知の方法を適用することができる。
また、本発明のワニスは、ポリイミドフィルムの要求特性を損なわない範囲で、無機フィラー、接着促進剤、剥離剤、難燃剤、紫外線安定剤、界面活性剤、レベリング剤、消泡剤、蛍光増白剤、架橋剤、重合開始剤、感光剤等各種添加剤を含んでもよい。
本発明のワニスの製造方法は特に限定されず、公知の方法を適用することができる。
[ポリイミドフィルム]
本発明のポリイミドフィルムは、本発明のイミド-アミド酸共重合体中のアミド酸部位をイミド化してなるポリイミド樹脂を含む。したがって、本発明のポリイミドフィルムは、透明性及び耐熱性に優れ、黄色度が低い。
本発明のポリイミドフィルムは、前述の共重合体が有機溶媒に溶解してなるワニスを用いて製造することができる。
本発明のポリイミドフィルムは、本発明のイミド-アミド酸共重合体中のアミド酸部位をイミド化してなるポリイミド樹脂を含む。したがって、本発明のポリイミドフィルムは、透明性及び耐熱性に優れ、黄色度が低い。
本発明のポリイミドフィルムは、前述の共重合体が有機溶媒に溶解してなるワニスを用いて製造することができる。
本発明のワニスを用いてポリイミドフィルムを製造する方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。例えば、ガラス板、金属板、プラスチックなどの平滑な支持体上に本発明のワニスを塗布、又はフィルム状に成形した後、該ワニス中に含まれる反応溶剤や希釈溶剤等の有機溶媒を加熱により除去し、共重合体フィルムを得て、該共重合体フィルム中の共重合体のアミド酸部位を加熱によりイミド化(脱水閉環)し、次いで支持体から剥離することにより、ポリイミドフィルムを製造することができる。
本発明のポリイミドフィルムに含まれるポリイミド樹脂の重量平均分子量(Mw)は、フィルムの機械的強度の観点から、好ましくは10,000~800,000であり、より好ましくは10,000~300,000であり、更に好ましくは100,000~300,000である。なお、当該ポリイミド樹脂の重量平均分子量は、例えば、ゲルろ過クロマトグラフィー測定による標準ポリメチルメタクリレート(PMMA)換算値より求めることができる。
本発明のポリイミドフィルムに含まれるポリイミド樹脂の重量平均分子量(Mw)は、フィルムの機械的強度の観点から、好ましくは10,000~800,000であり、より好ましくは10,000~300,000であり、更に好ましくは100,000~300,000である。なお、当該ポリイミド樹脂の重量平均分子量は、例えば、ゲルろ過クロマトグラフィー測定による標準ポリメチルメタクリレート(PMMA)換算値より求めることができる。
本発明のワニスを乾燥させて共重合体フィルムを得る際の加熱温度としては、好ましくは50~150℃である。本発明の共重合体を加熱によりイミド化する際の加熱温度としては、好ましくは200~500℃であり、より好ましくは300~470℃であり、更に好ましくは400~450℃である。また、加熱時間は、好ましくは1分間~6時間であり、より好ましくは5分間~2時間、さらに好ましくは15分間~1時間である。
加熱雰囲気は、空気ガス、窒素ガス、酸素ガス、水素ガス、窒素/水素混合ガス等が挙げられるが、得られるポリイミド樹脂の着色を抑えるためには、酸素濃度が100ppm以下である窒素ガス、水素を水素濃度が0.5%以下の量で含む窒素/水素混合ガスが好ましい。
なお、イミド化の方法は熱イミド化に限定されず、化学イミド化を適用することもできる。
加熱雰囲気は、空気ガス、窒素ガス、酸素ガス、水素ガス、窒素/水素混合ガス等が挙げられるが、得られるポリイミド樹脂の着色を抑えるためには、酸素濃度が100ppm以下である窒素ガス、水素を水素濃度が0.5%以下の量で含む窒素/水素混合ガスが好ましい。
なお、イミド化の方法は熱イミド化に限定されず、化学イミド化を適用することもできる。
本発明のポリイミドフィルムの厚さは用途等に応じて適宜選択することができるが、好ましくは1~250μmであり、より好ましくは5~100μmであり、更に好ましくは5~50μmである。
ポリイミドフィルムの厚さは、ワニスの固形分濃度や粘度を調整することにより、容易に制御することができる。
ポリイミドフィルムの厚さは、ワニスの固形分濃度や粘度を調整することにより、容易に制御することができる。
<ポリイミドフィルム物性値>
本発明のイミド-アミド酸共重合体を用いることで、低線膨張係数及び耐熱性に優れ、熱処理を行っても黄色度の変化が小さい、ポリイミドフィルムを形成することができる。当該ポリイミドフィルムの有する好適な物性値は以下の通りである。
