多孔質ポリイミド膜及びその製造方法
【課題】気体などの物質透過性に優れ、空孔率の高い、両表面の平滑性が優れ、相対的に強度が高く、高空孔率にもかかわらず膜厚み方向への圧縮応力に対する耐力に優れるマクロボイドを多数有する多孔質ポリイミド膜及びその製造方法を提供する。
【解決手段】２つの表面層（ａ）及び（ｂ）と、当該表面層（ａ）及び（ｂ）の間に挟まれたマクロボイド層とを有する三層構造の多孔質ポリイミド膜であって、前記マクロボイド層は、前記表面層（ａ）及び（ｂ）に結合した隔壁と、当該隔壁並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）に囲まれた、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍである複数のマクロボイドとを有し、前記のマクロボイド層の隔壁、並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、厚さが０．１〜５０μｍであり、平均孔径０．０１〜５μｍの複数の細孔を有し、当該細孔同士が連通し更に前記マクロボイドに連通しており、総膜厚が５〜５００μｍであり、空孔率が６０％以上７０％未満である、多孔質ポリイミド膜。
【解決手段】２つの表面層（ａ）及び（ｂ）と、当該表面層（ａ）及び（ｂ）の間に挟まれたマクロボイド層とを有する三層構造の多孔質ポリイミド膜であって、前記マクロボイド層は、前記表面層（ａ）及び（ｂ）に結合した隔壁と、当該隔壁並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）に囲まれた、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍである複数のマクロボイドとを有し、前記のマクロボイド層の隔壁、並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、厚さが０．１〜５０μｍであり、平均孔径０．０１〜５μｍの複数の細孔を有し、当該細孔同士が連通し更に前記マクロボイドに連通しており、総膜厚が５〜５００μｍであり、空孔率が６０％以上７０％未満である、多孔質ポリイミド膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質ポリイミド膜及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質ポリイミド膜は、電池用セパレータや電解コンデンサ用隔膜用、集塵、精密濾過、分離などに用いられている。例えば、特許文献１には、直径約０．１〜５μｍの互いに連通した貫通孔を多数有する多孔膜ポリイミドが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１０６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、従来の多孔質ポリイミド膜よりも気体などの物質透過性に優れ、空孔率の高い、両表面の平滑性が優れ、相対的に強度が高く、高空孔率にもかかわらず膜厚み方向への圧縮応力に対する耐力に優れるマクロボイドを多数有する多孔質ポリイミド膜及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下の多孔質ポリイミド膜及びその製造方法を提供するものである。
［１］２つの表面層（ａ）及び（ｂ）と、当該表面層（ａ）及び（ｂ）の間に挟まれたマクロボイド層とを有する三層構造の多孔質ポリイミド膜であって、
前記マクロボイド層は、前記表面層（ａ）及び（ｂ）に結合した隔壁と、当該隔壁並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）に囲まれた、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍである複数のマクロボイドとを有し、
前記のマクロボイド層の隔壁、並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、厚さが０．１〜５０μｍであり、平均孔径０．０１〜５μｍの複数の細孔を有し、当該細孔同士が連通し更に前記マクロボイドに連通しており、
総膜厚が５〜５００μｍであり、空孔率が６０％以上７０％未満である、多孔質ポリイミド膜。
［２］前記マクロボイド層は、前記表面層（ａ）側及び／又は前記表面層（ｂ）側から観察して、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍである複数のマクロボイドを有している、［１］に記載の多孔質ポリイミド膜。
［３］前記のマクロボイド層の隔壁、並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）の厚さが略同一である、［１］又は［２］に記載の多孔質ポリイミド膜。
［４］ガーレー値が３０秒以下である、［１］〜［３］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
［５］２５０℃、１５分、０．５ＭＰａの圧縮応力負荷後の膜厚み変化率が５％以下である、［１］〜［４］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
［６］前記多孔質ポリイミド膜を膜平面方向に対して垂直に切断したときの断面において、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍのマクロボイドの断面積が膜断面積の５０％以上である、［１］〜［５］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
［７］前記多孔質ポリイミド膜を膜平面方向に対して垂直に切断したときの断面において、前記マクロボイドの６０％以上が、膜平面方向の長さ（Ｌ）と膜厚み方向の長さ（ｄ）との比（Ｌ／ｄ）が０．５〜３の範囲内にある、［１］〜［６］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
［８］ガラス転移温度が、２４０℃以上であるか、又は３００℃以上で明確な転移点がない、［１］〜［７］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
【０００６】
［９］［１］〜［８］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法であって、
テトラカルボン酸単位及びジアミン単位からなるポリアミック酸０．３〜６０質量％と有機極性溶媒４０〜９９．７質量％とからなるポリアミック酸溶液（Ａ）、及び前記ポリアミック酸１００質量部に対して０．１〜２００質量部の、極性基を有する有機化合物（Ｂ）を含有するポリアミック酸溶液組成物を、フィルム状に流延し、水を必須成分とする凝固溶媒に浸漬又は接触させて、ポリアミック酸の多孔質膜を作製する工程、及び
前記工程で得られたポリアミック酸の多孔質膜を熱処理してイミド化する工程
を含み、前記の極性基を有する有機化合物（Ｂ）が、前記ポリアミック酸溶液組成物のフィルム状流延物に水の浸入を促進させる有機化合物である、多孔質ポリイミド膜の製造方法。
［１０］前記ポリアミック酸が、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物及びピロメリット酸二無水物からなる群から選ばれる少なくとも一種のテトラカルボン酸二無水物と、ベンゼンジアミン、ジアミノジフェニルエーテル及びビス（アミノフェノキシ）フェニルからなる群から選ばれる少なくとも一種のジアミンとから得られる、［９］に記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
［１１］前記の極性基を有する有機化合物（Ｂ）が安息香酸である、［９］又は［１０］に記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
［１２］ポリアミック酸の多孔質膜を熱処理してイミド化する工程において、２００℃以上の温度域での昇温速度が２５℃／分未満である、［９］〜［１１］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
［１３］前記の水を必須成分とする凝固溶媒が、水であるか、又は５質量％以上１００質量％未満の水と０質量％を超え９５質量％以下の有機極性溶媒との混合液である、［９］〜［１２］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の多孔質ポリイミド膜は、
１）膜の断面構造は大部分が対称構造であり、各種平膜材料として使う場合に非常に利用しやすく、
２）大きな空孔率を得ることができ、例えば絶縁基板として用いると誘電率を低くすることができ、
３）両表面及び支持層ともに、一方の表面から他方の表面に至る連通孔を有するために、物質の充填や移動が容易であり、
４）マクロボイドを有するために物質の充填量を大きくすることができ、
５）両表面の平滑性に優れ、
６）両表面層と支持部とが大部分がラダー構造であるため、かさ密度に比して相対的に強度が高く、高空孔率にもかかわらず膜厚み方向への圧縮応力に対して耐力があり寸法安定性が高く、２５０℃、１５分、０．５ＭＰａの圧縮応力負荷後の膜厚み変化率が小さい、などの優れた効果を有する。
また、本発明の多孔質ポリイミド膜の製造方法は、本発明の多孔質ポリイミド膜を簡便かつ効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（ａ）は、本発明の多孔質ポリイミド膜の好ましい一実施態様の平面断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】図２は、本発明の多孔質ポリイミド膜の好ましい一実施態様の拡大側面断面図である。
【図３】図３は、本発明の多孔質ポリイミド膜の好ましい一実施態様の側面断面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】図４は、図３のハニカムサンドウィッチ構造の拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の多孔質ポリイミド膜の好ましい実施態様について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は、本発明の多孔質ポリイミド膜の好ましい一実施態様の平面断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図２は、本発明の多孔質ポリイミド膜の好ましい一実施態様の拡大側面断面図である。図３は、本発明の多孔質ポリイミド膜の好ましい一実施態様の側面断面の走査型電子顕微鏡写真である。図４は、図３のハニカムサンドウィッチ構造の拡大写真である。
図１及び２に示すように、本発明の多孔質ポリイミド膜１は、２つの表面層２及び４（表面層（ａ）及び（ｂ））と、当該表面層２及び４の間に挟まれたマクロボイド層３とを有する三層構造の多孔質ポリイミド膜である。
【００１０】
表面層２及び４の厚さはそれぞれ、０．１〜５０μｍであり、ポリイミド膜の強度の観点から、好ましくは０．５〜１０μｍ、より好ましくは１〜９μｍ、更に好ましくは２〜８μｍ、特に好ましくは２〜７μｍである。ポリイミド膜を各種平膜材料として使う観点からは、表面層２及び４の厚さは略同一であることが好ましい。
【００１１】
表面層２及び４はそれぞれ、複数の細孔２５及び４５を有する。細孔２５及び４５の平均孔径は０．０１〜５μｍであり、好ましくは０．１〜５μｍ、より好ましくは１〜５μｍ、更に好ましくは２〜５μｍである。また、細孔２５及び４５の最大孔径は、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは０．１〜５μｍ、更に好ましくは０．１〜３μｍである。当該細孔同士は互いに連通し、更にマクロボイド３１に連通している。
このように、本発明のポリイミド膜は、一方の表面から他方の表面に至る連通孔を有するために物質の充填や移動が容易であり、気体等の物質透過性に優れる。その一方で、膜表面に形成された細孔の平均孔径が小さいため所定のサイズの物質のみを通過させることができ、本発明のポリイミド膜はフィルタリング機能を有する。また、膜表面に形成された細孔の平均孔径が小さいため、本発明のポリイミド膜の膜表面は平滑性が優れる。
【００１２】
マクロボイド層３は、複数のマクロボイド３１と、マクロボイド３１同士を隔てる隔壁３２とを有する。マクロボイド３１は、隔壁３２並びに表面層２及び４によって囲まれた空間であり、膜平面方向の平均孔径は１０〜５００μｍであり、好ましくは１０〜１００μｍ、より好ましくは１０〜８０μｍである。マクロボイド層３を膜平面方向に対して平行に切断したときの断面は、図１（ａ）に模式的に示すように、ハニカム構造またはそれに類似する構造であり、所定の孔径を有する複数のマクロボイドが隔壁を挟んで密接して存在している。すなわち、本発明のポリイミド膜は、いわゆる「ハニカムサンドウィッチ構造」を有する。なお、本明細書における「ハニカム構造」とは、個々に区分された多数の空間部が密集している構造を意味するにすぎず、前記空間部が正確に断面六角形になった構造のみを意味するものではない。
マクロボイド３１により、本発明のポリイミド膜は大きな空間を有し、空孔率が高い。そのため、例えば絶縁基板として用いた場合には誘電率を低くすることができ、また、物質をボイド中に充填する場合にはその充填量を大きくすることができる。
【００１３】
マクロボイド３１同士を隔てる隔壁３２の厚さは、０．１〜５０μｍであり、ポリイミド膜１の強度及びマクロボイド３１同士の連通性の観点から、好ましくは１〜１５μｍ、より好ましくは２〜１２μｍ、更に好ましくは３〜１０μｍ、特に好ましくは４〜８μｍである。隔壁３２と表面層２及び４との厚さは略同一であることが好ましい。
【００１４】
隔壁３２は、表面層２及び４と同様に、複数の細孔３５を有する。細孔３５の平均孔径は０．０１〜５μｍであり、好ましくは０．０１〜３μｍ、より好ましくは０．０２〜２μｍである。また、細孔３５の最大孔径は、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは０．１〜５μｍ、更に好ましくは０．１〜３μｍである。当該細孔同士は互いに連通し、更にマクロボイド３１に連通している。
このように、本発明のポリイミド膜は、マクロボイド同士も連通しており、物質の充填や移動が容易であり、気体等の物質透過性に優れる。その一方で、隔膜に形成された細孔の平均孔径が小さいためマクロボイド中に物質を閉じ込めることができる。
【００１５】
図１（ｂ）及び２〜４に示すように、隔壁３２は、表面層２及び４に結合している。隔壁３２は、マクロボイド３１同士を隔てる役割を有すると共に、表面層２及び４を支持する支持部としての役割を有する。このため、本発明のポリイミド膜は、高空孔率にもかかわらず膜厚み方向への圧縮応力に対して耐力があり、寸法安定性が高い。
