ポリアミック酸およびポリイミドフィルム
【課題】高光透過性、高耐熱性、高靭性かつ低吸水率で、フレキシブルなポリイミドフィルムおよびこの原料となるポリアミック酸を提供すること。
【解決手段】式［１］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有し、数平均分子量が５０００以上であるポリアミック酸、および式［３］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有するポリイミドフィルム。
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
【解決手段】式［１］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有し、数平均分子量が５０００以上であるポリアミック酸、および式［３］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有するポリイミドフィルム。
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリアミック酸およびポリイミドフィルムに関し、さらに詳述すると、脂環式構造を有し、例えば、電子材料用として好適なフレキシブルポリイミドフィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種電子デバイスにおける電気絶縁膜、有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと略記する）ディスプレー用基板、液晶ディスプレー用基板、電子ペーパー用基板および太陽電池用基板には、ガラスが用いられてきた。
しかし、最近、それらの装置の大画面化に伴ってガラス基板を用いることによる重量増大化の問題や、携帯電話、電子手帳、ラップトップ型パソコン等の携帯情報端末などの移動型情報通信機器用表示装置の薄膜化に伴ってガラス基板の破損の問題などが深刻になってきている。
【０００３】
そこで、より軽量かつ柔軟であるとともに、耐衝撃性を有し、成型加工も容易なプラスチック基板の採用が求められている。
透明で柔軟かつ強靭なプラスチック基板は、曲げたり丸めたりして収納可能なフレキシブル表示パネルの実現を可能にする。
有機ＥＬディスプレー用基板分野では、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を使用した例が知られている（特許文献１）。ＰＥＮの耐熱温度は１５０℃であり、低温成膜が必要になるが、未だその実用的な製造法確立までには至っていない。
【０００４】
ところで、ポリイミド樹脂は、高い機械的強度、耐熱性、絶縁性、耐溶剤性を有しているため、液晶表示素子や半導体における保護材料、絶縁材料、カラーフィルタなどの電子材料用薄膜として広く用いられている。
しかし、従来の全芳香族ポリイミド樹脂においては、濃い琥珀色を呈して着色するため、高い透明性が要求される電子デバイス分野の厚膜においては問題が生じる。
透明性を実現する一つの方法として、脂環式テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとの重縮合反応によりポリイミド前駆体を得て、当該前駆体をイミド化してポリイミドを製造すれば、比較的着色が少なく、高透明性のポリイミドが得られることが知られている（特許文献２）。
【０００５】
しかし、式［５］で表される３，５，６−トリカルボキシ−２−カルボキシメチルノルボルナン−２：３，５：６−二無水物（以下、ＮＤＡと略記する）と、式［６］で表される置換ビス（アミノフェノキシ）ベンゼン化合物（以下、ＢＡＰＢと略記する）との重縮合により得られるＮＤＡ−ＢＡＰＢポリイミドは、特許文献２に具体的に記載がないため、その物性は未知であり、また、その用途面において、どのような特性を発揮するかも知られていなかった。
【０００６】
【化１】
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数２〜２０のアルケニル基、炭素数１〜２０のアルコキル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−７３６３６号公報
【特許文献２】特公平２−２４２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高光透過性、高耐熱性、高靭性かつ低吸水率で、フレキシブルなポリイミドフィルムおよびこの原料となるポリアミック酸を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、多くの脂環式テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物との組み合わせで得られるポリイミドフィルムの中から、その透明性、機械的強度、耐熱性、低吸水性、柔軟性、フィルム表面の平滑性等を兼ね備えたモノマーとして、上述したＮＤＡとＢＡＰＢの組み合わせが優れていることを見出した。
すなわち、上記式［５］で表されるＮＤＡと、式［６］で表されるＢＡＰＢとの重縮合およびイミド化によって得られるＮＤＡ−ＢＡＰＢポリイミドを含むフィルムが、高光透過性、高耐熱性、高靭性かつ低吸水率で、フレキシブルであることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明は、
１． 式［１］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有し、数平均分子量が５０００以上であることを特徴とするポリアミック酸、
【化２】
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
２． 式［２］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有し、数平均分子量が５０００以上である１のポリアミック酸、
【化３】
（式中、ｎは、前記と同じ意味を表す。）
３． 式［３］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有することを特徴とするポリイミドフィルム、
【化４】
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
４． 式［４］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有する３のポリイミドフィルム、
【化５】
（式中、ｎは、前記と同じ意味を表す。）
５． １または２のポリアミック酸を基材上に流延した後、１〜１０００Ｐａの減圧下で、５０〜１００℃で１〜５時間予備焼成した後、１００℃超〜１６０℃で１〜５時間、次いで１６０℃超〜２００℃で１〜５時間、さらに２００℃超〜３００℃で１〜５時間焼成することを特徴とする３または４のポリイミドフィルムの製造法、
６． 式［３］または式［４］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有するポリイミドの有機溶媒溶液を基材上に流延した後、１〜１０００Ｐａの減圧下で、５０〜１００℃で１〜５時間予備焼成した後、１００℃超〜１６０℃で１〜５時間、次いで１６０℃超〜２００℃で１〜５時間、さらに２００℃超〜３００℃で１〜５時間焼成することを特徴とするポリイミドフィルムの製造法
【化６】
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のポリイミドフィルムは、高光透過性、高耐熱性、高靭性かつ低吸水率で、フレキシブルであるため、電気・電子部品分野で使用されているガラス基板に代替し得る、柔軟性を有する基板として好適に用いることができる。
このポリイミドフィルムは、電気絶縁膜、有機ＥＬディスプレー用基板、液晶ディスプレー用基板、電子ペーパー用基板、太陽電池用基板等として好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
上記式［１］および［３］において、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