線膨張係数(100℃~400℃の範囲)は、好ましくは25ppm/℃以下であり、より好ましくは20ppm/℃以下であり、更に好ましくは15ppm/℃以下である。
本発明のポリイミドフィルムのガラス転移温度(Tg)は、好ましくは430℃以上であり、より好ましくは450℃以上であり、更に好ましくは480℃以上である。
1%重量減少温度(Td1%)は、好ましくは500℃以上であり、より好ましくは510℃以上であり、更に好ましくは520℃以上である。
なお、本発明における上述の物性値は、具体的には実施例に記載の方法で測定することができる。
本発明のイミド-アミド酸共重合体を用いることで、低線膨張係数及び耐熱性に優れ、熱処理を行っても黄色度の変化が小さい、ポリイミドフィルムを形成することができる。当該ポリイミドフィルムの有する好適な物性値は以下の通りである。
線膨張係数(100℃~400℃の範囲)は、好ましくは25ppm/℃以下であり、より好ましくは20ppm/℃以下であり、更に好ましくは15ppm/℃以下である。
本発明のポリイミドフィルムのガラス転移温度(Tg)は、好ましくは430℃以上であり、より好ましくは450℃以上であり、更に好ましくは480℃以上である。
1%重量減少温度(Td1%)は、好ましくは500℃以上であり、より好ましくは510℃以上であり、更に好ましくは520℃以上である。
なお、本発明における上述の物性値は、具体的には実施例に記載の方法で測定することができる。
本発明のポリイミドフィルムは耐熱性に優れる。
耐熱性の試験として、厚さ10±3μmのフィルムに430℃1時間の熱処理を2回行った場合、黄色度(YI1)と初期の黄色度(YI0)の差は、好ましくは20.0以下であり、より好ましくは10.0以下であり、更に好ましくは8.0以下であり、より更に好ましくは6.0以下であり、より更に好ましくは5.0以下である。
また、430℃、1時間の熱処理を2回行った後の黄色度YI1と初期の黄色度YI0が下記式(8)を満たすことが好ましい。
ΔYI=YI1-YI0≦20 (8)
前記耐熱性の試験方法は具体的には実施例に記載の方法で行うことができる。
耐熱性の試験として、厚さ10±3μmのフィルムに430℃1時間の熱処理を2回行った場合、黄色度(YI1)と初期の黄色度(YI0)の差は、好ましくは20.0以下であり、より好ましくは10.0以下であり、更に好ましくは8.0以下であり、より更に好ましくは6.0以下であり、より更に好ましくは5.0以下である。
また、430℃、1時間の熱処理を2回行った後の黄色度YI1と初期の黄色度YI0が下記式(8)を満たすことが好ましい。
ΔYI=YI1-YI0≦20 (8)
前記耐熱性の試験方法は具体的には実施例に記載の方法で行うことができる。
本発明のポリイミドフィルムは、カラーフィルター、フレキシブルディスプレイ、半導体部品、光学部材等の各種部材用のフィルムとして好適に用いられる。本発明のポリイミドフィルムは、液晶ディスプレイやOLEDディスプレイ等の画像表示装置の基板として、特に好適に用いられる。
[積層体]
本発明の積層体は、前記ポリイミドフィルムと、少なくとも1種以上の無機層からなる。無機層はポリイミドフィルム上に積層されていることが好ましい。
無機層としては金属膜、半導体膜、及び絶縁膜が挙げられる。
本発明の積層体は、ポリイミドフィルム上に金属膜、半導体膜、及び絶縁膜からなる群より選ばれる少なくとも1つが積層されていることが好ましく、ポリイミドフィルム上に金属膜及び半導体膜からなる群より選ばれる少なくとも1つが積層されていることがより好ましく、ポリイミドフィルム上に半導体膜が積層されていることが更に好ましく、ポリイミドフィルム上に絶縁膜と半導体膜が積層されていることがより更に好ましく、ポリイミドフィルム上に絶縁膜と半導体膜がこの順で積層されていることがより更に好ましい。ポリイミドフィルム上に金属膜又は半導体膜を積層することにより、ポリイミドフィルム上にタッチセンサーやOLED等の目的とする電子デバイス(導電性フィルム)を作成することができる。
また、本発明の積層体は、ポリイミドフィルムと、金属膜又は半導体膜との間に絶縁膜を有していてもよく、絶縁膜を有することが好ましい。絶縁膜としては、SiO2膜が好ましく、SiO2膜は金属膜又は半導体膜を形成する際のバッファー膜として機能する。
本発明の積層体は、前記ポリイミドフィルムと、少なくとも1種以上の無機層からなる。無機層はポリイミドフィルム上に積層されていることが好ましい。
無機層としては金属膜、半導体膜、及び絶縁膜が挙げられる。