特に図３及び４に示すように、本発明のポリイミド膜を膜平面方向に対して垂直に切断したときの断面において、隔壁３２並びに表面層２及び４はラダー形状に構成されている。すなわち、隔壁３２は、ほぼ一定の間隔で、膜平面方向に対してほぼ垂直方向に形成されて表面層２及び４に結合している。
【００１６】
物質透過性の観点から、本発明のポリイミド膜を膜平面方向に対して垂直に切断した断面において、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍのマクロボイドの断面積は、膜断面積に対して好ましくは５０％以上、より好ましくは６０％以上、更に好ましくは７０％以上、特に好ましくは７５％以上であり、また、好ましくは９８％以下、より好ましくは９５％以下、更に好ましくは９０％以下、特に好ましくは８０％以下である。
【００１７】
また、物質透過性、軽量性、及び膜の構造保持性の観点から、本発明のポリイミド膜を膜平面方向に対して垂直に切断した断面において、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍのマクロボイドの膜平面方向の長さ（Ｌ）と膜厚み方向の長さ（ｄ）との比（Ｌ／ｄ）は、好ましくは０．５〜３、より好ましくはＬ／ｄ＝０．８〜３、更に好ましくはＬ／ｄ＝１〜３、特に好ましくはＬ／ｄ＝１．２〜３の範囲内である。そして、そのようなＬ／ｄを満たす前記マクロボイドの数が、６０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、７５〜１００％であることが更に好ましい。なお、図４に示すように、マクロボイドの膜厚み方向の長さ（ｄ）は、マクロボイドの膜厚み方向の最大長さであり、マクロボイドの膜平面方向の長さ（Ｌ）は、マクロボイドの膜平面方向の最大長さである。
【００１８】
本発明のポリイミド膜の総膜厚は５〜５００μｍであり、力学強度の観点から、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上、更に好ましくは２５μｍ以上であり、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下、更に好ましくは５０μｍ以下である。
また、本発明のポリイミド膜の空孔率は６０％以上７０％未満であり、物質透過性、力学強度、及び膜の構造保持性の観点から、好ましくは６０〜６８％、より好ましくは６２〜６６％の範囲である。
また、通気性の観点から、本発明のポリイミド膜のガーレー値（０．８７９ｇ／ｍ2の圧力下で１００ｃｃの空気が膜を透過するのに要する秒数）は、好ましくは３０秒以下、より好ましくは２５秒以下、更に好ましくは２秒以下であり、下限値は特に限定されないが、好ましくは測定限界以上である。ガーレー値は、ＪＩＳ Ｐ８１１７に準拠して測定することができる。本発明のポリイミド膜は、通気性が非常に優れる。
【００１９】
本発明のポリイミド膜は、２５０℃、１５分、０．５ＭＰａの圧縮応力負荷後の膜厚み変化率が、好ましくは５％以下、より好ましくは３％以下、更に好ましくは０〜１％である。また、ＡＳＴＭ Ｄ１２０４に準拠した２００℃、２時間での膜平面方向における寸法安定性が、好ましくは±１％以内、より好ましくは±０．８％以内、更に好ましくは±０．５％以内である。
また、本発明のポリイミド膜は、耐熱性、高温下での寸法安定性の観点から、ガラス転移温度が、２４０℃以上であるか、又は３００℃以上で明確な転移点がないことが好ましい。
【００２０】
本発明の多孔質ポリイミド膜は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとから得られるポリイミドを主たる成分とする多孔質ポリイミド膜であり、好ましくはテトラカルボン酸二無水物とジアミンとから得られるポリイミドからなる多孔質ポリイミド膜である。
【００２１】
テトラカルボン酸二無水物は、任意のテトラカルボン酸二無水物を用いることができ、所望の特性などに応じて適宜選択することができる。テトラカルボン酸二無水物の具体例として、ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ｓ−ＢＰＤＡ）、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ａ−ＢＰＤＡ）などのビフェニルテトラカルボン酸二無水物、オキシジフタル酸二無水物、ジフェニルスルホン−３，４，３’，４’−テトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルフィド二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン二無水物、２，３，３’，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、ｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）、ｐ−ビフェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）、ｍ−ターフェニル−３，４，３’，４’−テトラカルボン酸二無水物、ｐ−ターフェニル−３，４，３’，４’−テトラカルボン酸二無水物、１，３−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ベンゼン二無水物、１，４−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ベンゼン二無水物、１，４−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ビフェニル二無水物、２，２−ビス〔（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル〕プロパン二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、４，４’−（２，２−ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸二無水物等を挙げることができる。また、２，３，３’，４’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸等の芳香族テトラカルボン酸を用いることも好ましい。これらは単独でも、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００２２】
これらの中でも、特に、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物及びピロメリット酸二無水物からなる群から選ばれる少なくとも一種の芳香族テトラカルボン酸二無水物が好ましい。ビフェニルテトラカルボン酸二無水物としては、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を好適に用いることができる。
【００２３】
ジアミンは、任意のジアミンを用いることができる。ジアミンの具体例として、以下のものを挙げることができる。
【００２４】
１）１，４−ジアミノベンゼン（パラフェニレンジアミン）、１，３−ジアミノベンゼン、２，４−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエンなどのベンゼン核１つのべンゼンジアミン、
【００２５】
２）４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルなどのジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、２，２’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジカルボキシ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、４，４’−ジアミノベンズアニリド、３，３’−ジクロロベンジジン、３，３’−ジメチルベンジジン、２，２’−ジメチルベンジジン、３，３’−ジメトキシベンジジン、２，２’−ジメトキシベンジジン、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，３’−ジアミノジフェニルスルフィド、３，４’−ジアミノジフェニルスルフィド、４，４’−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、３，４’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジアミノ−４，４’−ジクロロベンゾフェノン、３，３’−ジアミノ−４，４’−ジメトキシベンゾフェノン、３，３’−ジアミノジフェニルメタン、３，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、２，２−ビス（３−アミノフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）プロパン、２，２−ビス（３−アミノフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホキシド、３，４’−ジアミノジフェニルスルホキシド、４，４’−ジアミノジフェニルスルホキシドなどのベンゼン核２つのジアミン、
【００２６】
３）１，３−ビス（３−アミノフェニル）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェニル）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノフェニル）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェニル）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、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−４−トリフルオロメチルベンゼン、３，３’−ジアミノ−４−（４−フェニル）フェノキシベンゾフェノン、３，３’−ジアミノ−４，４’−ジ（４−フェニルフェノキシ）ベンゾフェノン、１，３−ビス（３−アミノフェニルスルフィド）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェニルスルフィド）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェニルスルフィド）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェニルスルホン）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェニルスルホン）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェニルスルホン）ベンゼン、１，３−ビス〔２−（４−アミノフェニル）イソプロピル〕ベンゼン、１，４−ビス〔２−（３−アミノフェニル）イソプロピル〕ベンゼン、１，４−ビス〔２−（４−アミノフェニル）イソプロピル〕ベンゼンなどのベンゼン核３つのジアミン、
【００２７】
４）３，３’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、３，３’−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕エーテル、ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕エーテル、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕エーテル、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕エーテル、ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕ケトン、ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕ケトン、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕ケトン、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕ケトン、ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン、ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン、ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕メタン、ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕メタン、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕メタン、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕メタン、２，２−ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、２，２−ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、２，２−ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパンなどのベンゼン核４つのジアミン。
【００２８】
これらは単独でも、２種以上を混合して用いることもできる。用いるジアミンは、所望の特性などに応じて適宜選択することができる。
【００２９】
これらの中でも、芳香族ジアミン化合物が好ましく、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル及びパラフェニレンジアミン、１，３−ビス（３−アミノフェニル）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェニル）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノフェニル）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェニル）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）ベンゼンを好適に用いることができる。特に、ベンゼンジアミン、ジアミノジフェニルエーテル及びビス（アミノフェノキシ）フェニルからなる群から選ばれる少なくとも一種のジアミンが好ましい。
【００３０】
多孔質ポリイミド膜は、耐熱性、高温下での寸法安定性の観点から、ガラス転移温度が２４０℃以上であるか、又は３００℃以上で明確な転移点がないテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを組み合わせて得られるポリイミドから形成されていることが好ましい。