炭素数１〜１０のアルキル基は、直鎖、分岐のいずれでもよく、その具体例としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｉ−ブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｉ−アミル、ｔ−アミル、ｎｅｏ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル基等が挙げられる。
【００１３】
炭素数２〜５のアルケニル基としては、例えば、ビニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル基等が挙げられる。
炭素数１〜５のアルコキシル基としては、例えば、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキシ、ｉ−プロポキシ、ｎ−ブトキシ、ｓ−ブトキシ、ｔ−ブトキシ、ｎ−ペントキシ基等が挙げられる。
炭素数３〜７のシクロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル基等が挙げられる。
なお、以上において、ｎはノルマルを、ｉはイソを、ｓはセカンダリーを、ｔはターシャリーをそれぞれ表す。
【００１４】
本発明において、ポリアミック酸およびポリイミドの数平均分子量は、フィルムにした場合の柔軟性等を考慮すると、少なくとも５０００が好ましく、６０００〜１０００００がより好ましい。
このため、上記式［１］〜［４］におけるｎはポリイミド（ポリアミック酸）の数平均分子量が５０００以上となる整数が好ましい。具体的には８〜１８０が好ましく、特に１０〜１００が好適である。
【００１５】
本発明のポリアミック酸（ポリイミドフィルム）は、それぞれ上記式で表される繰り返し構造を１０モル％以上含有すればよいが、特に、高い耐熱性および透明性を有し、柔軟性に優れたポリイミドフィルムとするためには、上記構造を５０モル％以上含有することが好ましく、７０モル％以上含有することがより好ましく、９０モル％以上含有することが最適である。
【００１６】
上記式［１］および［２］で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸は、上述したように、式［５］で表されるＮＤＡと、式［６］で表されるＢＡＰＢとの重縮合により合成できる。
本発明において、ＢＡＰＢとしては、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン（以下、ＤＡ４Ｐと略記する）、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノ−３−メチルフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−メチルベンゼン、３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−デシルベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−エイコシルベンゼン、３−ビス（４−アミノ−３−ドデシルフェノキシ）−５−ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−シアノベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−クロロベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−デシルベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−メトキシベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−ビニルベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−アリルベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−カルボキシベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−シクロプロピルベンゼン、３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−シクロヘキシルベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノ−４−メチルフェノキシ）ベンゼン、３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−メチルベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−デシルベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−エイコシルベンゼン、３−ビス（３−アミノ−４−ドデシルフェノキシ）−５−ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−シアノベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−クロロベンゼン、３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−デシルベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−メトキシベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−ビニルベンゼン、１，３−ビス（３−ミノフェノキシ）−５−アリルベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−カルボキシベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−シクロプロピルベンゼン、３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−シクロヘキシルベンゼン等が挙られる。これらの中でも、得られるフィルム物性面からＤＡ４Ｐが好ましい。
【００１７】
なお、本発明のポリアミック酸およびポリイミドフィルムでは、上述した式［１］〜［４］のいずれかの繰り返し単位が１０モル%以上含まれるとともに、得られるポリイミドフィルムの物性に影響を与えない限りにおいて、上記ＮＤＡ以外の通常のポリイミドの合成に使用されるテトラカルボン酸化合物およびその誘導体を同時に用いてもよい。
【００１８】
その具体例としては、１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸、２，３，４，５−テトラヒドロフランテトラカルボン酸、１，２，４，５−シクロヘキサン酸、３，４−ジカルボキシ−１−シクロヘキシルコハク酸、３，４−ジカルボキシ−１，２，３，４−テトラヒドロ−１−ナフタレンコハク酸、ビシクロ［３．３．０］オクタン−２，４，６，８−テトラカルボン酸などの脂環式テトラカルボン酸、およびこれら二無水物並びにこれらのジカルボン酸ジ酸ハロゲン化物などが挙げられる。
また、ピロメリット酸、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸、２，３，６，７−アントラセンテトラカルボン酸、１，２，５，６−アントラセンテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、２，３，３’，４−ビフェニルテトラカルボン酸、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ジメチルシラン、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ジフェニルシラン、２，３，４，５−ピリジンテトラカルボン酸、２，６−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ピリジンなどの芳香族テトラカルボン酸およびこれらの酸二無水物、並びにこれらのジカルボン酸ジ酸ハロゲン化物なども挙げられる。なお、これらのテトラカルボン酸化合物は、１種単独で用いても、２種以上混合して用いてもよい。