本発明の積層体は、ポリイミドフィルム上に金属膜、半導体膜、及び絶縁膜からなる群より選ばれる少なくとも1つが積層されていることが好ましく、ポリイミドフィルム上に金属膜及び半導体膜からなる群より選ばれる少なくとも1つが積層されていることがより好ましく、ポリイミドフィルム上に半導体膜が積層されていることが更に好ましく、ポリイミドフィルム上に絶縁膜と半導体膜が積層されていることがより更に好ましく、ポリイミドフィルム上に絶縁膜と半導体膜がこの順で積層されていることがより更に好ましい。ポリイミドフィルム上に金属膜又は半導体膜を積層することにより、ポリイミドフィルム上にタッチセンサーやOLED等の目的とする電子デバイス(導電性フィルム)を作成することができる。
また、本発明の積層体は、ポリイミドフィルムと、金属膜又は半導体膜との間に絶縁膜を有していてもよく、絶縁膜を有することが好ましい。絶縁膜としては、SiO2膜が好ましく、SiO2膜は金属膜又は半導体膜を形成する際のバッファー膜として機能する。
金属膜の好ましい具体例としては、銅メッシュ、銀メッシュ等が挙げられる。
半導体膜の好ましい具体例としては、酸化インジウムスズ(ITO)、アモルファスシリコン、インジウム・ガリウム・亜鉛酸化物(IGZO)及び低温ポリシリコン(LTPS)からなる群より選ばれる少なくとも1つが挙げられる。
これらの金属膜又は半導体膜の上に、別の金属膜又は半導体膜を更に積層していてもよい。
金属膜又は半導体膜の厚さは特に限定されないが、好ましくは1~400nmであり、より好ましくは10~300nmであり、更に好ましくは20~200nmである。
半導体膜の好ましい具体例としては、酸化インジウムスズ(ITO)、アモルファスシリコン、インジウム・ガリウム・亜鉛酸化物(IGZO)及び低温ポリシリコン(LTPS)からなる群より選ばれる少なくとも1つが挙げられる。
これらの金属膜又は半導体膜の上に、別の金属膜又は半導体膜を更に積層していてもよい。
金属膜又は半導体膜の厚さは特に限定されないが、好ましくは1~400nmであり、より好ましくは10~300nmであり、更に好ましくは20~200nmである。
本発明の積層体は耐熱性に優れる。
耐熱性の試験として、厚さ10±3μmの積層体に430℃1時間の熱処理を2回行った場合、黄色度(YI1)と初期の黄色度(YI0)の差は、好ましくは20.0以下であり、より好ましくは10.0以下であり、更に好ましくは8.0以下であり、より更に好ましくは6.0以下であり、より更に好ましくは5.0以下である。
また、430℃、1時間の熱処理を2回行った後の黄色度YI1と初期の黄色度YI0が下記式(8)を満たすことが好ましい。
ΔYI=YI1-YI0≦20 (8)
前記耐熱性の試験方法は具体的には実施例に記載の方法で行うことができる。
耐熱性の試験として、厚さ10±3μmの積層体に430℃1時間の熱処理を2回行った場合、黄色度(YI1)と初期の黄色度(YI0)の差は、好ましくは20.0以下であり、より好ましくは10.0以下であり、更に好ましくは8.0以下であり、より更に好ましくは6.0以下であり、より更に好ましくは5.0以下である。
また、430℃、1時間の熱処理を2回行った後の黄色度YI1と初期の黄色度YI0が下記式(8)を満たすことが好ましい。
ΔYI=YI1-YI0≦20 (8)
前記耐熱性の試験方法は具体的には実施例に記載の方法で行うことができる。
以下に、実施例により本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。
実施例及び比較例で得たポリイミドフィルムの物性の測定、及び評価は以下に示す方法によって行った。
実施例及び比較例で得たポリイミドフィルムの物性の測定、及び評価は以下に示す方法によって行った。
(1)フィルム厚さ
フィルム厚さは、株式会社ミツトヨ製のマイクロメーターを用いて測定した。
フィルム厚さは、株式会社ミツトヨ製のマイクロメーターを用いて測定した。
(2)ガラス転移温度(Tg)(耐熱性の評価)
株式会社日立ハイテクサイエンス製の熱機械的分析装置「TMA/SS6100」を用いて、試料サイズ3mm×20mm、引張モードで、荷重50mN、昇温速度10℃/分の条件で、40℃から550℃まで昇温してTMA測定を行い、伸びの変曲点が見られたところをガラス転移温度として求めた。
株式会社日立ハイテクサイエンス製の熱機械的分析装置「TMA/SS6100」を用いて、試料サイズ3mm×20mm、引張モードで、荷重50mN、昇温速度10℃/分の条件で、40℃から550℃まで昇温してTMA測定を行い、伸びの変曲点が見られたところをガラス転移温度として求めた。
(3)線膨張係数(CTE)(耐熱性の評価)