【００３１】
本発明の多孔質ポリイミド膜は、耐熱性、高温下での寸法安定性の観点から、以下の芳香族ポリイミドからなる多孔質ポリイミド膜であることが好ましい。
（ｉ）ビフェニルテトラカルボン酸単位及びピロメリット酸単位からなる群から選ばれる少なくとも一種のテトラカルボン酸単位と、芳香族ジアミン単位とからなる芳香族ポリイミド、
（ii）テトラカルボン酸単位と、ベンゼンジアミン単位、ジアミノジフェニルエーテル単位及びビス（アミノフェノキシ）フェニル単位からなる群から選ばれる少なくとも一種の芳香族ジアミン単位とからなる芳香族ポリイミド、
及び／又は、
（iii）ビフェニルテトラカルボン酸単位及びピロメリット酸単位からなる群から選ばれる少なくとも一種のテトラカルボン酸単位と、ベンゼンジアミン単位、ジアミノジフェニルエーテル単位及びビス（アミノフェノキシ）フェニル単位からなる群から選ばれる少なくとも一種の芳香族ジアミン単位とからなる芳香族ポリイミド。
【００３２】
次に、本発明の多孔質ポリイミド膜の製造方法について説明する。
本発明の多孔質ポリイミド膜の製造方法は、テトラカルボン酸単位及びジアミン単位からなるポリアミック酸０．３〜６０質量％と有機極性溶媒４０〜９９．７質量％とからなるポリアミック酸溶液（Ａ）、及び前記ポリアミック酸１００質量部に対して０．１〜２００質量部の、極性基を有する有機化合物（Ｂ）又は側鎖に極性基を有する高分子化合物（Ｃ）を含有するポリアミック酸溶液組成物を、フィルム状に流延し、水を必須成分とする凝固溶媒に浸漬又は接触させて、ポリアミック酸の多孔質膜を作製する工程、及び前記工程で得られたポリアミック酸の多孔質膜を熱処理してイミド化する工程を含む。ここで、前記の極性基を有する有機化合物（Ｂ）は、前記ポリアミック酸溶液組成物のフィルム状流延物に水の浸入を促進させる有機化合物である。
【００３３】
ポリアミック酸とは、テトラカルボン酸単位及びジアミン単位からなり、ポリイミド前駆体或いはその部分的にイミド化したポリイミド前駆体である。ポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを重合することで得ることができる。ポリアミック酸を熱イミド化若しくは化学イミド化することにより、閉環してポリイミドとすることができる。本発明におけるポリイミドは、イミド化率が約８０％以上、好ましくは８５％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上であることが好ましい。
【００３４】
ポリアミック酸を重合するための溶媒としては任意の有機極性溶媒を用いることができ、ｐ−クロロフェノール、ｏ−クロルフェノール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ピリジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、フェノール、クレゾールなどの有機極性溶媒などを用いることができ、特にＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）を好ましく用いることができる。テトラカルボン酸二無水物及びジアミンは、上述したものを好ましく用いることができる。
【００３５】
ポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物、ジアミン、及び上記の有機極性溶媒などを用いて任意の方法で製造することができる。例えば、テトラカルボン酸二無水物とジアミンと略等モルで、好ましくは約１００℃以下、より好ましくは８０℃以下、更に好ましくは０〜６０℃、特に好ましくは２０〜６０℃の温度で、好ましくは約０．２時間以上、より好ましくは０．３〜６０時間反応させることで、ポリアミック酸溶液を製造することができる。
ポリアミック酸溶液を製造するときに、分子量を調整する目的で、任意の分子量調整成分を反応溶液に加えてもよい。
ポリアミック酸の対数粘度（３０℃、濃度；０．５ｇ／１００ｍＬ、溶媒；ＮＭＰ）は、本発明の多孔質ポリイミド膜が製造できる粘度であればよい。本発明の方法では、前記対数粘度が好ましくは０．３以上、より好ましくは０．５〜７であるポリアミック酸を用いることが好ましい。
ポリアミック酸は、アミック酸の一部がイミド化していても、本発明に影響を及ぼさない範囲であればそれを用いることができる。
【００３６】
ポリアミック酸溶液（Ａ）は、ポリアミック酸０．３〜６０質量％と有機極性溶媒４０〜９９．７質量％とからなる。ポリアミック酸の含有量が０．３質量％未満だと多孔質ポリイミド膜を作製した際のフィルム強度が低下し、６０質量％を超えると多孔質ポリイミド膜の物質透過性が低下する。ポリアミック酸溶液（Ａ）におけるポリアミック酸の含有量は、好ましくは１〜３０質量％、より好ましくは２〜１５質量％、更に好ましくは５〜１０質量％であり、ポリアミック酸溶液（Ａ）における有機極性溶媒の含有量は、好ましくは７０〜９９質量％、より好ましくは８５〜９８質量％、更に好ましくは９０〜９５質量％である。
ポリアミック酸溶液（Ａ）は、有機極性溶媒の存在下でテトラカルボン酸二無水物とジアミンを重合反応させて得られる溶液であってもよく、ポリアミック酸を有機極性溶媒に溶解させて得られる溶液であってもよい。
【００３７】
ポリアミック酸溶液組成物は、ポリアミック酸溶液（Ａ）と極性基を有する有機化合物（Ｂ）とを含有する組成物、ポリアミック酸溶液（Ａ）と極性基を有する高分子化合物（Ｃ）とを含有する組成物、ポリアミック酸溶液（Ａ）と極性基を有する有機化合物（Ｂ）と極性基を有する高分子化合物（Ｃ）とを含有する組成物を挙げることができ、好ましくはポリアミック酸溶液（Ａ）と極性基を有する有機化合物（Ｂ）とを含有する組成物、又はポリアミック酸溶液（Ａ）と極性基を有する高分子化合物（Ｃ）とを含有する組成物である。
極性基を有する有機化合物（Ｂ）及び極性基を有する高分子化合物（Ｃ）は、ポリアミック酸溶液組成物のフィルム状流延物への水の浸入を促進させる有機化合物である。ポリアミック酸溶液組成物のフィルム状流延物への水の浸入を促進させることで、ポリイミド膜中に平均孔径が１０〜５００μｍのマクロボイドを形成することができる。
【００３８】
極性基を有する有機化合物（Ｂ）は、ポリアミック酸溶液組成物のフィルム状流延物を凝固浴に浸漬する工程において、ポリアミック酸の凝固が、極性基を有する有機化合物（Ｂ）を含有しないポリアミック酸溶液組成物におけるポリアミック酸の凝固過程と比較して促進される効果が認められるものであればよく、特に凝固浴と接触する面から内部へと膜厚み方向に速やかに凝固化を促進する効果を有するものであることが好ましい。したがって、極性基を有する有機化合物（Ｂ）は、上記の特性上、ポリアミック酸と反応しないか又は反応しにくい化合物であることが好ましい。
【００３９】
極性基を有する有機化合物（Ｂ）としては、例えば安息香酸、フタル酸などのカルボン酸基を有する有機化合物、ニトリル基を有する有機化合物、水酸基を有する有機化合物、スルホン酸基を有する有機化合物などを用いることができ、これらは単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。特に極性基を有する有機化合物としては、安息香酸、フタル酸などのカルボン酸基を有する有機化合物が好ましい。
【００４０】
極性基を有する高分子化合物（Ｃ）は、ポリアミック酸溶液組成物のフィルム状流延物を凝固浴に浸漬する工程において、ポリアミック酸の凝固が、前記高分子化合物（Ｃ）を含有しないポリアミック酸溶液組成物におけるポリアミック酸の凝固過程と比較して促進される効果が認められるものであればよく、特に凝固浴と接触する面から内部へと膜厚み方向に速やかに凝固化を促進する効果を有するものであることが好ましい。したがって、前記高分子化合物（Ｃ）は、上記の特性上、ポリアミック酸と反応しないか又は反応しにくい化合物であることが好ましい。
【００４１】
極性基を有する高分子化合物（Ｃ）としては、側鎖にＣＮ基、ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＳＯ3Ｈ基、ＮＨ2基などの極性基を有する重合体（例えばビニル重合体など）などを挙げることができ、これらは単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。特に、極性基を有する高分子化合物（Ｃ）としては、ポリアクリロニトリル等の、側鎖にＣＮ基、ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＳＯ3Ｈ基、ＮＨ2基などの極性基を有するビニル重合体が好ましい。
【００４２】
ポリアミック酸溶液組成物において、前記高分子化合物（Ｃ）の含有量は、マクロボイドの形成の観点から、ポリアミック酸１００質量部に対して０．１〜２００質量部、好ましくは１〜１５０質量部、より好ましくは１０〜１００質量部、更に好ましくは２０〜７０質量部である。
ポリアミック酸溶液組成物において、極性基を有する有機化合物（Ｂ）と極性基を有する高分子化合物（Ｃ）とを含有する場合、前記有機化合物（Ｂ）と前記高分子化合物（Ｃ）との合計の含有量は、マクロボイドの形成の観点から、ポリアミック酸１００質量部に対して０．１〜２００質量部、好ましくは１〜１５０質量部、より好ましくは１０〜１００質量部、更に好ましくは２０〜７０質量部である。
【００４３】
極性基を有する高分子化合物（Ｃ）は、下記特徴（Ｃ１）〜（Ｃ４）の少なくとも１つ、好ましくは下記特徴（Ｃ１）〜（Ｃ３）、より好ましくは下記特徴（Ｃ１）〜（Ｃ４）のすべてを備えることが好ましい。
（Ｃ１）水、凝固溶媒及び／又は有機極性溶媒に不溶又は難溶であること。
（Ｃ２）熱イミド化工程で分解されること。
（Ｃ３）ポリアミック酸溶液組成物中に極性基を有する高分子化合物（Ｃ）が均質で懸濁していること。
（Ｃ４）ポリアミック酸と相溶しないこと。
【００４４】
極性基を有する高分子化合物（Ｃ）の作用機序については明確でないが、以下のように考えられる。
ｃ１）ポリアミック酸中に前記高分子化合物（Ｃ）が非相溶物として残存する。この高分子化合物（Ｃ）の一部または全部は、凝固溶媒に浸漬又は接触させてポリアミック酸の多孔質膜を作製する際において凝固浴中に溶出し、更には加熱イミド化する工程で分解される。その結果、ポリイミド膜のマクロボイド層の隔壁並びに表面層（ａ）及び（ｂ）において、除去された高分子化合物（Ｃ）が存在していた部分は細孔を形成し、ポリイミド膜の物質透過性が向上する。
及び／又は
ｃ２）ポリアミック酸溶液組成物の凝固を促進するなど、凝固過程に影響を与えることにより、ポリイミド膜の物質透過性が向上する。
【００４５】
なお、ポリアミック酸溶液組成物の製造の際に、溶液が懸濁状になる場合があるが、十分な時間をかけて撹拌することで均質な状態を保つことができれば、本発明のポリイミドの製造に用いることができる。
【００４６】
また、ポリアミック酸溶液組成物の溶液粘度は、流延のしやすさ及びフィルム強度の観点から、好ましくは１０〜１００００ポアズ（１〜１０００Ｐａ・ｓ）、より好ましくは１００〜３０００ポアズ（１０〜３００Ｐａ・ｓ）、更に好ましくは２００〜２０００ポアズ（２０〜２００Ｐａ・ｓ）、特に好ましくは３００〜１０００ポアズ（３０〜１００Ｐａ・ｓ）である。
【００４７】
（流延）
本発明の多孔質ポリイミドの製造方法では、まず、ポリアミック酸溶液組成物を、フィルム状に流延する。流延方法は特に限定されず、例えば、ポリアミック酸溶液組成物をドープ液として使用し、ブレードやＴダイなどを用いてガラス板やステンレス板等の上に、ポリアミック酸溶液組成物をフィルム状に流延することができる。また、連続の可動式のベルト上に、ポリアミック酸溶液組成物をフィルム状に断続的又は連続的に流延して、連続的に個片又は長尺状の流延物を製造することができる。ベルトは、ポリアミック酸溶液組成物及び凝固溶液に影響を受けないものであればよく、ステンレスなどの金属製、ポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂製を用いることができる。また、Ｔダイからフィルム状に成形したポリアミック酸溶液組成物をそのまま凝固浴に投入することもできる。また、必要に応じて流延物の片面又は両面を、水蒸気などを含むガス（空気、不活性ガスなど）と接触させてもよい。
【００４８】
（ポリアミック酸の多孔質膜の作製）
次に、流延物を、水を必須成分とする凝固溶媒に浸漬又は接触させて、ポリアミック酸を析出させて多孔質化を行うことで、ポリアミック酸の多孔質膜を作製する。得られたポリアミック酸の多孔質膜は、必要に応じて洗浄及び／又は乾燥を行う。
【００４９】
水を必須成分とする凝固溶媒は、水、又は５質量％以上１００質量％未満の水と０質量％を超え９５質量％以下の有機極性溶媒との混合液を用いることができる。火災などの安全面、製造原価、及び得られる膜の均質性の確保の観点から、水と有機極性溶媒とを含む凝固溶媒を用いることが好ましい。凝固溶媒に含有してもよい有機極性溶媒としては、ポリアミック酸の貧溶媒であるエタノール、メタノール等のアルコ−ル類、アセトン等が挙げられる。
【００５０】
凝固溶媒が水と有機極性溶媒との混合液である場合、凝固溶媒１００質量％中の水の含有量は、好ましくは５質量％以上１００質量％未満、より好ましくは２０質量％以上１００質量％未満、更に好ましくは３０〜９５質量％、特に好ましくは４５〜９０質量％である。凝固溶媒１００質量％中の有機極性溶媒の含有量は、好ましくは０質量％を超え９５質量％以下、より好ましくは０質量％を超え８０質量％以下、更に好ましくは５〜７０質量％、特に好ましくは１０〜５５質量％である。
【００５１】
凝固溶媒の温度は、目的に応じて適宜選択して用いればよく、例えば−３０〜７０℃、好ましくは０〜６０℃、さらに好ましくは１０〜５０℃の範囲で行うことが好ましい。
【００５２】
（イミド化処理）
次に、得られたポリアミック酸の多孔質膜をイミド化して多孔質ポリイミド膜を製造する。イミド化としては、熱イミド化処理、化学イミド化処理等を挙げることができるが、本発明では熱イミド化処理が行われる。
【００５３】
（熱イミド化処理）
熱イミド化処理は、例えば、ポリアミック酸の多孔質膜を、ピン、チャック若しくはピンチロールなどを用いて熱収縮により平滑性が損なわれないように支持体に固定し、大気中にて加熱することにより行うことができる。反応条件は、例えば２８０〜６００℃、好ましくは３５０〜５５０℃の加熱温度で、２〜１２０分間、好ましくは３〜９０分間、さらに好ましくは５〜６０分の加熱時間から適宜選択して行うことが好ましい。
【００５４】
本発明の方法では、熱イミド化処理において２００℃以上の温度域での昇温速度が、好ましくは２５℃／分未満、さらに好ましくは２０℃／分以下で行うことにより、イミド化反応が顕著に起こる２００℃以上の温度域において上記の昇温速度で加熱することにより、本発明の多孔質ポリイミド膜を得ることができる。
【００５５】
なお、極性基を有する高分子化合物（Ｃ）を含むポリアミック酸溶液組成物を用いる場合には、ポリアミック酸の多孔質膜を前記高分子化合物（Ｃ）の熱分解開始温度以上に加熱して熱イミド化することが好ましい。前記高分子化合物（Ｃ）の熱分解開始温度は、例えば、熱重量測定装置（ＴＧＡ）を用いて、空気中、１０℃／分の条件で測定することができる。