【００１９】
一方、ジアミンとしても、上述した式［１］〜［４］のいずれかの繰り返し単位が１０モル％以上含まれるとともに、得られるポリイミドフィルムの物性に影響を与えない限りにおいて、上記ＢＡＰＢ以外のその他のジアミン化合物を用いてもよい。
その具体例としては、ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、２，５−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエン、４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジメチル −４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジメトキシ −４，４’−ジアミノビフェニル、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルエーテル、２，２’−ジアミノジフェニルプロパン、ビス（３，５−ジエチル−４−アミノフェニル）メタン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノベンゾフェノン、ジアミノナフタレン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェニル）ベンゼン、９，１０−ビス（４−アミノフェニル）アントラセン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ジフェニルスルホン、２，２−ビス[４−（４−アミノフェノキシ）フェニル]プロパン、２，２’−トリフルオロメチル−４，４’−ジアミノビフェニル等の芳香族ジアミン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ビス（４−アミノ−３−メチルシクロヘキシル）メタン、４，４’−メチレンビス（２−メチルシクロヘキシルアミン）等の脂環式ジアミン化合物およびテトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン化合物等が挙げられ、これらのジアミン化合物は、１種単独で、または２種以上を混合して使用することができる。
【００２０】
本発明のポリアミック酸を合成する際の全テトラカルボン酸二無水物化合物のモル数と全ジアミン化合物のモル数との比はカルボン酸化合物／ジアミン化合物＝０．８〜１．２であることが好ましい。通常の重縮合反応と同様に、このモル比が１に近いほど生成する重合体の重合度は大きくなる。重合度が小さすぎるとポリイミド塗膜の強度が不十分となり、また重合度が大きすぎるとポリイミド塗膜形成時の作業性が悪くなる場合がある。
したがって、本反応における生成物の重合度は、ポリアミック酸溶液の還元粘度換算で、０．０５〜５．０ｄｌ／ｇ（３０℃のＮ−メチル−２−ピロリドン中、濃度０．５ｇ／ｄｌ）が好ましい。
【００２１】
本発明のポリアミック酸合成に用いられる溶媒としては、例えば、ｍ−クレゾール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ−メチルカプトラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルホスホルアミド、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。これらは、単独で使用しても、混合して使用してもよい。さらに、ポリアミック酸を溶解しない溶媒であっても、均一な溶液が得られる範囲内で上記溶媒に加えて使用してもよい。
重縮合反応の温度は、−２０〜１５０℃、好ましくは−５〜１００℃の任意の温度を選択することができる。
【００２２】
本発明のポリイミドは、以上のようにして合成したポリアミック酸を、加熱により脱水閉環（熱イミド化）して得ることができる。なお、この際、ポリアミック酸を溶媒中でイミドに転化させ、溶剤可溶性のポリイミドとして用いることも可能である。
また、公知の脱水閉環触媒を使用して化学的に閉環する方法も採用することができる。
加熱による方法は、１００〜３００℃、好ましくは１２０〜２５０℃の任意の温度で行うことができる。
化学的に閉環する方法は、例えば、ピリジンやトリエチルアミンなどと、無水酢酸などとの存在下で行うことができ、この際の温度は、−２０〜２００℃の任意の温度を選択することができる。
【００２３】
このようにして得られたポリイミド溶液は、そのまま使用することもでき、また、メタノール、エタノールなどの貧溶媒を加えて沈殿させ、これを単離したポリイミドを粉末として、あるいはそのポリイミド粉末を適当な溶媒に再溶解させて使用することができる。
再溶解用溶媒は、得られたポリイミドを溶解させるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ｍ−クレゾール、２−ピロリドン、ＮＭＰ、Ｎ−エチル−２−ピロリドン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、ＤＭＡｃ、ＤＭＦ、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。
【００２４】
また、単独ではポリイミドを溶解しない溶媒であっても、溶解性を損なわない範囲であれば上記溶媒に加えて使用することができる。その具体例としては、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、１−メトキシ−２−プロパノール、１−エトキシ−２−プロパノール、１−ブトキシ−２−プロパノール、１−フェノキシ−２−プロパノール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコール−１−モノメチルエーテル−２−アセテート、プロピレングリコール−１−モノエチルエーテル−２−アセテート、ジプロピレングリコール、２−（２−エトキシプロポキシ）プロパノール、乳酸メチルエステル、乳酸エチルエステル、乳酸ｎ−プロピルエステル、乳酸ｎ−ブチルエステル、乳酸イソアミルエステルなどが挙げられる。
【００２５】
本発明のポリイミドフィルムは、重合で得られたポリアミック酸溶液やこれを化学イミド化した後再沈殿させて得られたポリイミドの有機溶媒溶液を、ガラス板等の基材上に塗布し、溶媒を蒸発させることにより作製することができる。
その際、１〜１０００Ｐａの減圧下で、５０〜１００℃で１〜５時間予備焼成した後、１００℃超〜１６０℃で１〜５時間、次いで１６０℃超〜２００℃で１〜５時間、さらに２００℃超〜３００℃で１〜５時間焼成する多段階昇温法を採用することにより、着色性が少なく均一な表面平滑性の高いポリイミドフィルムを作製することができる。
【００２６】
このようにして作製された本発明のポリイミドフィルムは、膜厚５０〜５００μｍ、４００ｎｍでの光透過率８０％以上、１０％重量減少温度３００℃以上、吸水率１％以下、ヤング率２．０ＧＰａ以上、最大伸率５％以上の高透明性、高機械的強度、高耐熱性、低吸水性、かつ、柔軟性を兼ね備えたものである。
このポリイミドフィルムは、各種電子デバイスにおける電気絶縁膜、有機ＥＬディスプレー用基板、液晶ディスプレー用基板、電子ペーパー用基板、太陽電池用基板として用いることができる。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。実施例における各物性の測定装置は以下のとおりである。
［１］分子量
装置：常温ＧＰＣ測定装置（ＳＳＣ−７２００，（株）センシュー科学製）
溶離液：ＤＭＦ
［２］ＴＧ／ＤＴＡ（示差熱熱量同時測定装置）
装置：Ｔｈｅｒｍｏｐｌｕｓ ＴＧ８１２０（（株）理学電機製）
［３］ＦＴ−ＩＲ
装置：ＮＩＣＯＬＥＴ ５７００（Ｔｈｅｒｍｏ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）
［４］膜厚
測定器：マイクロメーター（（株）サントップ製）