株式会社日立ハイテクサイエンス製の熱機械的分析装置「TMA/SS6100」を用いて、試料サイズ3mm×20mm、引張モードで、荷重50mN、昇温速度10℃/分の条件で40℃から550℃まで昇温してTMA測定を行い、100~400℃及び300~400℃のCTEを求めた。
株式会社日立ハイテクサイエンス製の熱機械的分析装置「TMA/SS6100」を用いて、試料サイズ3mm×20mm、引張モードで、荷重50mN、昇温速度10℃/分の条件で40℃から550℃まで昇温してTMA測定を行い、100~400℃及び300~400℃のCTEを求めた。
(4)1%重量減少温度(Td1%)(耐熱性の評価)
株式会社日立ハイテクサイエンス製の示差熱熱重量同時測定装置「NEXTA STA200RV」を用いた。試料を昇温速度10℃/分で40℃から150℃まで昇温し、150℃で30分間保持し水分を除去した後550℃まで昇温した。150℃で30分間保持した後の重量と比較して、重量が1%減少した時の温度を1%重量減少温度(Td1%)とした。重量減少温度は数値が大きいほど耐熱性に優れる。
株式会社日立ハイテクサイエンス製の示差熱熱重量同時測定装置「NEXTA STA200RV」を用いた。試料を昇温速度10℃/分で40℃から150℃まで昇温し、150℃で30分間保持し水分を除去した後550℃まで昇温した。150℃で30分間保持した後の重量と比較して、重量が1%減少した時の温度を1%重量減少温度(Td1%)とした。重量減少温度は数値が大きいほど耐熱性に優れる。
(5)ポリイミドフィルムの耐熱性
実施例及び比較例で得られたポリイミドフィルムにおいて、ガラス転移温度(Tg)が430℃以上であったものについて、耐熱性の評価を行った。
熱処理(430℃で1時間保持)を繰り返し行い、熱処理を行う前、熱処理を行った後の黄色度(YI)を、JIS K7136に準拠し、日本電色工業株式会社製の色彩・濁度同時測定器「COH7700」を用いて測定した。熱処理を行う前の黄色度(YI)と熱処理を行った後の黄色度(YI)の差が小さいものほど耐熱性に優れる。
実施例及び比較例で得られたポリイミドフィルムにおいて、ガラス転移温度(Tg)が430℃以上であったものについて、耐熱性の評価を行った。
熱処理(430℃で1時間保持)を繰り返し行い、熱処理を行う前、熱処理を行った後の黄色度(YI)を、JIS K7136に準拠し、日本電色工業株式会社製の色彩・濁度同時測定器「COH7700」を用いて測定した。熱処理を行う前の黄色度(YI)と熱処理を行った後の黄色度(YI)の差が小さいものほど耐熱性に優れる。
(6)積層体の耐熱性
実施例及び比較例で得られたポリイミドフィルムにおいて、ガラス転移温度(Tg)が430℃以上であったものについて、ポリイミドフィルムと無機層(無機膜)からなる積層体(積層膜)を次のように製造し、耐熱性を評価した。
画像表示装置用ディスプレイの製造工程を模して、積層膜を製造し、熱処理を行い、熱処理後の色相変化を評価した。
実施例及び比較例で得られたポリイミドフィルムを剥離せず、ポリイミドフィルム上にスパッタにより厚さ300nmのSiO2膜を成形し、その上に厚さ1230nmのITO(酸化インジウムスズ)膜を形成した。
得られた積層膜に、熱処理(430℃で1時間保持)を繰り返し行い、熱処理を行う前、熱処理を行った後の黄色度(YI)を、JIS K7136に準拠し、日本電色工業株式会社製の色彩・濁度同時測定器「COH7700」を用いて測定した。熱処理を行う前の黄色度(YI)と熱処理を行った後の黄色度(YI)の差が小さいものほど耐熱性に優れる。
実施例及び比較例で得られたポリイミドフィルムにおいて、ガラス転移温度(Tg)が430℃以上であったものについて、ポリイミドフィルムと無機層(無機膜)からなる積層体(積層膜)を次のように製造し、耐熱性を評価した。
画像表示装置用ディスプレイの製造工程を模して、積層膜を製造し、熱処理を行い、熱処理後の色相変化を評価した。
実施例及び比較例で得られたポリイミドフィルムを剥離せず、ポリイミドフィルム上にスパッタにより厚さ300nmのSiO2膜を成形し、その上に厚さ1230nmのITO(酸化インジウムスズ)膜を形成した。
得られた積層膜に、熱処理(430℃で1時間保持)を繰り返し行い、熱処理を行う前、熱処理を行った後の黄色度(YI)を、JIS K7136に準拠し、日本電色工業株式会社製の色彩・濁度同時測定器「COH7700」を用いて測定した。熱処理を行う前の黄色度(YI)と熱処理を行った後の黄色度(YI)の差が小さいものほど耐熱性に優れる。
実施例及び比較例にて使用したテトラカルボン酸成分及びジアミン成分、並びにその略号等は下記の通りである。
<テトラカルボン酸成分>