【００５６】
本発明の多孔質ポリイミド膜は、ポリアミック酸溶液或いはポリイミド溶液を介して製造する場合、用いるポリマーの種類、ポリマー溶液のポリマー濃度、粘度、有機溶液など、凝固条件（溶媒置換速度調整層の種類、温度、凝固溶媒など）などを適宜選択することにより、空孔率、膜厚、表面の平均孔径、最大孔径、中央部の平均孔径などを適宜設計することができる。
【００５７】
本発明の多孔質ポリイミド膜は、目的に応じて少なくとも片面をコロナ放電処理、低温プラズマ放電或いは常圧プラズマ放電などのプラズマ放電処理、化学エッチングなどを施すことにより、膜の表面処理を行ってもよい。また、表面層（ａ）及び／又は（ｂ）を面削りして用いてもよい。これらの処理により膜の物質透過性、表面孔径、濡れ性を制御することができる。
【００５８】
本発明の多孔質ポリイミド膜は、気体などの物質透過性に優れるために、気体用フィルタ、液体用フィルタ、通気部品などの用途に好適に用いることができる。
また、ポリイミドは他のプラスチックに比べて耐熱性に優れるため、本発明の多孔質ポリイミド膜は２５０℃以上の使用温度領域でも使用することができる。具体例としては、携帯電話のマイク等の音響部品の保護膜が挙げられ、ハンダ加工時に熱履歴をかけても破壊されない。また、耐熱フィルタとしても利用することができる。従来用いられているアラミド不織布からなる耐熱フィルタは、使用により熱劣化し、中に含まれているバインダーが炭化して粉塵の発生源となりうるが、本発明の多孔質ポリイミド膜を用いた耐熱フィルタではそのような問題が生じることはない。また、車体塗装ブース内の熱風循環ラインに用の防塵耐熱フィルタにも用いることができる。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６０】
（多孔質ポリイミド膜の評価）
１）膜厚
膜厚みの測定は、接触式の厚み計で行った。
【００６１】
２）気体透過性
ガーレー値（０．８７９ｇ／ｍ2の圧力下で１００ｃｃの空気が膜を透過するのに要する秒数）の測定は、ＪＩＳ Ｐ８１１７に準拠して行った。
【００６２】
３）寸法安定性
寸法安定性の測定は、２００℃で２時間の条件で、ＡＳＴＭ Ｄ１２０４に準拠して行った。
【００６３】
４）表面の平均孔径
多孔質フィルム表面の走査型電子顕微鏡写真より、２００点以上の開孔部について孔面積を測定し、該孔面積の平均値から下式（１）に従って孔の形状が真円であるとした際の平均直径を計算より求めた。
【数１】
（式中、Ｓａは孔面積の平均値を意味する。）
【００６４】
５）表面の最大孔径
多孔質フィルム表面の走査型電子顕微鏡写真より、２００点以上の開孔部について孔面積を測定し、該孔面積から孔の形状が真円であるとした際の直径を計算し、その最大値を最大孔径とした。
【００６５】
６）空孔率
所定の大きさに切り取った多孔質フィルムの膜厚及び質量を測定し、目付質量から空孔率を下式（２）によって求めた。
【数２】
（式中、Ｓは多孔質フィルムの面積、ｄは膜厚、ｗは測定した質量、Ｄはポリイミドの密度をそれぞれ意味する。ポリイミドの密度は１．３４ｇ／ｃｍ3とする。）
【００６６】
７）ガラス転移温度（℃）
固体粘弾性アナライザーを用いて、引張モード、周波数１０Ｈｚ、ひずみ２％、窒素ガス雰囲気の条件で動的粘弾性測定を行い、その温度分散プロファイルにおいて損失正接が極大値を示す温度をガラス転移温度とした。
【００６７】
８）溶液粘度
溶液粘度の測定は、Ｅ型回転粘度計で行った。以下に測定手順を示す。
（ｉ）製造例で調製したポリアミック酸溶液を密閉容器に入れ、３０℃の恒温槽に１０時間保持した。
（ｉｉ）Ｅ型粘度計（東京計器製、高粘度用（ＥＨＤ型）円錐平板型回転式、コーンローター：１°３４’）を用い、（ｉ）で準備したポリアミック酸溶液を測定溶液として、温度３０±０．１℃の条件で測定した。３回測定を行い、平均値を採用した。測定点に５％以上のばらつきがあった場合は、さらに２回の測定を行い５点の平均値を採用した。
【００６８】
９）２５０℃、１５分で、０．５ＭＰａの圧縮応力負荷試験
測定する膜を３ｃｍ角の正方形に切り出し、格子状に９点にマジックで目印を付け接触式の厚み計で膜厚みを測定した。次に、平行度±１０μｍ未満、温度分布±１℃の圧縮盤である高精度ホットプレスを用いて、測定対象膜を２５０℃、１５分、０．５ＭＰａの条件で圧縮した。続いて、膜を室温のＳＵＳ板の上に３０分間静置した後に、接触式の膜厚み計で目印部分の膜厚みを測定した。９点での圧縮前後の膜厚みの変化率を下式（３）によって求めた。９点の平均値を膜厚み変化率とした。
【数３】
【００６９】
製造例１
（ポリアミック酸溶液組成物Ａの調製）
５００ｍｌのセパラブルフラスコに、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を溶媒として用いて、酸無水物として３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ｓ−ＢＰＤＡ）を、ジアミンとして４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを、モル比がほぼ１、ポリマー濃度が８質量％になる量を測り取って投入した。その後、撹拌羽、窒素導入管、排気管を取り付けたセパラブルカバーで蓋をし、撹拌を開始した。２３時間後、安息香酸をポリアミック酸１００質量部に対して３０質量部の量を、３，３’、４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸をポリアミック酸１００質量部に対して１質量部の量をそれぞれフラスコ内に添加し、撹拌操作を継続した。３０時間後に撹拌を終了し、フラスコ内のドープを加圧ろ過器（濾紙:アドバンテック東洋（株）製:粘稠液用濾紙Ｎｏ．６０）でろ過して、ポリアミック酸溶液組成物Ａを得た。溶液組成物Ａは粘稠な懸濁液体で、粘度は５４０ポアズ（５４Ｐａ・ｓ）（２５℃）であった。
【００７０】
製造例２
（ポリアミック酸溶液組成物Ｃの調製）
安息香酸を添加しなかったこと以外は製造例１と同様にして、ポリアミック酸溶液組成物Ｃを得た。溶液組成物Ｃは粘稠な懸濁液体であった。
【００７１】
実施例１
室温下で、卓上の自動コーターを用いて、表面に鏡面研磨を施したステンレス製の２０ｃｍ角の基板上に、製造例１で調製したポリアミック酸溶液組成物Ａを厚さ約１５０μｍで、均一に流延塗布した。その後、９０秒間、温度２３℃、湿度４０％の大気中に放置し、その後、凝固浴（水７５質量部／ＮＭＰ２５質量部、室温）中に基板全体を投入した。投入後、８分間静置し、基板上にポリアミック酸膜を析出させた。その後、基板を浴中から取りだし、基板上に析出したポリアミック酸膜を剥離した後に、純水中に３分間浸漬し、ポリアミック酸膜を得た。このポリアミック酸膜を温度２３℃、湿度４０％の大気中で乾燥させた後、１０ｃｍ角のピンテンターに張りつけて電気炉内にセットした。約１０℃／分の昇温速度で１５０℃まで加熱し、その後２０℃／分の昇温速度で３８０℃まで加熱し、そのまま３分間保持する温度プロファイルで熱処理を行い、多孔質ポリイミド膜を得た。
得られた多孔質ポリイミド膜は、膜厚みが２６μｍ、空孔率が６５％、ガーレー値が２４秒であった。結果を表１に示す。
【００７２】
多孔質ポリイミド膜の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、膜横方向の長さ１０μｍ以上のマクロボイドが多数確認でき、
・横方向の長さ５μｍ以上のボイド中、横方向の長さ（Ｌ）と膜厚み方向の長さ（ｄ）との比がＬ／ｄ＝０．５〜３の範囲に入るボイドの数が７０％以上であることを確認できた。
・膜横方向の長さ１０μｍ以上のマクロボイドを多数有し、その断面積が総断面積の７０％以上であることを確認できた。
多孔質ポリイミド膜のガラス転移温度は、約２８０℃であり、寸法安定性は２００℃で１％以内であった。２５０℃、１５分、０．５ＭＰａの圧縮応力負荷後の膜厚み変化率は、１％以下であった。
【００７３】
また、多孔質ポリイミド膜の表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、基板側の表面には連通する孔を多数有する多孔質構造であり、平均孔径が２．６μｍであり、表面開口率は１％であることを確認した。また、他方の表面は、平均孔径が４．８μｍであり、表面開口率は６％であることを確認した。
【００７４】
比較例１
ポリアミック酸溶液組成物Ａをポリアミック酸溶液組成物Ｃに変更したこと以外は実施例１と同様にして、多孔質ポリイミド膜を得た。得られた多孔質ポリイミド膜は、膜厚みが２４μｍ、空孔率が５５％、ガーレー値が７５秒であった。結果を表１に示す。
【００７５】
比較例１で得られた多孔質ポリイミド膜の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、２つの表面層及びそれに挟まれたマクロボイド層という三層構造が存在せず、また、マクロボイドがほとんど存在していないことが観察できた。
【００７６】
【表１】
【００７７】
表１から、極性基を有する有機化合物（Ｂ）を含有しないアミック酸溶液組成物Ｃを用いてポリアミック酸の多孔質膜を作製した比較例１では、２つの表面層及びそれに挟まれたマクロボイド層という三層構造からなる、物質透過性に優れた多孔質ポリイミド膜を製造することができないことがわかる。
これに対し、実施例１の多孔質ポリイミド膜は、２つの表面層及びそれに挟まれたマクロボイド層という三層構造からなり、表面層に、平均孔径０．０１〜５μｍであり互いに連通する複数の細孔を有しており、ガーレー値が低く、物質透過性に優れる。
【００７８】
比較例２及び３
市販のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）不織布、及びメンブレンフィルタ（ミリポア社製、商品名：ＯＭＮＩＰＯＲＥ、フィルタタイプ：１０μｍＪＣ）について、２５０℃、１５分、０．５ＭＰａの圧縮応力負荷後の膜厚み変化率を測定した。膜厚み変化率はそれぞれ、５２％、７８％であった。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の多孔質ポリイミド膜は、気体などの物質透過性に優れ、気体用フィルタ、液体用フィルタ、通気部品などの用途に好適に用いることができる。また、本発明の多孔質ポリイミド膜は、耐熱性に優れ、２５０℃以上の使用温度領域でも使用することができ、音響部品保護膜、耐熱フィルタ等の用途にも好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 多孔質ポリイミド膜
２ 表面層（ａ）
２５ 細孔
３ マクロボイド層
３１ マクロボイド
３２ 隔壁（支持部）
３５ 細孔
４ 表面層（ｂ）
４５ 細孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質ポリイミド膜及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質ポリイミド膜は、電池用セパレータや電解コンデンサ用隔膜用、集塵、精密濾過、分離などに用いられている。例えば、特許文献１には、直径約０．１〜５μｍの互いに連通した貫通孔を多数有する多孔膜ポリイミドが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１０６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、従来の多孔質ポリイミド膜よりも気体などの物質透過性に優れ、空孔率の高い、両表面の平滑性が優れ、相対的に強度が高く、高空孔率にもかかわらず膜厚み方向への圧縮応力に対する耐力に優れるマクロボイドを多数有する多孔質ポリイミド膜及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下の多孔質ポリイミド膜及びその製造方法を提供するものである。
［１］２つの表面層（ａ）及び（ｂ）と、当該表面層（ａ）及び（ｂ）の間に挟まれたマクロボイド層とを有する三層構造の多孔質ポリイミド膜であって、
前記マクロボイド層は、前記表面層（ａ）及び（ｂ）に結合した隔壁と、当該隔壁並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）に囲まれた、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍである複数のマクロボイドとを有し、
前記のマクロボイド層の隔壁、並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、厚さが０．１〜５０μｍであり、平均孔径０．０１〜５μｍの複数の細孔を有し、当該細孔同士が連通し更に前記マクロボイドに連通しており、
総膜厚が５〜５００μｍであり、空孔率が６０％以上７０％未満である、多孔質ポリイミド膜。
［２］前記マクロボイド層は、前記表面層（ａ）側及び／又は前記表面層（ｂ）側から観察して、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍである複数のマクロボイドを有している、［１］に記載の多孔質ポリイミド膜。
［３］前記のマクロボイド層の隔壁、並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）の厚さが略同一である、［１］又は［２］に記載の多孔質ポリイミド膜。
［４］ガーレー値が３０秒以下である、［１］〜［３］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
［５］２５０℃、１５分、０．５ＭＰａの圧縮応力負荷後の膜厚み変化率が５％以下である、［１］〜［４］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
［６］前記多孔質ポリイミド膜を膜平面方向に対して垂直に切断したときの断面において、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍのマクロボイドの断面積が膜断面積の５０％以上である、［１］〜［５］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
［７］前記多孔質ポリイミド膜を膜平面方向に対して垂直に切断したときの断面において、前記マクロボイドの６０％以上が、膜平面方向の長さ（Ｌ）と膜厚み方向の長さ（ｄ）との比（Ｌ／ｄ）が０．５〜３の範囲内にある、［１］〜［６］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
［８］ガラス転移温度が、２４０℃以上であるか、又は３００℃以上で明確な転移点がない、［１］〜［７］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
【０００６】
［９］［１］〜［８］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法であって、