［５］ＵＶ−Ｖｉｓスペクトル
装置：ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＳＰＥＣＴＲＯＰＨＯＴＯＭＥＴＥＲ（自記分光光度計）（（株）島津製作所製）
［６］有限会社テストロニクス測定
（１）最大応力（２）耐力（３）ヤング率（４）破断荷重（５）最大伸び率
フィルム寸法Ｗ×ｔ（ｍｍ）：１０．２×０．１４４
断面積（ｍｍ2）：１．４６８８
【００２８】
〈ＮＤＡ−ＤＡ４Ｐポリアミック酸およびそのポリイミドの製造、ポリイミドフィルムの作製〉
［実施例１］
【化７】
【００２９】
２５℃の水浴中に設置した攪拌機付き５０ｍＬ四つ口反応フラスコに、ＤＡ４Ｐ１．９６ｇ（７ｍｍｏｌ）およびＮＭＰ１５．０ｇを仕込み溶解させた。続いて、その溶液を攪拌中に、ＮＤＡ１．７５ｇ（７ｍｍｏｌ）を溶解させながら添加した。さらに、２５℃で２７時間攪拌して重合反応を行い、固形分２０質量％のポリアミック酸溶液を得た。
この溶液にＤＭＦを加えて固形分５質量％に調整し、ＧＰＣ法により分子量を測定した結果、数平均分子量（Ｍｎ）は１２，４４９で、重量平均分子量（Ｍｗ）は１３，０１６であり、Ｍｗ／Ｍｎは１．０５であった。
【００３０】
この溶液を７５ｍｍ×１００ｍｍのガラス板上に流延した後、減圧乾燥機に入れ、８０℃／２時間、１２０℃／２時間、１８０℃／２時間および２４０℃／２時間の段階的焼成を行った。その後、フィルム付ガラス基板を８０℃の湯浴に５時間浸漬し、ガラス板からフィルムを剥がした。剥離したフィルムを再び減圧乾燥機に入れ、減圧下で１４０℃／２時間乾燥した。
得られたフィルムの赤外吸収スペクトルから１７０５．４８ｃｍ-1（５員環イミド）を確認し、イミド化率を算出したところ、９６％であった。また、諸物性値は以下のとおりであった。
【００３１】
膜厚：１４４μｍ
光透過率（４００ｎｍ）：８１％
最大応力（ｋｇ／ｍｍ2）：７．１７
耐力（ｋｇ／ｍｍ2）：５．００
ヤング率（ＧＰａ）：２．１４
破断荷重（ｋｇｆ）：９．９７７
最大伸び率（％）：５．４３
ガラス転移点：なし
１０％重量減量温度（℃）：３９３
吸水率（％）：０．４
【００３２】
［実施例２］
２５℃の水浴中に設置した攪拌機付き５０ｍＬ四つ口反応フラスコに、ＤＡ４Ｐ１．６７ｇ（６ｍｍｏｌ）およびＮＭＰ１８．０ｇを仕込み溶解させた。続いて、その溶液を攪拌中にＮＤＡ１．５０ｇ（６ｍｍｏｌ）を溶解させながら添加した。さらに、２７℃で３２時間攪拌して重合反応を行い、固形分１５質量％のポリアミック酸溶液を得た。
この溶液を１２ｃｍ×８ｃｍのガラス板上に流延した後、減圧乾燥機に入れ、１０Ｐａの減圧下で８０℃／２時間、１２０℃／２時間、１８０℃／２時間および２４０℃／２時間の段階的焼成を行った。さらに、フィルム付きガラス基板を８０℃の湯浴に５時間浸漬し、ガラス板からフィルムを剥がした。剥離したフィルムを再び減圧乾燥機に入れ、減圧下で１００℃／２時間乾燥し、フレキシブルフィルムを得た。その諸物性値は以下のとおりであった。
膜厚：８３μｍ
光透過率（４００ｎｍ）：８４％
【００３３】
［実施例３］
２５℃の水浴中に設置した攪拌機付き５０ｍＬ四つ口反応フラスコに、ＤＡ４Ｐ１．９１ｇ（６．８８ｍｍｏｌ）およびＮＭＰ１４．６ｇを仕込み溶解させた。続いて、その溶液を攪拌中にＮＤＡ１．７１ｇ（７ｍｍｏｌ）を溶解させながら添加した。さらに、３５℃で４時間、２４℃で１５時間更に３０℃で６時間攪拌して重合反応を行い、固形分２０質量％のポリアミック酸溶液を得た。
この溶液を１２ｃｍ×８ｃｍのガラス板上に流延した後、減圧乾燥機に入れ、１０Ｐａの減圧下で１００℃／２時間、１５０℃／２時間および２４０℃／５時間の段階的焼成を行った。さらに、フィルム付きガラス基板を８０℃の湯浴に５時間浸漬し、ガラス板からフィルムを剥がした。剥離したフィルムを再び減圧乾燥機に入れ、減圧下で１００℃／２時間乾燥し、フレキシブルフィルムを得た。その諸物性値は以下のとおりであった。
膜厚：１４０μｍ
光透過率（４００ｎｍ）：８１％
１０％重量減量温度（℃）：３９４
【００３４】
［実施例４］（化学イミド化例）
１５℃の水浴中に設置した攪拌機付き５０ｍＬ四つ口反応フラスコに、ＤＡ４Ｐ０．８４ｇ（３ｍｍｏｌ）およびＮＭＰ９．０ｇを仕込み溶解させた。続いて、その溶液を攪拌中に、ＮＤＡ０．７５ｇ（３ｍｍｏｌ）を溶解させながら添加した。さらに、１５℃で２４時間攪拌して重合反応を行い、固形分１５質量％のポリアミック酸溶液を得た。
続いて、この溶液にＮＭＰ２１．２ｇを加えて固形分５質量％にした後、２０℃で攪拌下に無水酢酸０．９１８ｇ（９ｍｍｏｌ）とピリジン１．１８ｇ（１５ｍｍｏｌ）を添加した。さらに、１１０℃で２時間攪拌した後、１５℃まで冷却してから攪拌下のメタノール１２０ｍｌ中に注ぎ、沈殿物を生成させた。そのまま２時間攪拌してから濾過し、メタノール５０ｍｌで３回洗浄した後、７０℃で３時間乾燥し、白色粉体１．３０ｇを得た（収率８７．８％）。
この粉体をＤＭＦに加えて固形分０．５質量％に調整し、ＧＰＣ法により分子量を測定した結果、数平均分子量（Ｍｎ）は８，１５６、重量平均分子量（Ｍｗ）は１９，３５２であり、Ｍｗ／Ｍｎは２．３７であった。
この粉体の赤外吸収スペクトルから１７０５．４８ｃｍ-1（５員環イミド）を確認し、イミド化率を算出したところ、９２％であった。
この白色粉体を、ＤＭＡｃに溶解し、固形分１５質量％溶液として、１２ｃｍ×８ｃｍのガラス板上に流延した後、減圧乾燥機に入れ、１０Ｐａの減圧下で８０℃／２時間、１４０℃／２時間、２００℃／２時間および２４０℃／２時間の段階的焼成を行った。さらに、フィルム付きガラス基板を８０℃の湯浴に５時間浸漬し、ガラス板からフィルムを剥がした。剥離したフィルムを再び減圧乾燥機に入れ、減圧下で１００℃／２時間乾燥し、フレキシブルフィルムを得た。その諸物性値は以下のとおりであった。
膜厚：１０５μｍ
光透過率（４００ｎｍ）：８７％
【００３５】
以上の諸物性値から、実施例１〜４で得られたＮＤＡ−ＤＡ４Ｐポリイミドフィルムは、高透明性、高耐熱性、低吸水性、高機械的強度および柔軟性を兼ね備えたフレキシブルなフィルムであることが確認された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリアミック酸およびポリイミドフィルムに関し、さらに詳述すると、脂環式構造を有し、例えば、電子材料用として好適なフレキシブルポリイミドフィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種電子デバイスにおける電気絶縁膜、有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと略記する）ディスプレー用基板、液晶ディスプレー用基板、電子ペーパー用基板および太陽電池用基板には、ガラスが用いられてきた。
しかし、最近、それらの装置の大画面化に伴ってガラス基板を用いることによる重量増大化の問題や、携帯電話、電子手帳、ラップトップ型パソコン等の携帯情報端末などの移動型情報通信機器用表示装置の薄膜化に伴ってガラス基板の破損の問題などが深刻になってきている。
【０００３】
そこで、より軽量かつ柔軟であるとともに、耐衝撃性を有し、成型加工も容易なプラスチック基板の採用が求められている。
透明で柔軟かつ強靭なプラスチック基板は、曲げたり丸めたりして収納可能なフレキシブル表示パネルの実現を可能にする。
有機ＥＬディスプレー用基板分野では、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を使用した例が知られている（特許文献１）。ＰＥＮの耐熱温度は１５０℃であり、低温成膜が必要になるが、未だその実用的な製造法確立までには至っていない。
【０００４】
ところで、ポリイミド樹脂は、高い機械的強度、耐熱性、絶縁性、耐溶剤性を有しているため、液晶表示素子や半導体における保護材料、絶縁材料、カラーフィルタなどの電子材料用薄膜として広く用いられている。
しかし、従来の全芳香族ポリイミド樹脂においては、濃い琥珀色を呈して着色するため、高い透明性が要求される電子デバイス分野の厚膜においては問題が生じる。