BPAF:9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二無水物(JFEケミカル株式会社製;式(a11)で表される化合物)
6FDA:4,4'-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物(ダイキン工業株式会社製;式(a12)で表される化合物)
s-BPDA:3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(三菱ケミカル株式会社製、式(a211s)で表される化合物)
<ジアミン成分>
4-BAAB:4-アミノフェニル-4-アミノベンゾエート(日本純良薬品株式会社製;式(b111)で表される化合物)
ABHQ:1,4-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)ベンゼン(三國製薬工業株式会社製;式(b112)で表される化合物)
TFMB:2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(セイカ株式会社製)
<テトラカルボン酸成分>
BPAF:9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二無水物(JFEケミカル株式会社製;式(a11)で表される化合物)
6FDA:4,4'-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物(ダイキン工業株式会社製;式(a12)で表される化合物)
s-BPDA:3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(三菱ケミカル株式会社製、式(a211s)で表される化合物)
<ジアミン成分>
4-BAAB:4-アミノフェニル-4-アミノベンゾエート(日本純良薬品株式会社製;式(b111)で表される化合物)
ABHQ:1,4-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)ベンゼン(三國製薬工業株式会社製;式(b112)で表される化合物)
TFMB:2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(セイカ株式会社製)
実施例及び比較例において使用した、溶媒及び触媒の略号等は下記の通りである。
NMP:N-メチル-2-ピロリドン(東京純薬工業株式会社製)
TEA:トリエチルアミン(関東化学株式会社製)
NMP:N-メチル-2-ピロリドン(東京純薬工業株式会社製)
TEA:トリエチルアミン(関東化学株式会社製)
〈実施例1〉
ステンレス製半月型撹拌翼、窒素導入管、冷却管を取り付けたディーンスターク、温度計、ガラス製エンドキャップを備えた500mLの5つ口丸底フラスコに、4-BAAB 6.848g(0.030モル)及びNMP 30.064gを投入し、窒素雰囲気下、系内温度70℃とし、回転数200rpmで撹拌して溶液を得た。
この溶液に、BPAF 9.169g(0.020モル)及びNMP 10.000gを一括で添加した後、イミド化触媒としてTEA 0.101g、及びNMP 5.000gを投入し、マントルヒーターで加熱し、約20分間かけて反応系内温度を190℃まで上げた。留去される成分を捕集しつつ、反応系内温度を190℃に保持して1時間還流した。その後、NMPを89.468g添加して、反応系内温度を50℃まで冷却し、イミド繰り返し構造単位を有するオリゴマーを含む溶液を得た。
得られた溶液に、s-BPDA 23.538g(0.080モル)、4-BAAB 15.978g(0.070モル)及びNMP 30.000gを一括で添加し、50℃で5時間撹拌した。その後、固形分濃度が約15質量%になるようにNMPを添加し均一化させることで、イミド繰り返し構造単位とアミド酸繰り返し構造単位とを有する共重合体(イミド-アミド酸共重合体)を含むワニスを得た。
続いてガラス板上へ、得られたワニスをスピンコートにより塗布し、ホットプレートで80℃、20分間保持し、その後、窒素雰囲気下、熱風乾燥機中430℃で60分間加熱し溶媒を蒸発させ、ポリイミドフィルムを得た。フィルムの物性及び評価結果を表1に示す。
ステンレス製半月型撹拌翼、窒素導入管、冷却管を取り付けたディーンスターク、温度計、ガラス製エンドキャップを備えた500mLの5つ口丸底フラスコに、4-BAAB 6.848g(0.030モル)及びNMP 30.064gを投入し、窒素雰囲気下、系内温度70℃とし、回転数200rpmで撹拌して溶液を得た。