テトラカルボン酸単位及びジアミン単位からなるポリアミック酸０．３〜６０質量％と有機極性溶媒４０〜９９．７質量％とからなるポリアミック酸溶液（Ａ）、及び前記ポリアミック酸１００質量部に対して０．１〜２００質量部の、極性基を有する有機化合物（Ｂ）を含有するポリアミック酸溶液組成物を、フィルム状に流延し、水を必須成分とする凝固溶媒に浸漬又は接触させて、ポリアミック酸の多孔質膜を作製する工程、及び
前記工程で得られたポリアミック酸の多孔質膜を熱処理してイミド化する工程
を含み、前記の極性基を有する有機化合物（Ｂ）が、前記ポリアミック酸溶液組成物のフィルム状流延物に水の浸入を促進させる有機化合物である、多孔質ポリイミド膜の製造方法。
［１０］前記ポリアミック酸が、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物及びピロメリット酸二無水物からなる群から選ばれる少なくとも一種のテトラカルボン酸二無水物と、ベンゼンジアミン、ジアミノジフェニルエーテル及びビス（アミノフェノキシ）フェニルからなる群から選ばれる少なくとも一種のジアミンとから得られる、［９］に記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
［１１］前記の極性基を有する有機化合物（Ｂ）が安息香酸である、［９］又は［１０］に記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
［１２］ポリアミック酸の多孔質膜を熱処理してイミド化する工程において、２００℃以上の温度域での昇温速度が２５℃／分未満である、［９］〜［１１］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
［１３］前記の水を必須成分とする凝固溶媒が、水であるか、又は５質量％以上１００質量％未満の水と０質量％を超え９５質量％以下の有機極性溶媒との混合液である、［９］〜［１２］のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の多孔質ポリイミド膜は、
１）膜の断面構造は大部分が対称構造であり、各種平膜材料として使う場合に非常に利用しやすく、
２）大きな空孔率を得ることができ、例えば絶縁基板として用いると誘電率を低くすることができ、
３）両表面及び支持層ともに、一方の表面から他方の表面に至る連通孔を有するために、物質の充填や移動が容易であり、
４）マクロボイドを有するために物質の充填量を大きくすることができ、
５）両表面の平滑性に優れ、
６）両表面層と支持部とが大部分がラダー構造であるため、かさ密度に比して相対的に強度が高く、高空孔率にもかかわらず膜厚み方向への圧縮応力に対して耐力があり寸法安定性が高く、２５０℃、１５分、０．５ＭＰａの圧縮応力負荷後の膜厚み変化率が小さい、などの優れた効果を有する。
また、本発明の多孔質ポリイミド膜の製造方法は、本発明の多孔質ポリイミド膜を簡便かつ効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（ａ）は、本発明の多孔質ポリイミド膜の好ましい一実施態様の平面断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】図２は、本発明の多孔質ポリイミド膜の好ましい一実施態様の拡大側面断面図である。
【図３】図３は、本発明の多孔質ポリイミド膜の好ましい一実施態様の側面断面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】図４は、図３のハニカムサンドウィッチ構造の拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の多孔質ポリイミド膜の好ましい実施態様について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は、本発明の多孔質ポリイミド膜の好ましい一実施態様の平面断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図２は、本発明の多孔質ポリイミド膜の好ましい一実施態様の拡大側面断面図である。図３は、本発明の多孔質ポリイミド膜の好ましい一実施態様の側面断面の走査型電子顕微鏡写真である。図４は、図３のハニカムサンドウィッチ構造の拡大写真である。
図１及び２に示すように、本発明の多孔質ポリイミド膜１は、２つの表面層２及び４（表面層（ａ）及び（ｂ））と、当該表面層２及び４の間に挟まれたマクロボイド層３とを有する三層構造の多孔質ポリイミド膜である。
【００１０】
表面層２及び４の厚さはそれぞれ、０．１〜５０μｍであり、ポリイミド膜の強度の観点から、好ましくは０．５〜１０μｍ、より好ましくは１〜９μｍ、更に好ましくは２〜８μｍ、特に好ましくは２〜７μｍである。ポリイミド膜を各種平膜材料として使う観点からは、表面層２及び４の厚さは略同一であることが好ましい。
【００１１】
表面層２及び４はそれぞれ、複数の細孔２５及び４５を有する。細孔２５及び４５の平均孔径は０．０１〜５μｍであり、好ましくは０．１〜５μｍ、より好ましくは１〜５μｍ、更に好ましくは２〜５μｍである。また、細孔２５及び４５の最大孔径は、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは０．１〜５μｍ、更に好ましくは０．１〜３μｍである。当該細孔同士は互いに連通し、更にマクロボイド３１に連通している。
このように、本発明のポリイミド膜は、一方の表面から他方の表面に至る連通孔を有するために物質の充填や移動が容易であり、気体等の物質透過性に優れる。その一方で、膜表面に形成された細孔の平均孔径が小さいため所定のサイズの物質のみを通過させることができ、本発明のポリイミド膜はフィルタリング機能を有する。また、膜表面に形成された細孔の平均孔径が小さいため、本発明のポリイミド膜の膜表面は平滑性が優れる。
【００１２】
マクロボイド層３は、複数のマクロボイド３１と、マクロボイド３１同士を隔てる隔壁３２とを有する。マクロボイド３１は、隔壁３２並びに表面層２及び４によって囲まれた空間であり、膜平面方向の平均孔径は１０〜５００μｍであり、好ましくは１０〜１００μｍ、より好ましくは１０〜８０μｍである。マクロボイド層３を膜平面方向に対して平行に切断したときの断面は、図１（ａ）に模式的に示すように、ハニカム構造またはそれに類似する構造であり、所定の孔径を有する複数のマクロボイドが隔壁を挟んで密接して存在している。すなわち、本発明のポリイミド膜は、いわゆる「ハニカムサンドウィッチ構造」を有する。なお、本明細書における「ハニカム構造」とは、個々に区分された多数の空間部が密集している構造を意味するにすぎず、前記空間部が正確に断面六角形になった構造のみを意味するものではない。
マクロボイド３１により、本発明のポリイミド膜は大きな空間を有し、空孔率が高い。そのため、例えば絶縁基板として用いた場合には誘電率を低くすることができ、また、物質をボイド中に充填する場合にはその充填量を大きくすることができる。
【００１３】
マクロボイド３１同士を隔てる隔壁３２の厚さは、０．１〜５０μｍであり、ポリイミド膜１の強度及びマクロボイド３１同士の連通性の観点から、好ましくは１〜１５μｍ、より好ましくは２〜１２μｍ、更に好ましくは３〜１０μｍ、特に好ましくは４〜８μｍである。隔壁３２と表面層２及び４との厚さは略同一であることが好ましい。
【００１４】
隔壁３２は、表面層２及び４と同様に、複数の細孔３５を有する。細孔３５の平均孔径は０．０１〜５μｍであり、好ましくは０．０１〜３μｍ、より好ましくは０．０２〜２μｍである。また、細孔３５の最大孔径は、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは０．１〜５μｍ、更に好ましくは０．１〜３μｍである。当該細孔同士は互いに連通し、更にマクロボイド３１に連通している。
このように、本発明のポリイミド膜は、マクロボイド同士も連通しており、物質の充填や移動が容易であり、気体等の物質透過性に優れる。その一方で、隔膜に形成された細孔の平均孔径が小さいためマクロボイド中に物質を閉じ込めることができる。
【００１５】
図１（ｂ）及び２〜４に示すように、隔壁３２は、表面層２及び４に結合している。隔壁３２は、マクロボイド３１同士を隔てる役割を有すると共に、表面層２及び４を支持する支持部としての役割を有する。このため、本発明のポリイミド膜は、高空孔率にもかかわらず膜厚み方向への圧縮応力に対して耐力があり、寸法安定性が高い。
特に図３及び４に示すように、本発明のポリイミド膜を膜平面方向に対して垂直に切断したときの断面において、隔壁３２並びに表面層２及び４はラダー形状に構成されている。すなわち、隔壁３２は、ほぼ一定の間隔で、膜平面方向に対してほぼ垂直方向に形成されて表面層２及び４に結合している。
【００１６】
物質透過性の観点から、本発明のポリイミド膜を膜平面方向に対して垂直に切断した断面において、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍのマクロボイドの断面積は、膜断面積に対して好ましくは５０％以上、より好ましくは６０％以上、更に好ましくは７０％以上、特に好ましくは７５％以上であり、また、好ましくは９８％以下、より好ましくは９５％以下、更に好ましくは９０％以下、特に好ましくは８０％以下である。
【００１７】
また、物質透過性、軽量性、及び膜の構造保持性の観点から、本発明のポリイミド膜を膜平面方向に対して垂直に切断した断面において、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍのマクロボイドの膜平面方向の長さ（Ｌ）と膜厚み方向の長さ（ｄ）との比（Ｌ／ｄ）は、好ましくは０．５〜３、より好ましくはＬ／ｄ＝０．８〜３、更に好ましくはＬ／ｄ＝１〜３、特に好ましくはＬ／ｄ＝１．２〜３の範囲内である。そして、そのようなＬ／ｄを満たす前記マクロボイドの数が、６０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、７５〜１００％であることが更に好ましい。なお、図４に示すように、マクロボイドの膜厚み方向の長さ（ｄ）は、マクロボイドの膜厚み方向の最大長さであり、マクロボイドの膜平面方向の長さ（Ｌ）は、マクロボイドの膜平面方向の最大長さである。
【００１８】
本発明のポリイミド膜の総膜厚は５〜５００μｍであり、力学強度の観点から、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上、更に好ましくは２５μｍ以上であり、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下、更に好ましくは５０μｍ以下である。
また、本発明のポリイミド膜の空孔率は６０％以上７０％未満であり、物質透過性、力学強度、及び膜の構造保持性の観点から、好ましくは６０〜６８％、より好ましくは６２〜６６％の範囲である。
また、通気性の観点から、本発明のポリイミド膜のガーレー値（０．８７９ｇ／ｍ2の圧力下で１００ｃｃの空気が膜を透過するのに要する秒数）は、好ましくは３０秒以下、より好ましくは２５秒以下、更に好ましくは２秒以下であり、下限値は特に限定されないが、好ましくは測定限界以上である。ガーレー値は、ＪＩＳ Ｐ８１１７に準拠して測定することができる。本発明のポリイミド膜は、通気性が非常に優れる。
【００１９】
本発明のポリイミド膜は、２５０℃、１５分、０．５ＭＰａの圧縮応力負荷後の膜厚み変化率が、好ましくは５％以下、より好ましくは３％以下、更に好ましくは０〜１％である。また、ＡＳＴＭ Ｄ１２０４に準拠した２００℃、２時間での膜平面方向における寸法安定性が、好ましくは±１％以内、より好ましくは±０．８％以内、更に好ましくは±０．５％以内である。
また、本発明のポリイミド膜は、耐熱性、高温下での寸法安定性の観点から、ガラス転移温度が、２４０℃以上であるか、又は３００℃以上で明確な転移点がないことが好ましい。
【００２０】
本発明の多孔質ポリイミド膜は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとから得られるポリイミドを主たる成分とする多孔質ポリイミド膜であり、好ましくはテトラカルボン酸二無水物とジアミンとから得られるポリイミドからなる多孔質ポリイミド膜である。
【００２１】
テトラカルボン酸二無水物は、任意のテトラカルボン酸二無水物を用いることができ、所望の特性などに応じて適宜選択することができる。テトラカルボン酸二無水物の具体例として、ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ｓ−ＢＰＤＡ）、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ａ−ＢＰＤＡ）などのビフェニルテトラカルボン酸二無水物、オキシジフタル酸二無水物、ジフェニルスルホン−３，４，３’，４’−テトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルフィド二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン二無水物、２，３，３’，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、ｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）、ｐ−ビフェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）、ｍ−ターフェニル−３，４，３’，４’−テトラカルボン酸二無水物、ｐ−ターフェニル−３，４，３’，４’−テトラカルボン酸二無水物、１，３−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ベンゼン二無水物、１，４−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ベンゼン二無水物、１，４−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ビフェニル二無水物、２，２−ビス〔（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル〕プロパン二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、４，４’−（２，２−ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸二無水物等を挙げることができる。また、２，３，３’，４’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸等の芳香族テトラカルボン酸を用いることも好ましい。これらは単独でも、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００２２】