透明性を実現する一つの方法として、脂環式テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとの重縮合反応によりポリイミド前駆体を得て、当該前駆体をイミド化してポリイミドを製造すれば、比較的着色が少なく、高透明性のポリイミドが得られることが知られている（特許文献２）。
【０００５】
しかし、式［５］で表される３，５，６−トリカルボキシ−２−カルボキシメチルノルボルナン−２：３，５：６−二無水物（以下、ＮＤＡと略記する）と、式［６］で表される置換ビス（アミノフェノキシ）ベンゼン化合物（以下、ＢＡＰＢと略記する）との重縮合により得られるＮＤＡ−ＢＡＰＢポリイミドは、特許文献２に具体的に記載がないため、その物性は未知であり、また、その用途面において、どのような特性を発揮するかも知られていなかった。
【０００６】
【化１】
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数２〜２０のアルケニル基、炭素数１〜２０のアルコキル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−７３６３６号公報
【特許文献２】特公平２−２４２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高光透過性、高耐熱性、高靭性かつ低吸水率で、フレキシブルなポリイミドフィルムおよびこの原料となるポリアミック酸を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、多くの脂環式テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物との組み合わせで得られるポリイミドフィルムの中から、その透明性、機械的強度、耐熱性、低吸水性、柔軟性、フィルム表面の平滑性等を兼ね備えたモノマーとして、上述したＮＤＡとＢＡＰＢの組み合わせが優れていることを見出した。
すなわち、上記式［５］で表されるＮＤＡと、式［６］で表されるＢＡＰＢとの重縮合およびイミド化によって得られるＮＤＡ−ＢＡＰＢポリイミドを含むフィルムが、高光透過性、高耐熱性、高靭性かつ低吸水率で、フレキシブルであることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明は、
１． 式［１］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有し、数平均分子量が５０００以上であることを特徴とするポリアミック酸、
【化２】
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
２． 式［２］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有し、数平均分子量が５０００以上である１のポリアミック酸、
【化３】
（式中、ｎは、前記と同じ意味を表す。）
３． 式［３］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有することを特徴とするポリイミドフィルム、
【化４】
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
４． 式［４］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有する３のポリイミドフィルム、
【化５】
（式中、ｎは、前記と同じ意味を表す。）
５． １または２のポリアミック酸を基材上に流延した後、１〜１０００Ｐａの減圧下で、５０〜１００℃で１〜５時間予備焼成した後、１００℃超〜１６０℃で１〜５時間、次いで１６０℃超〜２００℃で１〜５時間、さらに２００℃超〜３００℃で１〜５時間焼成することを特徴とする３または４のポリイミドフィルムの製造法、
６． 式［３］または式［４］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有するポリイミドの有機溶媒溶液を基材上に流延した後、１〜１０００Ｐａの減圧下で、５０〜１００℃で１〜５時間予備焼成した後、１００℃超〜１６０℃で１〜５時間、次いで１６０℃超〜２００℃で１〜５時間、さらに２００℃超〜３００℃で１〜５時間焼成することを特徴とするポリイミドフィルムの製造法
【化６】
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のポリイミドフィルムは、高光透過性、高耐熱性、高靭性かつ低吸水率で、フレキシブルであるため、電気・電子部品分野で使用されているガラス基板に代替し得る、柔軟性を有する基板として好適に用いることができる。
このポリイミドフィルムは、電気絶縁膜、有機ＥＬディスプレー用基板、液晶ディスプレー用基板、電子ペーパー用基板、太陽電池用基板等として好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
上記式［１］および［３］において、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
炭素数１〜１０のアルキル基は、直鎖、分岐のいずれでもよく、その具体例としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｉ−ブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｉ−アミル、ｔ−アミル、ｎｅｏ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル基等が挙げられる。
【００１３】
炭素数２〜５のアルケニル基としては、例えば、ビニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル基等が挙げられる。
炭素数１〜５のアルコキシル基としては、例えば、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキシ、ｉ−プロポキシ、ｎ−ブトキシ、ｓ−ブトキシ、ｔ−ブトキシ、ｎ−ペントキシ基等が挙げられる。
炭素数３〜７のシクロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル基等が挙げられる。
なお、以上において、ｎはノルマルを、ｉはイソを、ｓはセカンダリーを、ｔはターシャリーをそれぞれ表す。
【００１４】
本発明において、ポリアミック酸およびポリイミドの数平均分子量は、フィルムにした場合の柔軟性等を考慮すると、少なくとも５０００が好ましく、６０００〜１０００００がより好ましい。
このため、上記式［１］〜［４］におけるｎはポリイミド（ポリアミック酸）の数平均分子量が５０００以上となる整数が好ましい。具体的には８〜１８０が好ましく、特に１０〜１００が好適である。
【００１５】
本発明のポリアミック酸（ポリイミドフィルム）は、それぞれ上記式で表される繰り返し構造を１０モル％以上含有すればよいが、特に、高い耐熱性および透明性を有し、柔軟性に優れたポリイミドフィルムとするためには、上記構造を５０モル％以上含有することが好ましく、７０モル％以上含有することがより好ましく、９０モル％以上含有することが最適である。
【００１６】
上記式［１］および［２］で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸は、上述したように、式［５］で表されるＮＤＡと、式［６］で表されるＢＡＰＢとの重縮合により合成できる。