この溶液に、BPAF 9.169g(0.020モル)及びNMP 10.000gを一括で添加した後、イミド化触媒としてTEA 0.101g、及びNMP 5.000gを投入し、マントルヒーターで加熱し、約20分間かけて反応系内温度を190℃まで上げた。留去される成分を捕集しつつ、反応系内温度を190℃に保持して1時間還流した。その後、NMPを89.468g添加して、反応系内温度を50℃まで冷却し、イミド繰り返し構造単位を有するオリゴマーを含む溶液を得た。
得られた溶液に、s-BPDA 23.538g(0.080モル)、4-BAAB 15.978g(0.070モル)及びNMP 30.000gを一括で添加し、50℃で5時間撹拌した。その後、固形分濃度が約15質量%になるようにNMPを添加し均一化させることで、イミド繰り返し構造単位とアミド酸繰り返し構造単位とを有する共重合体(イミド-アミド酸共重合体)を含むワニスを得た。
続いてガラス板上へ、得られたワニスをスピンコートにより塗布し、ホットプレートで80℃、20分間保持し、その後、窒素雰囲気下、熱風乾燥機中430℃で60分間加熱し溶媒を蒸発させ、ポリイミドフィルムを得た。フィルムの物性及び評価結果を表1に示す。
〈実施例2〉
BPAF 9.169g(0.020モル)を6FDA 8.885g(0.020モル)に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、固形分濃度約15質量%のポリイミドワニスを得た。
得られたワニスを用いて、実施例1と同様の方法によりポリイミドフィルムを得た。フィルムの物性及び評価結果を表1に示す。
BPAF 9.169g(0.020モル)を6FDA 8.885g(0.020モル)に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、固形分濃度約15質量%のポリイミドワニスを得た。
得られたワニスを用いて、実施例1と同様の方法によりポリイミドフィルムを得た。フィルムの物性及び評価結果を表1に示す。
〈実施例3〉
BPAF 9.169g(0.020モル)をBPAF 13.7529g(0.030モル)に変更し、4-BAAB 6.848g(0.030モル)をABHQ 13.934g(0.040モル)に変更し、s-BPDA 23.538g(0.080モル)をs-BPDA 20.5954g(0.070モル)に変更し、4-BAAB 15.978g(0.070モル)をABHQ 20.902g(0.060モル)に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、固形分濃度約15質量%のポリイミドワニスを得た。
得られたワニスを用いて、実施例1と同様の方法によりポリイミドフィルムを得た。フィルムの物性及び評価結果を表1に示す。
BPAF 9.169g(0.020モル)をBPAF 13.7529g(0.030モル)に変更し、4-BAAB 6.848g(0.030モル)をABHQ 13.934g(0.040モル)に変更し、s-BPDA 23.538g(0.080モル)をs-BPDA 20.5954g(0.070モル)に変更し、4-BAAB 15.978g(0.070モル)をABHQ 20.902g(0.060モル)に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、固形分濃度約15質量%のポリイミドワニスを得た。
得られたワニスを用いて、実施例1と同様の方法によりポリイミドフィルムを得た。フィルムの物性及び評価結果を表1に示す。
〈実施例4〉
4-BAAB 6.848g(0.030モル)をABHQ 10.451g(0.030モル)に変更し、4-BAAB 15.978g(0.070モル)をABHQ 24.385g(0.070モル)に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、固形分濃度約15質量%のポリイミドワニスを得た。
得られたワニスを用いて、実施例1と同様の方法によりポリイミドフィルムを得た。フィルムの物性及び評価結果を表1に示す。
4-BAAB 6.848g(0.030モル)をABHQ 10.451g(0.030モル)に変更し、4-BAAB 15.978g(0.070モル)をABHQ 24.385g(0.070モル)に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、固形分濃度約15質量%のポリイミドワニスを得た。
得られたワニスを用いて、実施例1と同様の方法によりポリイミドフィルムを得た。フィルムの物性及び評価結果を表1に示す。
〈比較例1〉