これらの中でも、特に、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物及びピロメリット酸二無水物からなる群から選ばれる少なくとも一種の芳香族テトラカルボン酸二無水物が好ましい。ビフェニルテトラカルボン酸二無水物としては、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を好適に用いることができる。
【００２３】
ジアミンは、任意のジアミンを用いることができる。ジアミンの具体例として、以下のものを挙げることができる。
【００２４】
１）１，４−ジアミノベンゼン（パラフェニレンジアミン）、１，３−ジアミノベンゼン、２，４−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエンなどのベンゼン核１つのべンゼンジアミン、
【００２５】
２）４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルなどのジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、２，２’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジカルボキシ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、４，４’−ジアミノベンズアニリド、３，３’−ジクロロベンジジン、３，３’−ジメチルベンジジン、２，２’−ジメチルベンジジン、３，３’−ジメトキシベンジジン、２，２’−ジメトキシベンジジン、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，３’−ジアミノジフェニルスルフィド、３，４’−ジアミノジフェニルスルフィド、４，４’−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、３，４’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジアミノ−４，４’−ジクロロベンゾフェノン、３，３’−ジアミノ−４，４’−ジメトキシベンゾフェノン、３，３’−ジアミノジフェニルメタン、３，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、２，２−ビス（３−アミノフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）プロパン、２，２−ビス（３−アミノフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホキシド、３，４’−ジアミノジフェニルスルホキシド、４，４’−ジアミノジフェニルスルホキシドなどのベンゼン核２つのジアミン、
【００２６】
３）１，３−ビス（３−アミノフェニル）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェニル）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノフェニル）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェニル）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、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）−４−トリフルオロメチルベンゼン、３，３’−ジアミノ−４−（４−フェニル）フェノキシベンゾフェノン、３，３’−ジアミノ−４，４’−ジ（４−フェニルフェノキシ）ベンゾフェノン、１，３−ビス（３−アミノフェニルスルフィド）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェニルスルフィド）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェニルスルフィド）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェニルスルホン）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェニルスルホン）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェニルスルホン）ベンゼン、１，３−ビス〔２−（４−アミノフェニル）イソプロピル〕ベンゼン、１，４−ビス〔２−（３−アミノフェニル）イソプロピル〕ベンゼン、１，４−ビス〔２−（４−アミノフェニル）イソプロピル〕ベンゼンなどのベンゼン核３つのジアミン、
【００２７】
４）３，３’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、３，３’−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕エーテル、ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕エーテル、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕エーテル、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕エーテル、ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕ケトン、ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕ケトン、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕ケトン、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕ケトン、ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン、ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン、ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕メタン、ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕メタン、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕メタン、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕メタン、２，２−ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、２，２−ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、２，２−ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパンなどのベンゼン核４つのジアミン。
【００２８】
これらは単独でも、２種以上を混合して用いることもできる。用いるジアミンは、所望の特性などに応じて適宜選択することができる。
【００２９】
これらの中でも、芳香族ジアミン化合物が好ましく、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル及びパラフェニレンジアミン、１，３−ビス（３−アミノフェニル）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェニル）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノフェニル）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェニル）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）ベンゼンを好適に用いることができる。特に、ベンゼンジアミン、ジアミノジフェニルエーテル及びビス（アミノフェノキシ）フェニルからなる群から選ばれる少なくとも一種のジアミンが好ましい。
【００３０】
多孔質ポリイミド膜は、耐熱性、高温下での寸法安定性の観点から、ガラス転移温度が２４０℃以上であるか、又は３００℃以上で明確な転移点がないテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを組み合わせて得られるポリイミドから形成されていることが好ましい。
【００３１】
本発明の多孔質ポリイミド膜は、耐熱性、高温下での寸法安定性の観点から、以下の芳香族ポリイミドからなる多孔質ポリイミド膜であることが好ましい。
（ｉ）ビフェニルテトラカルボン酸単位及びピロメリット酸単位からなる群から選ばれる少なくとも一種のテトラカルボン酸単位と、芳香族ジアミン単位とからなる芳香族ポリイミド、
（ii）テトラカルボン酸単位と、ベンゼンジアミン単位、ジアミノジフェニルエーテル単位及びビス（アミノフェノキシ）フェニル単位からなる群から選ばれる少なくとも一種の芳香族ジアミン単位とからなる芳香族ポリイミド、
及び／又は、
（iii）ビフェニルテトラカルボン酸単位及びピロメリット酸単位からなる群から選ばれる少なくとも一種のテトラカルボン酸単位と、ベンゼンジアミン単位、ジアミノジフェニルエーテル単位及びビス（アミノフェノキシ）フェニル単位からなる群から選ばれる少なくとも一種の芳香族ジアミン単位とからなる芳香族ポリイミド。
【００３２】
次に、本発明の多孔質ポリイミド膜の製造方法について説明する。
本発明の多孔質ポリイミド膜の製造方法は、テトラカルボン酸単位及びジアミン単位からなるポリアミック酸０．３〜６０質量％と有機極性溶媒４０〜９９．７質量％とからなるポリアミック酸溶液（Ａ）、及び前記ポリアミック酸１００質量部に対して０．１〜２００質量部の、極性基を有する有機化合物（Ｂ）又は側鎖に極性基を有する高分子化合物（Ｃ）を含有するポリアミック酸溶液組成物を、フィルム状に流延し、水を必須成分とする凝固溶媒に浸漬又は接触させて、ポリアミック酸の多孔質膜を作製する工程、及び前記工程で得られたポリアミック酸の多孔質膜を熱処理してイミド化する工程を含む。ここで、前記の極性基を有する有機化合物（Ｂ）は、前記ポリアミック酸溶液組成物のフィルム状流延物に水の浸入を促進させる有機化合物である。
【００３３】
ポリアミック酸とは、テトラカルボン酸単位及びジアミン単位からなり、ポリイミド前駆体或いはその部分的にイミド化したポリイミド前駆体である。ポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを重合することで得ることができる。ポリアミック酸を熱イミド化若しくは化学イミド化することにより、閉環してポリイミドとすることができる。本発明におけるポリイミドは、イミド化率が約８０％以上、好ましくは８５％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上であることが好ましい。
【００３４】
ポリアミック酸を重合するための溶媒としては任意の有機極性溶媒を用いることができ、ｐ−クロロフェノール、ｏ−クロルフェノール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ピリジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、フェノール、クレゾールなどの有機極性溶媒などを用いることができ、特にＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）を好ましく用いることができる。テトラカルボン酸二無水物及びジアミンは、上述したものを好ましく用いることができる。
【００３５】
ポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物、ジアミン、及び上記の有機極性溶媒などを用いて任意の方法で製造することができる。例えば、テトラカルボン酸二無水物とジアミンと略等モルで、好ましくは約１００℃以下、より好ましくは８０℃以下、更に好ましくは０〜６０℃、特に好ましくは２０〜６０℃の温度で、好ましくは約０．２時間以上、より好ましくは０．３〜６０時間反応させることで、ポリアミック酸溶液を製造することができる。
ポリアミック酸溶液を製造するときに、分子量を調整する目的で、任意の分子量調整成分を反応溶液に加えてもよい。
ポリアミック酸の対数粘度（３０℃、濃度；０．５ｇ／１００ｍＬ、溶媒；ＮＭＰ）は、本発明の多孔質ポリイミド膜が製造できる粘度であればよい。本発明の方法では、前記対数粘度が好ましくは０．３以上、より好ましくは０．５〜７であるポリアミック酸を用いることが好ましい。
ポリアミック酸は、アミック酸の一部がイミド化していても、本発明に影響を及ぼさない範囲であればそれを用いることができる。
【００３６】
ポリアミック酸溶液（Ａ）は、ポリアミック酸０．３〜６０質量％と有機極性溶媒４０〜９９．７質量％とからなる。ポリアミック酸の含有量が０．３質量％未満だと多孔質ポリイミド膜を作製した際のフィルム強度が低下し、６０質量％を超えると多孔質ポリイミド膜の物質透過性が低下する。ポリアミック酸溶液（Ａ）におけるポリアミック酸の含有量は、好ましくは１〜３０質量％、より好ましくは２〜１５質量％、更に好ましくは５〜１０質量％であり、ポリアミック酸溶液（Ａ）における有機極性溶媒の含有量は、好ましくは７０〜９９質量％、より好ましくは８５〜９８質量％、更に好ましくは９０〜９５質量％である。
ポリアミック酸溶液（Ａ）は、有機極性溶媒の存在下でテトラカルボン酸二無水物とジアミンを重合反応させて得られる溶液であってもよく、ポリアミック酸を有機極性溶媒に溶解させて得られる溶液であってもよい。
【００３７】
ポリアミック酸溶液組成物は、ポリアミック酸溶液（Ａ）と極性基を有する有機化合物（Ｂ）とを含有する組成物、ポリアミック酸溶液（Ａ）と極性基を有する高分子化合物（Ｃ）とを含有する組成物、ポリアミック酸溶液（Ａ）と極性基を有する有機化合物（Ｂ）と極性基を有する高分子化合物（Ｃ）とを含有する組成物を挙げることができ、好ましくはポリアミック酸溶液（Ａ）と極性基を有する有機化合物（Ｂ）とを含有する組成物、又はポリアミック酸溶液（Ａ）と極性基を有する高分子化合物（Ｃ）とを含有する組成物である。
極性基を有する有機化合物（Ｂ）及び極性基を有する高分子化合物（Ｃ）は、ポリアミック酸溶液組成物のフィルム状流延物への水の浸入を促進させる有機化合物である。ポリアミック酸溶液組成物のフィルム状流延物への水の浸入を促進させることで、ポリイミド膜中に平均孔径が１０〜５００μｍのマクロボイドを形成することができる。
【００３８】