本発明において、ＢＡＰＢとしては、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン（以下、ＤＡ４Ｐと略記する）、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノ−３−メチルフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−メチルベンゼン、３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−デシルベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−エイコシルベンゼン、３−ビス（４−アミノ−３−ドデシルフェノキシ）−５−ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−シアノベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−クロロベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−デシルベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−メトキシベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−ビニルベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−アリルベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−カルボキシベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−シクロプロピルベンゼン、３−ビス（４−アミノフェノキシ）−５−シクロヘキシルベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノ−４−メチルフェノキシ）ベンゼン、３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−メチルベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−デシルベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−エイコシルベンゼン、３−ビス（３−アミノ−４−ドデシルフェノキシ）−５−ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−シアノベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−クロロベンゼン、３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−デシルベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−メトキシベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−ビニルベンゼン、１，３−ビス（３−ミノフェノキシ）−５−アリルベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−カルボキシベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−シクロプロピルベンゼン、３−ビス（３−アミノフェノキシ）−５−シクロヘキシルベンゼン等が挙られる。これらの中でも、得られるフィルム物性面からＤＡ４Ｐが好ましい。
【００１７】
なお、本発明のポリアミック酸およびポリイミドフィルムでは、上述した式［１］〜［４］のいずれかの繰り返し単位が１０モル%以上含まれるとともに、得られるポリイミドフィルムの物性に影響を与えない限りにおいて、上記ＮＤＡ以外の通常のポリイミドの合成に使用されるテトラカルボン酸化合物およびその誘導体を同時に用いてもよい。
【００１８】
その具体例としては、１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸、２，３，４，５−テトラヒドロフランテトラカルボン酸、１，２，４，５−シクロヘキサン酸、３，４−ジカルボキシ−１−シクロヘキシルコハク酸、３，４−ジカルボキシ−１，２，３，４−テトラヒドロ−１−ナフタレンコハク酸、ビシクロ［３．３．０］オクタン−２，４，６，８−テトラカルボン酸などの脂環式テトラカルボン酸、およびこれら二無水物並びにこれらのジカルボン酸ジ酸ハロゲン化物などが挙げられる。
また、ピロメリット酸、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸、２，３，６，７−アントラセンテトラカルボン酸、１，２，５，６−アントラセンテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、２，３，３’，４−ビフェニルテトラカルボン酸、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ジメチルシラン、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ジフェニルシラン、２，３，４，５−ピリジンテトラカルボン酸、２，６−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ピリジンなどの芳香族テトラカルボン酸およびこれらの酸二無水物、並びにこれらのジカルボン酸ジ酸ハロゲン化物なども挙げられる。なお、これらのテトラカルボン酸化合物は、１種単独で用いても、２種以上混合して用いてもよい。
【００１９】
一方、ジアミンとしても、上述した式［１］〜［４］のいずれかの繰り返し単位が１０モル％以上含まれるとともに、得られるポリイミドフィルムの物性に影響を与えない限りにおいて、上記ＢＡＰＢ以外のその他のジアミン化合物を用いてもよい。
その具体例としては、ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、２，５−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエン、４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジメチル −４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジメトキシ −４，４’−ジアミノビフェニル、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルエーテル、２，２’−ジアミノジフェニルプロパン、ビス（３，５−ジエチル−４−アミノフェニル）メタン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノベンゾフェノン、ジアミノナフタレン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェニル）ベンゼン、９，１０−ビス（４−アミノフェニル）アントラセン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ジフェニルスルホン、２，２−ビス[４−（４−アミノフェノキシ）フェニル]プロパン、２，２’−トリフルオロメチル−４，４’−ジアミノビフェニル等の芳香族ジアミン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ビス（４−アミノ−３−メチルシクロヘキシル）メタン、４，４’−メチレンビス（２−メチルシクロヘキシルアミン）等の脂環式ジアミン化合物およびテトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン化合物等が挙げられ、これらのジアミン化合物は、１種単独で、または２種以上を混合して使用することができる。
【００２０】
本発明のポリアミック酸を合成する際の全テトラカルボン酸二無水物化合物のモル数と全ジアミン化合物のモル数との比はカルボン酸化合物／ジアミン化合物＝０．８〜１．２であることが好ましい。通常の重縮合反応と同様に、このモル比が１に近いほど生成する重合体の重合度は大きくなる。重合度が小さすぎるとポリイミド塗膜の強度が不十分となり、また重合度が大きすぎるとポリイミド塗膜形成時の作業性が悪くなる場合がある。
したがって、本反応における生成物の重合度は、ポリアミック酸溶液の還元粘度換算で、０．０５〜５．０ｄｌ／ｇ（３０℃のＮ−メチル−２−ピロリドン中、濃度０．５ｇ／ｄｌ）が好ましい。
【００２１】