4-BAAB 6.848g(0.030モル)をTFMB 9.607g(0.030モル)に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、固形分濃度約15質量%のポリイミドワニスを得た。
得られたワニスを用いて、実施例1と同様の方法によりポリイミドフィルムを得た。フィルムの物性及び評価結果を表1に示す。
4-BAAB 6.848g(0.030モル)をTFMB 9.607g(0.030モル)に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、固形分濃度約15質量%のポリイミドワニスを得た。
得られたワニスを用いて、実施例1と同様の方法によりポリイミドフィルムを得た。フィルムの物性及び評価結果を表1に示す。
〈比較例2〉
ステンレス製半月型撹拌翼、窒素導入管、冷却管を取り付けたディーンスターク、温度計、ガラス製エンドキャップを備えた500mLの5つ口丸底フラスコに、4-BAAB 22.825g(0.100モル)及びNMP 133.275gを投入し、窒素雰囲気下、系内温度50℃とし、回転数200rpmで撹拌して溶液を得た。
この溶液に、BPAF 9.169g(0.020モル)、s-BPDA 23.538g(0.080モル)及びNMP 33.319gを一括で添加し室温(25℃)で5時間撹拌した。
その後、固形分濃度が約15質量%となるようにNMPを148.083g添加し、更に約1時間撹拌して均一化して、アミド酸繰り返し構造単位のみを有するポリアミド酸(PAA)ワニスを得た。
得られたワニスを用いて、実施例1と同様の方法によりポリイミドフィルムを得た。フィルムの物性及び評価結果を表1に示す。
ステンレス製半月型撹拌翼、窒素導入管、冷却管を取り付けたディーンスターク、温度計、ガラス製エンドキャップを備えた500mLの5つ口丸底フラスコに、4-BAAB 22.825g(0.100モル)及びNMP 133.275gを投入し、窒素雰囲気下、系内温度50℃とし、回転数200rpmで撹拌して溶液を得た。
この溶液に、BPAF 9.169g(0.020モル)、s-BPDA 23.538g(0.080モル)及びNMP 33.319gを一括で添加し室温(25℃)で5時間撹拌した。
その後、固形分濃度が約15質量%となるようにNMPを148.083g添加し、更に約1時間撹拌して均一化して、アミド酸繰り返し構造単位のみを有するポリアミド酸(PAA)ワニスを得た。
得られたワニスを用いて、実施例1と同様の方法によりポリイミドフィルムを得た。フィルムの物性及び評価結果を表1に示す。
表1に示すように、特定のイミド繰り返し構造単位及びアミド酸繰り返し構造単位を有する実施例のイミド-アミド酸共重合体から得られたポリイミドフィルムは、線膨張係数が低く、耐熱性にも優れていることがわかる。
更に特定のイミド繰り返し構造単位及びアミド酸繰り返し構造単位を有する実施例1~4のイミド-アミド酸共重合体から得られたポリイミドフィルム、及びそのフィルムと無機膜の積層体は繰り返し熱処理を行った際の耐熱性が特に優れているものであった。
一方、比較例1のイミド-アミド酸共重合体から得られたポリイミドフィルムは、ポリイミドフィルムの耐熱性評価及び積層体の耐熱性評価のいずれにおいても熱処理を行った際、更に著しい黄色度の変化が見られた。
また、実施例1と比較例2はポリイミドフィルムを構成する原料組成は同じであるが、ポリアミド酸から得られた比較例2のポリイミドフィルムは、実施例1のポリイミドフィルムに比べガラス転移温度が低く、線膨張係数も大きいため、耐熱性に劣るものであった。
更に特定のイミド繰り返し構造単位及びアミド酸繰り返し構造単位を有する実施例1~4のイミド-アミド酸共重合体から得られたポリイミドフィルム、及びそのフィルムと無機膜の積層体は繰り返し熱処理を行った際の耐熱性が特に優れているものであった。
一方、比較例1のイミド-アミド酸共重合体から得られたポリイミドフィルムは、ポリイミドフィルムの耐熱性評価及び積層体の耐熱性評価のいずれにおいても熱処理を行った際、更に著しい黄色度の変化が見られた。
また、実施例1と比較例2はポリイミドフィルムを構成する原料組成は同じであるが、ポリアミド酸から得られた比較例2のポリイミドフィルムは、実施例1のポリイミドフィルムに比べガラス転移温度が低く、線膨張係数も大きいため、耐熱性に劣るものであった。
Claims (16)
- 下記式(1)で表される繰り返し単位と、下記式(2)で表される繰り返し単位を含み、式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位のモル比〔(1)/(2)〕が、5/95~60/40である、イミド-アミド酸共重合体。