極性基を有する有機化合物（Ｂ）は、ポリアミック酸溶液組成物のフィルム状流延物を凝固浴に浸漬する工程において、ポリアミック酸の凝固が、極性基を有する有機化合物（Ｂ）を含有しないポリアミック酸溶液組成物におけるポリアミック酸の凝固過程と比較して促進される効果が認められるものであればよく、特に凝固浴と接触する面から内部へと膜厚み方向に速やかに凝固化を促進する効果を有するものであることが好ましい。したがって、極性基を有する有機化合物（Ｂ）は、上記の特性上、ポリアミック酸と反応しないか又は反応しにくい化合物であることが好ましい。
【００３９】
極性基を有する有機化合物（Ｂ）としては、例えば安息香酸、フタル酸などのカルボン酸基を有する有機化合物、ニトリル基を有する有機化合物、水酸基を有する有機化合物、スルホン酸基を有する有機化合物などを用いることができ、これらは単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。特に極性基を有する有機化合物としては、安息香酸、フタル酸などのカルボン酸基を有する有機化合物が好ましい。
【００４０】
極性基を有する高分子化合物（Ｃ）は、ポリアミック酸溶液組成物のフィルム状流延物を凝固浴に浸漬する工程において、ポリアミック酸の凝固が、前記高分子化合物（Ｃ）を含有しないポリアミック酸溶液組成物におけるポリアミック酸の凝固過程と比較して促進される効果が認められるものであればよく、特に凝固浴と接触する面から内部へと膜厚み方向に速やかに凝固化を促進する効果を有するものであることが好ましい。したがって、前記高分子化合物（Ｃ）は、上記の特性上、ポリアミック酸と反応しないか又は反応しにくい化合物であることが好ましい。
【００４１】
極性基を有する高分子化合物（Ｃ）としては、側鎖にＣＮ基、ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＳＯ3Ｈ基、ＮＨ2基などの極性基を有する重合体（例えばビニル重合体など）などを挙げることができ、これらは単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。特に、極性基を有する高分子化合物（Ｃ）としては、ポリアクリロニトリル等の、側鎖にＣＮ基、ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＳＯ3Ｈ基、ＮＨ2基などの極性基を有するビニル重合体が好ましい。
【００４２】
ポリアミック酸溶液組成物において、前記高分子化合物（Ｃ）の含有量は、マクロボイドの形成の観点から、ポリアミック酸１００質量部に対して０．１〜２００質量部、好ましくは１〜１５０質量部、より好ましくは１０〜１００質量部、更に好ましくは２０〜７０質量部である。
ポリアミック酸溶液組成物において、極性基を有する有機化合物（Ｂ）と極性基を有する高分子化合物（Ｃ）とを含有する場合、前記有機化合物（Ｂ）と前記高分子化合物（Ｃ）との合計の含有量は、マクロボイドの形成の観点から、ポリアミック酸１００質量部に対して０．１〜２００質量部、好ましくは１〜１５０質量部、より好ましくは１０〜１００質量部、更に好ましくは２０〜７０質量部である。
【００４３】
極性基を有する高分子化合物（Ｃ）は、下記特徴（Ｃ１）〜（Ｃ４）の少なくとも１つ、好ましくは下記特徴（Ｃ１）〜（Ｃ３）、より好ましくは下記特徴（Ｃ１）〜（Ｃ４）のすべてを備えることが好ましい。
（Ｃ１）水、凝固溶媒及び／又は有機極性溶媒に不溶又は難溶であること。
（Ｃ２）熱イミド化工程で分解されること。
（Ｃ３）ポリアミック酸溶液組成物中に極性基を有する高分子化合物（Ｃ）が均質で懸濁していること。
（Ｃ４）ポリアミック酸と相溶しないこと。
【００４４】
極性基を有する高分子化合物（Ｃ）の作用機序については明確でないが、以下のように考えられる。
ｃ１）ポリアミック酸中に前記高分子化合物（Ｃ）が非相溶物として残存する。この高分子化合物（Ｃ）の一部または全部は、凝固溶媒に浸漬又は接触させてポリアミック酸の多孔質膜を作製する際において凝固浴中に溶出し、更には加熱イミド化する工程で分解される。その結果、ポリイミド膜のマクロボイド層の隔壁並びに表面層（ａ）及び（ｂ）において、除去された高分子化合物（Ｃ）が存在していた部分は細孔を形成し、ポリイミド膜の物質透過性が向上する。
及び／又は
ｃ２）ポリアミック酸溶液組成物の凝固を促進するなど、凝固過程に影響を与えることにより、ポリイミド膜の物質透過性が向上する。
【００４５】
なお、ポリアミック酸溶液組成物の製造の際に、溶液が懸濁状になる場合があるが、十分な時間をかけて撹拌することで均質な状態を保つことができれば、本発明のポリイミドの製造に用いることができる。
【００４６】
また、ポリアミック酸溶液組成物の溶液粘度は、流延のしやすさ及びフィルム強度の観点から、好ましくは１０〜１００００ポアズ（１〜１０００Ｐａ・ｓ）、より好ましくは１００〜３０００ポアズ（１０〜３００Ｐａ・ｓ）、更に好ましくは２００〜２０００ポアズ（２０〜２００Ｐａ・ｓ）、特に好ましくは３００〜１０００ポアズ（３０〜１００Ｐａ・ｓ）である。
【００４７】
（流延）
本発明の多孔質ポリイミドの製造方法では、まず、ポリアミック酸溶液組成物を、フィルム状に流延する。流延方法は特に限定されず、例えば、ポリアミック酸溶液組成物をドープ液として使用し、ブレードやＴダイなどを用いてガラス板やステンレス板等の上に、ポリアミック酸溶液組成物をフィルム状に流延することができる。また、連続の可動式のベルト上に、ポリアミック酸溶液組成物をフィルム状に断続的又は連続的に流延して、連続的に個片又は長尺状の流延物を製造することができる。ベルトは、ポリアミック酸溶液組成物及び凝固溶液に影響を受けないものであればよく、ステンレスなどの金属製、ポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂製を用いることができる。また、Ｔダイからフィルム状に成形したポリアミック酸溶液組成物をそのまま凝固浴に投入することもできる。また、必要に応じて流延物の片面又は両面を、水蒸気などを含むガス（空気、不活性ガスなど）と接触させてもよい。
【００４８】
（ポリアミック酸の多孔質膜の作製）
次に、流延物を、水を必須成分とする凝固溶媒に浸漬又は接触させて、ポリアミック酸を析出させて多孔質化を行うことで、ポリアミック酸の多孔質膜を作製する。得られたポリアミック酸の多孔質膜は、必要に応じて洗浄及び／又は乾燥を行う。
【００４９】
水を必須成分とする凝固溶媒は、水、又は５質量％以上１００質量％未満の水と０質量％を超え９５質量％以下の有機極性溶媒との混合液を用いることができる。火災などの安全面、製造原価、及び得られる膜の均質性の確保の観点から、水と有機極性溶媒とを含む凝固溶媒を用いることが好ましい。凝固溶媒に含有してもよい有機極性溶媒としては、ポリアミック酸の貧溶媒であるエタノール、メタノール等のアルコ−ル類、アセトン等が挙げられる。
【００５０】
凝固溶媒が水と有機極性溶媒との混合液である場合、凝固溶媒１００質量％中の水の含有量は、好ましくは５質量％以上１００質量％未満、より好ましくは２０質量％以上１００質量％未満、更に好ましくは３０〜９５質量％、特に好ましくは４５〜９０質量％である。凝固溶媒１００質量％中の有機極性溶媒の含有量は、好ましくは０質量％を超え９５質量％以下、より好ましくは０質量％を超え８０質量％以下、更に好ましくは５〜７０質量％、特に好ましくは１０〜５５質量％である。
【００５１】
凝固溶媒の温度は、目的に応じて適宜選択して用いればよく、例えば−３０〜７０℃、好ましくは０〜６０℃、さらに好ましくは１０〜５０℃の範囲で行うことが好ましい。
【００５２】
（イミド化処理）
次に、得られたポリアミック酸の多孔質膜をイミド化して多孔質ポリイミド膜を製造する。イミド化としては、熱イミド化処理、化学イミド化処理等を挙げることができるが、本発明では熱イミド化処理が行われる。
【００５３】
（熱イミド化処理）
熱イミド化処理は、例えば、ポリアミック酸の多孔質膜を、ピン、チャック若しくはピンチロールなどを用いて熱収縮により平滑性が損なわれないように支持体に固定し、大気中にて加熱することにより行うことができる。反応条件は、例えば２８０〜６００℃、好ましくは３５０〜５５０℃の加熱温度で、２〜１２０分間、好ましくは３〜９０分間、さらに好ましくは５〜６０分の加熱時間から適宜選択して行うことが好ましい。
【００５４】
本発明の方法では、熱イミド化処理において２００℃以上の温度域での昇温速度が、好ましくは２５℃／分未満、さらに好ましくは２０℃／分以下で行うことにより、イミド化反応が顕著に起こる２００℃以上の温度域において上記の昇温速度で加熱することにより、本発明の多孔質ポリイミド膜を得ることができる。
【００５５】
なお、極性基を有する高分子化合物（Ｃ）を含むポリアミック酸溶液組成物を用いる場合には、ポリアミック酸の多孔質膜を前記高分子化合物（Ｃ）の熱分解開始温度以上に加熱して熱イミド化することが好ましい。前記高分子化合物（Ｃ）の熱分解開始温度は、例えば、熱重量測定装置（ＴＧＡ）を用いて、空気中、１０℃／分の条件で測定することができる。
【００５６】
本発明の多孔質ポリイミド膜は、ポリアミック酸溶液或いはポリイミド溶液を介して製造する場合、用いるポリマーの種類、ポリマー溶液のポリマー濃度、粘度、有機溶液など、凝固条件（溶媒置換速度調整層の種類、温度、凝固溶媒など）などを適宜選択することにより、空孔率、膜厚、表面の平均孔径、最大孔径、中央部の平均孔径などを適宜設計することができる。
【００５７】
本発明の多孔質ポリイミド膜は、目的に応じて少なくとも片面をコロナ放電処理、低温プラズマ放電或いは常圧プラズマ放電などのプラズマ放電処理、化学エッチングなどを施すことにより、膜の表面処理を行ってもよい。また、表面層（ａ）及び／又は（ｂ）を面削りして用いてもよい。これらの処理により膜の物質透過性、表面孔径、濡れ性を制御することができる。
【００５８】
本発明の多孔質ポリイミド膜は、気体などの物質透過性に優れるために、気体用フィルタ、液体用フィルタ、通気部品などの用途に好適に用いることができる。
また、ポリイミドは他のプラスチックに比べて耐熱性に優れるため、本発明の多孔質ポリイミド膜は２５０℃以上の使用温度領域でも使用することができる。具体例としては、携帯電話のマイク等の音響部品の保護膜が挙げられ、ハンダ加工時に熱履歴をかけても破壊されない。また、耐熱フィルタとしても利用することができる。従来用いられているアラミド不織布からなる耐熱フィルタは、使用により熱劣化し、中に含まれているバインダーが炭化して粉塵の発生源となりうるが、本発明の多孔質ポリイミド膜を用いた耐熱フィルタではそのような問題が生じることはない。また、車体塗装ブース内の熱風循環ラインに用の防塵耐熱フィルタにも用いることができる。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６０】
（多孔質ポリイミド膜の評価）
１）膜厚
膜厚みの測定は、接触式の厚み計で行った。
【００６１】
２）気体透過性
ガーレー値（０．８７９ｇ／ｍ2の圧力下で１００ｃｃの空気が膜を透過するのに要する秒数）の測定は、ＪＩＳ Ｐ８１１７に準拠して行った。
【００６２】
３）寸法安定性
寸法安定性の測定は、２００℃で２時間の条件で、ＡＳＴＭ Ｄ１２０４に準拠して行った。
【００６３】
４）表面の平均孔径
多孔質フィルム表面の走査型電子顕微鏡写真より、２００点以上の開孔部について孔面積を測定し、該孔面積の平均値から下式（１）に従って孔の形状が真円であるとした際の平均直径を計算より求めた。
【数１】
（式中、Ｓａは孔面積の平均値を意味する。）
【００６４】
５）表面の最大孔径
多孔質フィルム表面の走査型電子顕微鏡写真より、２００点以上の開孔部について孔面積を測定し、該孔面積から孔の形状が真円であるとした際の直径を計算し、その最大値を最大孔径とした。
【００６５】
６）空孔率
所定の大きさに切り取った多孔質フィルムの膜厚及び質量を測定し、目付質量から空孔率を下式（２）によって求めた。
【数２】
（式中、Ｓは多孔質フィルムの面積、ｄは膜厚、ｗは測定した質量、Ｄはポリイミドの密度をそれぞれ意味する。ポリイミドの密度は１．３４ｇ／ｃｍ3とする。）
【００６６】
７）ガラス転移温度（℃）
固体粘弾性アナライザーを用いて、引張モード、周波数１０Ｈｚ、ひずみ２％、窒素ガス雰囲気の条件で動的粘弾性測定を行い、その温度分散プロファイルにおいて損失正接が極大値を示す温度をガラス転移温度とした。
【００６７】
８）溶液粘度
溶液粘度の測定は、Ｅ型回転粘度計で行った。以下に測定手順を示す。
（ｉ）製造例で調製したポリアミック酸溶液を密閉容器に入れ、３０℃の恒温槽に１０時間保持した。
（ｉｉ）Ｅ型粘度計（東京計器製、高粘度用（ＥＨＤ型）円錐平板型回転式、コーンローター：１°３４’）を用い、（ｉ）で準備したポリアミック酸溶液を測定溶液として、温度３０±０．１℃の条件で測定した。３回測定を行い、平均値を採用した。測定点に５％以上のばらつきがあった場合は、さらに２回の測定を行い５点の平均値を採用した。
【００６８】
９）２５０℃、１５分で、０．５ＭＰａの圧縮応力負荷試験
測定する膜を３ｃｍ角の正方形に切り出し、格子状に９点にマジックで目印を付け接触式の厚み計で膜厚みを測定した。次に、平行度±１０μｍ未満、温度分布±１℃の圧縮盤である高精度ホットプレスを用いて、測定対象膜を２５０℃、１５分、０．５ＭＰａの条件で圧縮した。続いて、膜を室温のＳＵＳ板の上に３０分間静置した後に、接触式の膜厚み計で目印部分の膜厚みを測定した。９点での圧縮前後の膜厚みの変化率を下式（３）によって求めた。９点の平均値を膜厚み変化率とした。
【数３】
【００６９】
製造例１
（ポリアミック酸溶液組成物Ａの調製）
５００ｍｌのセパラブルフラスコに、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を溶媒として用いて、酸無水物として３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ｓ−ＢＰＤＡ）を、ジアミンとして４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを、モル比がほぼ１、ポリマー濃度が８質量％になる量を測り取って投入した。その後、撹拌羽、窒素導入管、排気管を取り付けたセパラブルカバーで蓋をし、撹拌を開始した。２３時間後、安息香酸をポリアミック酸１００質量部に対して３０質量部の量を、３，３’、４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸をポリアミック酸１００質量部に対して１質量部の量をそれぞれフラスコ内に添加し、撹拌操作を継続した。３０時間後に撹拌を終了し、フラスコ内のドープを加圧ろ過器（濾紙:アドバンテック東洋（株）製:粘稠液用濾紙Ｎｏ．６０）でろ過して、ポリアミック酸溶液組成物Ａを得た。溶液組成物Ａは粘稠な懸濁液体で、粘度は５４０ポアズ（５４Ｐａ・ｓ）（２５℃）であった。
【００７０】
製造例２
（ポリアミック酸溶液組成物Ｃの調製）
安息香酸を添加しなかったこと以外は製造例１と同様にして、ポリアミック酸溶液組成物Ｃを得た。溶液組成物Ｃは粘稠な懸濁液体であった。
【００７１】
実施例１