本発明のポリアミック酸合成に用いられる溶媒としては、例えば、ｍ−クレゾール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ−メチルカプトラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルホスホルアミド、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。これらは、単独で使用しても、混合して使用してもよい。さらに、ポリアミック酸を溶解しない溶媒であっても、均一な溶液が得られる範囲内で上記溶媒に加えて使用してもよい。
重縮合反応の温度は、−２０〜１５０℃、好ましくは−５〜１００℃の任意の温度を選択することができる。
【００２２】
本発明のポリイミドは、以上のようにして合成したポリアミック酸を、加熱により脱水閉環（熱イミド化）して得ることができる。なお、この際、ポリアミック酸を溶媒中でイミドに転化させ、溶剤可溶性のポリイミドとして用いることも可能である。
また、公知の脱水閉環触媒を使用して化学的に閉環する方法も採用することができる。
加熱による方法は、１００〜３００℃、好ましくは１２０〜２５０℃の任意の温度で行うことができる。
化学的に閉環する方法は、例えば、ピリジンやトリエチルアミンなどと、無水酢酸などとの存在下で行うことができ、この際の温度は、−２０〜２００℃の任意の温度を選択することができる。
【００２３】
このようにして得られたポリイミド溶液は、そのまま使用することもでき、また、メタノール、エタノールなどの貧溶媒を加えて沈殿させ、これを単離したポリイミドを粉末として、あるいはそのポリイミド粉末を適当な溶媒に再溶解させて使用することができる。
再溶解用溶媒は、得られたポリイミドを溶解させるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ｍ−クレゾール、２−ピロリドン、ＮＭＰ、Ｎ−エチル−２−ピロリドン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、ＤＭＡｃ、ＤＭＦ、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。
【００２４】
また、単独ではポリイミドを溶解しない溶媒であっても、溶解性を損なわない範囲であれば上記溶媒に加えて使用することができる。その具体例としては、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、１−メトキシ−２−プロパノール、１−エトキシ−２−プロパノール、１−ブトキシ−２−プロパノール、１−フェノキシ−２−プロパノール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコール−１−モノメチルエーテル−２−アセテート、プロピレングリコール−１−モノエチルエーテル−２−アセテート、ジプロピレングリコール、２−（２−エトキシプロポキシ）プロパノール、乳酸メチルエステル、乳酸エチルエステル、乳酸ｎ−プロピルエステル、乳酸ｎ−ブチルエステル、乳酸イソアミルエステルなどが挙げられる。
【００２５】
本発明のポリイミドフィルムは、重合で得られたポリアミック酸溶液やこれを化学イミド化した後再沈殿させて得られたポリイミドの有機溶媒溶液を、ガラス板等の基材上に塗布し、溶媒を蒸発させることにより作製することができる。
その際、１〜１０００Ｐａの減圧下で、５０〜１００℃で１〜５時間予備焼成した後、１００℃超〜１６０℃で１〜５時間、次いで１６０℃超〜２００℃で１〜５時間、さらに２００℃超〜３００℃で１〜５時間焼成する多段階昇温法を採用することにより、着色性が少なく均一な表面平滑性の高いポリイミドフィルムを作製することができる。
【００２６】
このようにして作製された本発明のポリイミドフィルムは、膜厚５０〜５００μｍ、４００ｎｍでの光透過率８０％以上、１０％重量減少温度３００℃以上、吸水率１％以下、ヤング率２．０ＧＰａ以上、最大伸率５％以上の高透明性、高機械的強度、高耐熱性、低吸水性、かつ、柔軟性を兼ね備えたものである。
このポリイミドフィルムは、各種電子デバイスにおける電気絶縁膜、有機ＥＬディスプレー用基板、液晶ディスプレー用基板、電子ペーパー用基板、太陽電池用基板として用いることができる。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。実施例における各物性の測定装置は以下のとおりである。
［１］分子量
装置：常温ＧＰＣ測定装置（ＳＳＣ−７２００，（株）センシュー科学製）
溶離液：ＤＭＦ
［２］ＴＧ／ＤＴＡ（示差熱熱量同時測定装置）
装置：Ｔｈｅｒｍｏｐｌｕｓ ＴＧ８１２０（（株）理学電機製）
［３］ＦＴ−ＩＲ
装置：ＮＩＣＯＬＥＴ ５７００（Ｔｈｅｒｍｏ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）
［４］膜厚
測定器：マイクロメーター（（株）サントップ製）
［５］ＵＶ−Ｖｉｓスペクトル
装置：ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＳＰＥＣＴＲＯＰＨＯＴＯＭＥＴＥＲ（自記分光光度計）（（株）島津製作所製）
［６］有限会社テストロニクス測定
（１）最大応力（２）耐力（３）ヤング率（４）破断荷重（５）最大伸び率
フィルム寸法Ｗ×ｔ（ｍｍ）：１０．２×０．１４４
断面積（ｍｍ2）：１．４６８８
【００２８】
〈ＮＤＡ−ＤＡ４Ｐポリアミック酸およびそのポリイミドの製造、ポリイミドフィルムの作製〉
［実施例１］
【化７】
【００２９】
２５℃の水浴中に設置した攪拌機付き５０ｍＬ四つ口反応フラスコに、ＤＡ４Ｐ１．９６ｇ（７ｍｍｏｌ）およびＮＭＰ１５．０ｇを仕込み溶解させた。続いて、その溶液を攪拌中に、ＮＤＡ１．７５ｇ（７ｍｍｏｌ）を溶解させながら添加した。さらに、２５℃で２７時間攪拌して重合反応を行い、固形分２０質量％のポリアミック酸溶液を得た。
この溶液にＤＭＦを加えて固形分５質量％に調整し、ＧＰＣ法により分子量を測定した結果、数平均分子量（Ｍｎ）は１２，４４９で、重量平均分子量（Ｍｗ）は１３，０１６であり、Ｍｗ／Ｍｎは１．０５であった。
【００３０】
この溶液を７５ｍｍ×１００ｍｍのガラス板上に流延した後、減圧乾燥機に入れ、８０℃／２時間、１２０℃／２時間、１８０℃／２時間および２４０℃／２時間の段階的焼成を行った。その後、フィルム付ガラス基板を８０℃の湯浴に５時間浸漬し、ガラス板からフィルムを剥がした。剥離したフィルムを再び減圧乾燥機に入れ、減圧下で１４０℃／２時間乾燥した。
得られたフィルムの赤外吸収スペクトルから１７０５．４８ｃｍ-1（５員環イミド）を確認し、イミド化率を算出したところ、９６％であった。また、諸物性値は以下のとおりであった。
【００３１】
膜厚：１４４μｍ
光透過率（４００ｎｍ）：８１％
最大応力（ｋｇ／ｍｍ2）：７．１７
耐力（ｋｇ／ｍｍ2）：５．００
ヤング率（ＧＰａ）：２．１４
破断荷重（ｋｇｆ）：９．９７７
最大伸び率（％）：５．４３
ガラス転移点：なし
１０％重量減量温度（℃）：３９３
吸水率（％）：０．４
【００３２】
［実施例２］
２５℃の水浴中に設置した攪拌機付き５０ｍＬ四つ口反応フラスコに、ＤＡ４Ｐ１．６７ｇ（６ｍｍｏｌ）およびＮＭＰ１８．０ｇを仕込み溶解させた。続いて、その溶液を攪拌中にＮＤＡ１．５０ｇ（６ｍｍｏｌ）を溶解させながら添加した。さらに、２７℃で３２時間攪拌して重合反応を行い、固形分１５質量％のポリアミック酸溶液を得た。
この溶液を１２ｃｍ×８ｃｍのガラス板上に流延した後、減圧乾燥機に入れ、１０Ｐａの減圧下で８０℃／２時間、１２０℃／２時間、１８０℃／２時間および２４０℃／２時間の段階的焼成を行った。さらに、フィルム付きガラス基板を８０℃の湯浴に５時間浸漬し、ガラス板からフィルムを剥がした。剥離したフィルムを再び減圧乾燥機に入れ、減圧下で１００℃／２時間乾燥し、フレキシブルフィルムを得た。その諸物性値は以下のとおりであった。
膜厚：８３μｍ
光透過率（４００ｎｍ）：８４％
【００３３】
［実施例３］
２５℃の水浴中に設置した攪拌機付き５０ｍＬ四つ口反応フラスコに、ＤＡ４Ｐ１．９１ｇ（６．８８ｍｍｏｌ）およびＮＭＰ１４．６ｇを仕込み溶解させた。続いて、その溶液を攪拌中にＮＤＡ１．７１ｇ（７ｍｍｏｌ）を溶解させながら添加した。さらに、３５℃で４時間、２４℃で１５時間更に３０℃で６時間攪拌して重合反応を行い、固形分２０質量％のポリアミック酸溶液を得た。