(式(1)中、A1は炭素数4~39の4価の芳香族基又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族基であって、結合基として-O-、-SO2-、-CO-、-CH2-、-C(CH3)2-、-C2H4O-及び-S-からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよく、B1は上記一般式(3)で表される基である。
式(2)中、A2は炭素数4~39の4価の芳香族基であって、結合基として-O-、-SO2-、-CO-、-CH2-、-C(CH3)2-、-C2H4O-、-OCO-、-COO-、-NHCO-、-CONH-、及び-S-からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよく、B2は上記一般式(3)で表される基であり、X1、X2はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1~6のアルキル基、又は炭素数3~9のアルキルシリル基である。
式(3)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。) - 重量平均分子量が10,000以上、300,000以下である、請求項1に記載のイミド-アミド酸共重合体。
- イミド繰り返し構造単位とアミド酸繰り返し構造単位とを有し、
イミド繰り返し構造単位が、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A1A及びジアミンに由来する構成単位B1Bを有し、
アミド酸繰り返し構造単位が、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A2A、ジアミンに由来する構成単位B2Bを有し、
構成単位A1Aが、芳香族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位又はノルボルナン骨格を持つ脂肪族テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を含み、
構成単位A2Aが、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み、
構成単位B1B及びB2Bが、下記一般式(b11)で表されるジアミンに由来する構成単位(B11)を含む、請求項1~4のいずれか1つに記載のイミド-アミド酸共重合体。
(式(b11)中、Y1、Y2はそれぞれ独立して、-COO-で表される基、又は-OCO-で表される基を示す。R1、R2、R3はそれぞれ独立して、炭素数1~20の有機基を表す。h、i、j、kは0~4の整数である。) - 請求項1~7のいずれか1つに記載の共重合体が有機溶媒に溶解してなる、ワニス。
- 請求項1~7のいずれか1つに記載の共重合体中のアミド酸部位をイミド化してなるポリイミド樹脂を含む、ポリイミドフィルム。
- 前記ポリイミドフィルムのガラス転移温度が430℃以上である、請求項9に記載のポリイミドフィルム。
- 430℃、1時間の熱処理を2回行った後の黄色度YI1と初期の黄色度YI0が下記式(8)を満たす、請求項9又は10に記載のポリイミドフィルム。
ΔYI=YI1-YI0≦20 (8) - 請求項9~11のいずれか1つに記載のポリイミドフィルムと、少なくとも1種以上の無機層からなる、積層体。
- 430℃、1時間の熱処理を2回行った後の黄色度YI1と初期の黄色度YI0が下記式(8)を満たす、請求項12に記載の積層体。
ΔYI=YI1-YI0≦20 (8) - 請求項1~7のいずれか1つに記載の共重合体を製造する製造方法であって、下記工程1及び工程2を有する、イミド-アミド酸共重合体の製造方法。
工程1:イミド部分を構成するテトラカルボン酸成分と、ジアミン成分とを反応させ、イミドオリゴマーを得る工程
工程2:工程1で得られたイミドオリゴマーと、アミド酸部分を構成するテトラカルボン酸成分およびジアミン成分を反応させ、イミド部分とアミド酸部分とからなる繰り返し単位を含むイミド-アミド酸共重合体を得る工程 - 工程1で得られるイミドオリゴマーが分子鎖の主鎖の両末端にアミノ基を有する、請求項14に記載のイミド-アミド酸共重合体の製造方法。
- 工程1において、テトラカルボン酸成分に対するジアミン成分のモル比(ジアミン/テトラカルボン酸)が、1.01~2である、請求項14又は15に記載のイミド-アミド酸共重合体の製造方法。
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