室温下で、卓上の自動コーターを用いて、表面に鏡面研磨を施したステンレス製の２０ｃｍ角の基板上に、製造例１で調製したポリアミック酸溶液組成物Ａを厚さ約１５０μｍで、均一に流延塗布した。その後、９０秒間、温度２３℃、湿度４０％の大気中に放置し、その後、凝固浴（水７５質量部／ＮＭＰ２５質量部、室温）中に基板全体を投入した。投入後、８分間静置し、基板上にポリアミック酸膜を析出させた。その後、基板を浴中から取りだし、基板上に析出したポリアミック酸膜を剥離した後に、純水中に３分間浸漬し、ポリアミック酸膜を得た。このポリアミック酸膜を温度２３℃、湿度４０％の大気中で乾燥させた後、１０ｃｍ角のピンテンターに張りつけて電気炉内にセットした。約１０℃／分の昇温速度で１５０℃まで加熱し、その後２０℃／分の昇温速度で３８０℃まで加熱し、そのまま３分間保持する温度プロファイルで熱処理を行い、多孔質ポリイミド膜を得た。
得られた多孔質ポリイミド膜は、膜厚みが２６μｍ、空孔率が６５％、ガーレー値が２４秒であった。結果を表１に示す。
【００７２】
多孔質ポリイミド膜の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、膜横方向の長さ１０μｍ以上のマクロボイドが多数確認でき、
・横方向の長さ５μｍ以上のボイド中、横方向の長さ（Ｌ）と膜厚み方向の長さ（ｄ）との比がＬ／ｄ＝０．５〜３の範囲に入るボイドの数が７０％以上であることを確認できた。
・膜横方向の長さ１０μｍ以上のマクロボイドを多数有し、その断面積が総断面積の７０％以上であることを確認できた。
多孔質ポリイミド膜のガラス転移温度は、約２８０℃であり、寸法安定性は２００℃で１％以内であった。２５０℃、１５分、０．５ＭＰａの圧縮応力負荷後の膜厚み変化率は、１％以下であった。
【００７３】
また、多孔質ポリイミド膜の表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、基板側の表面には連通する孔を多数有する多孔質構造であり、平均孔径が２．６μｍであり、表面開口率は１％であることを確認した。また、他方の表面は、平均孔径が４．８μｍであり、表面開口率は６％であることを確認した。
【００７４】
比較例１
ポリアミック酸溶液組成物Ａをポリアミック酸溶液組成物Ｃに変更したこと以外は実施例１と同様にして、多孔質ポリイミド膜を得た。得られた多孔質ポリイミド膜は、膜厚みが２４μｍ、空孔率が５５％、ガーレー値が７５秒であった。結果を表１に示す。
【００７５】
比較例１で得られた多孔質ポリイミド膜の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、２つの表面層及びそれに挟まれたマクロボイド層という三層構造が存在せず、また、マクロボイドがほとんど存在していないことが観察できた。
【００７６】
【表１】
【００７７】
表１から、極性基を有する有機化合物（Ｂ）を含有しないアミック酸溶液組成物Ｃを用いてポリアミック酸の多孔質膜を作製した比較例１では、２つの表面層及びそれに挟まれたマクロボイド層という三層構造からなる、物質透過性に優れた多孔質ポリイミド膜を製造することができないことがわかる。
これに対し、実施例１の多孔質ポリイミド膜は、２つの表面層及びそれに挟まれたマクロボイド層という三層構造からなり、表面層に、平均孔径０．０１〜５μｍであり互いに連通する複数の細孔を有しており、ガーレー値が低く、物質透過性に優れる。
【００７８】
比較例２及び３
市販のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）不織布、及びメンブレンフィルタ（ミリポア社製、商品名：ＯＭＮＩＰＯＲＥ、フィルタタイプ：１０μｍＪＣ）について、２５０℃、１５分、０．５ＭＰａの圧縮応力負荷後の膜厚み変化率を測定した。膜厚み変化率はそれぞれ、５２％、７８％であった。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の多孔質ポリイミド膜は、気体などの物質透過性に優れ、気体用フィルタ、液体用フィルタ、通気部品などの用途に好適に用いることができる。また、本発明の多孔質ポリイミド膜は、耐熱性に優れ、２５０℃以上の使用温度領域でも使用することができ、音響部品保護膜、耐熱フィルタ等の用途にも好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 多孔質ポリイミド膜
２ 表面層（ａ）
２５ 細孔
３ マクロボイド層
３１ マクロボイド
３２ 隔壁（支持部）
３５ 細孔
４ 表面層（ｂ）
４５ 細孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの表面層（ａ）及び（ｂ）と、当該表面層（ａ）及び（ｂ）の間に挟まれたマクロボイド層とを有する三層構造の多孔質ポリイミド膜であって、
前記マクロボイド層は、前記表面層（ａ）及び（ｂ）に結合した隔壁と、当該隔壁並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）に囲まれた、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍである複数のマクロボイドとを有し、
前記のマクロボイド層の隔壁、並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、厚さが０．１〜５０μｍであり、平均孔径０．０１〜５μｍの複数の細孔を有し、当該細孔同士が連通し更に前記マクロボイドに連通しており、
総膜厚が５〜５００μｍであり、空孔率が６０％以上７０％未満である、多孔質ポリイミド膜。
【請求項２】
前記マクロボイド層は、前記表面層（ａ）側及び／又は前記表面層（ｂ）側から観察して、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍである複数のマクロボイドを有している、請求項１に記載の多孔質ポリイミド膜。
【請求項３】
前記のマクロボイド層の隔壁、並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）の厚さが略同一である、請求項１又は２に記載の多孔質ポリイミド膜。
【請求項４】
ガーレー値が３０秒以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
【請求項５】
２５０℃、１５分、０．５ＭＰａの圧縮応力負荷後の膜厚み変化率が５％以下である、請求項１〜４のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
【請求項６】
前記多孔質ポリイミド膜を膜平面方向に対して垂直に切断したときの断面において、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍのマクロボイドの断面積が膜断面積の５０％以上である、請求項１〜５のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
【請求項７】
前記多孔質ポリイミド膜を膜平面方向に対して垂直に切断したときの断面において、前記マクロボイドの６０％以上が、膜平面方向の長さ（Ｌ）と膜厚み方向の長さ（ｄ）との比（Ｌ／ｄ）が０．５〜３の範囲内にある、請求項１〜６のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
【請求項８】
ガラス転移温度が、２４０℃以上であるか、又は３００℃以上で明確な転移点がない、請求項１〜７のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法であって、
テトラカルボン酸単位及びジアミン単位からなるポリアミック酸０．３〜６０質量％と有機極性溶媒４０〜９９．７質量％とからなるポリアミック酸溶液（Ａ）、及び前記ポリアミック酸１００質量部に対して０．１〜２００質量部の、極性基を有する有機化合物（Ｂ）を含有するポリアミック酸溶液組成物を、フィルム状に流延し、水を必須成分とする凝固溶媒に浸漬又は接触させて、ポリアミック酸の多孔質膜を作製する工程、及び
前記工程で得られたポリアミック酸の多孔質膜を熱処理してイミド化する工程
を含み、前記の極性基を有する有機化合物（Ｂ）が、前記ポリアミック酸溶液組成物のフィルム状流延物に水の浸入を促進させる有機化合物である、多孔質ポリイミド膜の製造方法。
【請求項１０】
前記ポリアミック酸が、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物及びピロメリット酸二無水物からなる群から選ばれる少なくとも一種のテトラカルボン酸二無水物と、ベンゼンジアミン、ジアミノジフェニルエーテル及びビス（アミノフェノキシ）フェニルからなる群から選ばれる少なくとも一種のジアミンとから得られる、請求項９に記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
【請求項１１】
前記の極性基を有する有機化合物（Ｂ）が安息香酸である、請求項９又は１０に記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
【請求項１２】
ポリアミック酸の多孔質膜を熱処理してイミド化する工程において、２００℃以上の温度域での昇温速度が２５℃／分未満である、請求項９〜１１のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
【請求項１３】
前記の水を必須成分とする凝固溶媒が、水であるか、又は５質量％以上１００質量％未満の水と０質量％を超え９５質量％以下の有機極性溶媒との混合液である、請求項９〜１２のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
【請求項１】
２つの表面層（ａ）及び（ｂ）と、当該表面層（ａ）及び（ｂ）の間に挟まれたマクロボイド層とを有する三層構造の多孔質ポリイミド膜であって、
前記マクロボイド層は、前記表面層（ａ）及び（ｂ）に結合した隔壁と、当該隔壁並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）に囲まれた、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍである複数のマクロボイドとを有し、
前記のマクロボイド層の隔壁、並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、厚さが０．１〜５０μｍであり、平均孔径０．０１〜５μｍの複数の細孔を有し、当該細孔同士が連通し更に前記マクロボイドに連通しており、
総膜厚が５〜５００μｍであり、空孔率が６０％以上７０％未満である、多孔質ポリイミド膜。
【請求項２】
前記マクロボイド層は、前記表面層（ａ）側及び／又は前記表面層（ｂ）側から観察して、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍである複数のマクロボイドを有している、請求項１に記載の多孔質ポリイミド膜。
【請求項３】
前記のマクロボイド層の隔壁、並びに前記表面層（ａ）及び（ｂ）の厚さが略同一である、請求項１又は２に記載の多孔質ポリイミド膜。
【請求項４】
ガーレー値が３０秒以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
【請求項５】
２５０℃、１５分、０．５ＭＰａの圧縮応力負荷後の膜厚み変化率が５％以下である、請求項１〜４のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
【請求項６】
前記多孔質ポリイミド膜を膜平面方向に対して垂直に切断したときの断面において、膜平面方向の平均孔径が１０〜５００μｍのマクロボイドの断面積が膜断面積の５０％以上である、請求項１〜５のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
【請求項７】
前記多孔質ポリイミド膜を膜平面方向に対して垂直に切断したときの断面において、前記マクロボイドの６０％以上が、膜平面方向の長さ（Ｌ）と膜厚み方向の長さ（ｄ）との比（Ｌ／ｄ）が０．５〜３の範囲内にある、請求項１〜６のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
【請求項８】
ガラス転移温度が、２４０℃以上であるか、又は３００℃以上で明確な転移点がない、請求項１〜７のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法であって、
テトラカルボン酸単位及びジアミン単位からなるポリアミック酸０．３〜６０質量％と有機極性溶媒４０〜９９．７質量％とからなるポリアミック酸溶液（Ａ）、及び前記ポリアミック酸１００質量部に対して０．１〜２００質量部の、極性基を有する有機化合物（Ｂ）を含有するポリアミック酸溶液組成物を、フィルム状に流延し、水を必須成分とする凝固溶媒に浸漬又は接触させて、ポリアミック酸の多孔質膜を作製する工程、及び
前記工程で得られたポリアミック酸の多孔質膜を熱処理してイミド化する工程
を含み、前記の極性基を有する有機化合物（Ｂ）が、前記ポリアミック酸溶液組成物のフィルム状流延物に水の浸入を促進させる有機化合物である、多孔質ポリイミド膜の製造方法。
【請求項１０】
前記ポリアミック酸が、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物及びピロメリット酸二無水物からなる群から選ばれる少なくとも一種のテトラカルボン酸二無水物と、ベンゼンジアミン、ジアミノジフェニルエーテル及びビス（アミノフェノキシ）フェニルからなる群から選ばれる少なくとも一種のジアミンとから得られる、請求項９に記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
【請求項１１】
前記の極性基を有する有機化合物（Ｂ）が安息香酸である、請求項９又は１０に記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
【請求項１２】
ポリアミック酸の多孔質膜を熱処理してイミド化する工程において、２００℃以上の温度域での昇温速度が２５℃／分未満である、請求項９〜１１のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
【請求項１３】
前記の水を必須成分とする凝固溶媒が、水であるか、又は５質量％以上１００質量％未満の水と０質量％を超え９５質量％以下の有機極性溶媒との混合液である、請求項９〜１２のいずれかに記載の多孔質ポリイミド膜の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２１９５８６（Ｐ２０１１−２１９５８６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８９０５８（Ｐ２０１０−８９０５８）
【出願日】平成２２年４月７日（２０１０．４．７）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月７日（２０１０．４．７）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]