JP7437997B2 - ワニス組成物、ポリイミド樹脂の製造方法、及び添加剤 - Google Patents
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Description
ポリアミック酸(A)と、アミド化合物(C)と、溶媒(S)とを含み、
アミド化合物(C)が、下記式(C1):
Rc1-(-CO-NH-Rc2)n・・・(C1)
(式(C1)中、Rc1は、カルボニル基と炭素-炭素結合を介して結合するn価の有機基であり、Rc2は、水素原子、又は炭素原子数1以上6以下のアルキル基であり、nは1以上4以下の整数である。)
で表される化合物である、ポリイミド樹脂形成用のワニス組成物である。
成形されたワニス組成物を加熱してイミド化させるイミド化工程と、を含むポリイミド樹脂の製造方法である。
ポリアミック酸(A)と、溶媒(S)とを含むポリアミック酸含有液に配合して、ポリイミド樹脂形成用のワニス組成物を得るために用いられる添加剤であって、
添加剤がアミド化合物(C)を含み、
アミド化合物(C)が、下記式(C1):
Rc1-(-CO-NH-Rc2)n・・・(C1)
(式(C1)中、Rc1は、カルボニル基と炭素-炭素結合を介して結合するn価の有機基であり、Rc2は、水素原子、又は炭素原子数1以上6以下のアルキル基であり、nは1以上4以下の整数である。)
で表される化合物であり、
ワニス組成物を加熱してポリイミド樹脂を得る場合に、得られるポリイミド樹脂について、ポリアミック酸含有液を加熱してポリイミド樹脂を得る場合に対する、熱膨張率の低下、破断伸びの向上、及び引張強度の向上の少なくとも1つを生じさせる添加剤である。
ワニス組成物は、ポリアミック酸(A)と、アミド化合物(C)と、溶媒(S)とを含む。当該ワニス組成物は、ポリイミド樹脂の形成に用いられる。
ワニス組成物が、アミド化合物(C)を含むことにより、ワニス組成物を用いて、熱膨張率、破断伸び、及び引張強度等の物理的性質が改良されたポリイミド樹脂を形成することができる。アミド化合物(C)については、詳細に後述する。
こここで熱膨張率の改良とは、熱膨張率の低下によるポリイミド樹脂の寸法安定性の向上である。破断伸びの改良とは、破断伸びの増加である。引張強度の向上とは、引張強度の増加である。
ワニス組成物は、ポリアミック酸(A)を含む。ポリアミック酸(A)は、ワニス組成物を硬化させた際に生成するポリイミド樹脂の前駆体ポリマーである。ポリアミック酸(A)は、従来より、ポリイミド樹脂を製造する際の前駆体ポリマーとして使用されている樹脂であれば特に限定されない。
ポリアミック酸は、下記式(a1)で表される構造単位を有し得る。
式(a1)で表される構造単位を生成させるテトラカルボン酸二無水物は、下記式(a1-1)で表される。
式(a1-1)で表されるテトラカルボン酸二無水物は、後述のジアミン化合物と反応して、式(a1)で表される構造単位を有するポリアミック酸(A)を与える。かかるテトラカルボン酸二無水物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
置換基の好適な例としては、フッ素原子、炭素原子数1以上6以下のアルキル基、炭素原子数1以上6以下のアルコキシ基、炭素原子数1以上6以下のフッ素化アルキル基、炭素原子数1以上6以下のフッ素化アルコキシ基が好ましい。また、式(a1-1)で表される化合物は、酸無水物基の他にカルボキシ基、カルボン酸エステル基を含んでいてもよい。
置換基がフッ素化アルキル基又はフッ素化アルコキシ基である場合、パーフルオロアルキル基又はパーフルオロアルコキシ基であるのが好ましい。
以上の置換基については、後述の芳香族基が芳香環上に有していてもよい1又は複数の置換基についても同様のことがいえる。
A1を構成する炭素原子数は8以上がより好ましく、12以上がさらに好ましい。また、A1を構成する炭素原子数は40以下がより好ましく、30以下がさらに好ましい。A1は、脂肪族基であっても、芳香族基であっても、これらの構造を組み合わせた基であってもよい。A1は、炭素原子、及び水素原子の他に、ハロゲン原子、酸素原子、窒素原子、及び硫黄原子を含んでいてもよい。A1が酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子を含む場合、酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子は、含窒素複素環基、-CONH-、-NH-、-N=N-、-CH=N-、-COO-、-O-、-CO-、-SO-、-SO2-、-S-、及び-S-S-から選択される基として、A1に含まれてもよく、-O-、-CO-、-SO-、-SO2-、-S-、及び-S-S-から選択される基として、A1に含まれることがより好ましい。
なお、原料化合物の精製が容易である点から、式(a2)中のaは5以下が好ましく、3以下がより好ましい。また、式(a1)で表される構造単位を与える原料化合物の化学的安定性が優れることから、aは1以上が好ましく、2以上がより好ましい。
式(a2)中のaは、2又は3が特に好ましい。
すなわち、Ra1、Ra2及びRa3は、炭素-炭素の一重結合、炭素-酸素-炭素のエーテル結合又はハロゲン元素(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)を含んでいてもよい。式(a1-2)で表される化合物としては、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)プロパン二無水物、及び1,4-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物等が挙げられる。
なお、これらと同じ基本骨格を有するテトラカルボン酸の酸塩化物、エステル化物等も、用いることができる。
ジアミン化合物は、下記式(a3-1)で表される化合物を典型的に用いることができる。ジアミン化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
H2N-A2-NH2・・・(a3-1)
(式(a3-1)中、A2は2価の有機基を表す。)
置換基の好適な例としては、フッ素原子、炭素原子数1以上6以下のアルキル基、炭素原子数1以上6以下のアルコキシ基、炭素原子数1以上6以下のフッ素化アルキル基、炭素原子数1以上6以下のフッ素化アルコキシ基又は水酸基が好ましい。
置換基がフッ素化アルキル基又はフッ素化アルコキシ基である場合、パーフルオロアルキル基又はパーフルオロアルコキシ基であるのが好ましい。
A2は、脂肪族基であってもよいが、1以上の芳香環を含む有機基であることが好ましい。
また、A2に含まれる芳香環は、芳香族複素環であってもよい。