この溶液を１２ｃｍ×８ｃｍのガラス板上に流延した後、減圧乾燥機に入れ、１０Ｐａの減圧下で１００℃／２時間、１５０℃／２時間および２４０℃／５時間の段階的焼成を行った。さらに、フィルム付きガラス基板を８０℃の湯浴に５時間浸漬し、ガラス板からフィルムを剥がした。剥離したフィルムを再び減圧乾燥機に入れ、減圧下で１００℃／２時間乾燥し、フレキシブルフィルムを得た。その諸物性値は以下のとおりであった。
膜厚：１４０μｍ
光透過率（４００ｎｍ）：８１％
１０％重量減量温度（℃）：３９４
【００３４】
［実施例４］（化学イミド化例）
１５℃の水浴中に設置した攪拌機付き５０ｍＬ四つ口反応フラスコに、ＤＡ４Ｐ０．８４ｇ（３ｍｍｏｌ）およびＮＭＰ９．０ｇを仕込み溶解させた。続いて、その溶液を攪拌中に、ＮＤＡ０．７５ｇ（３ｍｍｏｌ）を溶解させながら添加した。さらに、１５℃で２４時間攪拌して重合反応を行い、固形分１５質量％のポリアミック酸溶液を得た。
続いて、この溶液にＮＭＰ２１．２ｇを加えて固形分５質量％にした後、２０℃で攪拌下に無水酢酸０．９１８ｇ（９ｍｍｏｌ）とピリジン１．１８ｇ（１５ｍｍｏｌ）を添加した。さらに、１１０℃で２時間攪拌した後、１５℃まで冷却してから攪拌下のメタノール１２０ｍｌ中に注ぎ、沈殿物を生成させた。そのまま２時間攪拌してから濾過し、メタノール５０ｍｌで３回洗浄した後、７０℃で３時間乾燥し、白色粉体１．３０ｇを得た（収率８７．８％）。
この粉体をＤＭＦに加えて固形分０．５質量％に調整し、ＧＰＣ法により分子量を測定した結果、数平均分子量（Ｍｎ）は８，１５６、重量平均分子量（Ｍｗ）は１９，３５２であり、Ｍｗ／Ｍｎは２．３７であった。
この粉体の赤外吸収スペクトルから１７０５．４８ｃｍ-1（５員環イミド）を確認し、イミド化率を算出したところ、９２％であった。
この白色粉体を、ＤＭＡｃに溶解し、固形分１５質量％溶液として、１２ｃｍ×８ｃｍのガラス板上に流延した後、減圧乾燥機に入れ、１０Ｐａの減圧下で８０℃／２時間、１４０℃／２時間、２００℃／２時間および２４０℃／２時間の段階的焼成を行った。さらに、フィルム付きガラス基板を８０℃の湯浴に５時間浸漬し、ガラス板からフィルムを剥がした。剥離したフィルムを再び減圧乾燥機に入れ、減圧下で１００℃／２時間乾燥し、フレキシブルフィルムを得た。その諸物性値は以下のとおりであった。
膜厚：１０５μｍ
光透過率（４００ｎｍ）：８７％
【００３５】
以上の諸物性値から、実施例１〜４で得られたＮＤＡ−ＤＡ４Ｐポリイミドフィルムは、高透明性、高耐熱性、低吸水性、高機械的強度および柔軟性を兼ね備えたフレキシブルなフィルムであることが確認された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
式［１］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有し、数平均分子量が５０００以上であることを特徴とするポリアミック酸。
【化１】
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
【請求項２】
式［２］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有し、数平均分子量が５０００以上である請求項１記載のポリアミック酸。
【化２】
（式中、ｎは、前記と同じ意味を表す。）
【請求項３】
式［３］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有することを特徴とするポリイミドフィルム。
【化３】
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
【請求項４】
式［４］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有する請求項３記載のポリイミドフィルム。
【化４】
（式中、ｎは、前記と同じ意味を表す。）
【請求項５】
請求項１または２記載のポリアミック酸を基材上に流延した後、１〜１０００Ｐａの減圧下で、５０〜１００℃で１〜５時間予備焼成した後、１００℃超〜１６０℃で１〜５時間、次いで１６０℃超〜２００℃で１〜５時間、さらに２００℃超〜３００℃で１〜５時間焼成することを特徴とする請求項３または４記載のポリイミドフィルムの製造法。
【請求項６】
式［３］または式［４］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有するポリイミドの有機溶媒溶液を基材上に流延した後、１〜１０００Ｐａの減圧下で、５０〜１００℃で１〜５時間予備焼成した後、１００℃超〜１６０℃で１〜５時間、次いで１６０℃超〜２００℃で１〜５時間、さらに２００℃超〜３００℃で１〜５時間焼成することを特徴とするポリイミドフィルムの製造法。
【化５】
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
【請求項１】
式［１］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有し、数平均分子量が５０００以上であることを特徴とするポリアミック酸。
【化１】
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
【請求項２】
式［２］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有し、数平均分子量が５０００以上である請求項１記載のポリアミック酸。
【化２】
（式中、ｎは、前記と同じ意味を表す。）
【請求項３】
式［３］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有することを特徴とするポリイミドフィルム。
【化３】
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
【請求項４】
式［４］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有する請求項３記載のポリイミドフィルム。
【化４】
（式中、ｎは、前記と同じ意味を表す。）
【請求項５】
請求項１または２記載のポリアミック酸を基材上に流延した後、１〜１０００Ｐａの減圧下で、５０〜１００℃で１〜５時間予備焼成した後、１００℃超〜１６０℃で１〜５時間、次いで１６０℃超〜２００℃で１〜５時間、さらに２００℃超〜３００℃で１〜５時間焼成することを特徴とする請求項３または４記載のポリイミドフィルムの製造法。
【請求項６】
式［３］または式［４］で表される繰り返し単位を少なくとも１０モル％含有するポリイミドの有機溶媒溶液を基材上に流延した後、１〜１０００Ｐａの減圧下で、５０〜１００℃で１〜５時間予備焼成した後、１００℃超〜１６０℃で１〜５時間、次いで１６０℃超〜２００℃で１〜５時間、さらに２００℃超〜３００℃で１〜５時間焼成することを特徴とするポリイミドフィルムの製造法。
【化５】
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜５のアルケニル基、炭素数１〜５のアルコキシル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、ニトリル基、またはカルボキシル基を表し、ｎは整数を表す。）
【公開番号】特開２００９−２９２９４０（Ｐ２００９−２９２９４０Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４７８２５（Ｐ２００８−１４７８２５）
【出願日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【出願人】（０００００３９８６）日産化学工業株式会社 (510)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【出願人】（０００００３９８６）日産化学工業株式会社 (510)
【Ｆターム（参考）】
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