Qの例示における、-C6H4-はフェニレン基であり、m-フェニレン基、及びp-フェニレン基が好ましく、p-フェニレン基がより好ましい。また、-C10H6-は、ナフタレンジイル基であり、ナフタレン-1,2-ジイル基、ナフタレン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,3-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、及びナフタレン-2,7-ジイル基が好ましく、ナフタレン-1,4-ジイル基、及びナフタレン-2,6-ジイル基がより好ましい。)
すなわち、芳香族ジアミンとしては、p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、2,4-ジアミノトルエン、4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、3,3’-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、4,4’-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メタン、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、3,3’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノベンズアニリド、3,3’-ジアミノベンズアニリド、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-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)ビフェニル、ビス[4-(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、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[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-アミノ-3-メチルフェニル)フルオレン、及び4,4’-[1,4-フェニレンビス(1-メチルエタン-1,1-ジイル)]ジアニリン等が挙げられる。これらの中では、価格、入手容易性等から、p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、2,4-ジアミノトルエン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、及び4,4’-ジアミノベンズアニリドが好ましい。
式(Si-1)中のR112及びR113における、炭素原子数6以上20以下のアリーレン基としては、耐熱性、残留応力の観点から炭素原子数6以上20以下の芳香族基が好ましく、フェニレン基、ナフチレン基等が挙げられる。
式(Si-1)中のR114、R115、R116、及びR117における炭素原子数3以上20以下のシクロアルキル基としては、耐熱性、残留応力の観点から炭素原子数3以上10以下のシクロアルキル基が好ましく、具体的には、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
式(Si-1)中のR114、R115、R116、及びR117における炭素原子数6以上20以下のアリール基としては、耐熱性、残留応力の観点から炭素原子数6以上12以下のアリール基が好ましく、具体的には、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられる。
式(Si-1)中のR114、R115、R116、及びR117における炭素原子数20以下のアミノ基を含む基としては、アミノ基、置換したアミノ基(例えば、ビス(トリアルキルシリル)アミノ基)等が挙げられる。
式(Si-1)中のR114、R115、R116、及びR117における-O-R118で表される基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロピルオキシ基、ブトキシ基、フェノキシ基、トリルオキシ基、ナフチルオキシ基、プロペニルオキシ基(例えば、アリルオキシ基)、及びシクロヘキシルオキシ基等が挙げられる。
中でも、R114、R115、R116、及びR117として、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、フェニル基である。
式(a1)で表される構造単位を有するポリアミック酸(A)は、典型的には、上述の式(a1-1)で表されるテトラカルボン酸二無水物と、上述の式(a3-1)で表されるジアミン化合物とを溶媒中で反応させて得られるポリマーであり、ジアミン化合物及び/又はテトラカルボン酸二無水物をそれぞれ1種又は2種類以上を用いて得られるポリマーであってもよい。例えば、ジアミン化合物と2種類以上のテトラカルボン酸二無水物を含む混合物とを重縮合して得られるポリマーであってもよい。また、ポリアミック酸(A)は、単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
また、得られるポリアミック酸(A)の重量平均分子量は、その用途にあわせて適宜設定すればよいが、例えば5000以上であり、7500以上が好ましく、10000以上がより好ましい。一方、得られるポリアミック酸(A)の重量平均分子量は、例えば100000以下であり、80000以下が好ましく、75000以下がより好ましい。
この重量平均分子量は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物の配合量や、溶媒や反応温度等の反応条件を調整して、上述の値とすればよい。
上記のようにして得られるポリアミック酸(A)を含む溶液をそのままワニス組成物の調製に用いることもできるし、減圧下に、ポリアミック酸のポリイミド樹脂への変換が生じない程度の低温で、ポリアミック酸(A)の溶液から溶媒の少なくとも一部を除去して得られる、ポリアミック酸のペースト又は固体をワニス組成物の調製に用いることもできる。
アミド化合物(C)が、下記式(C1):
Rc1-(-CO-NH-Rc2)n・・・(C1)
(式(C1)中、Rc1は、カルボニル基と炭素-炭素結合を介して結合するn価の有機基であり、Rc2は、水素原子、又は炭素原子数1以上6以下のアルキル基であり、nは1以上4以下の整数である。)
で表される化合物である。
また、ワニス組成物がアミド化合物(C)を含む場合、ワニス組成物を保管した場合の経時的な白濁やゲル化の発生を抑制しやすい。このため、アミド化合物(C)は、透明なポリイミド樹脂を与えるポリアミック酸(A)を含むワニス組成物に特に好ましく配合される。
なお、Rc1が1価の基である場合に限らず、ポリイミド樹脂製造時のアミド化合物(C)の急速な分解、昇華、揮散等を抑制しやすい点で、Rc1がアリール基又はヘテロアリール基を含んでいるのが好ましく、アリール基を含んでいるのがより好ましい。
Rc1としてのシクロアルキル基、ポリシクロアルキル基、シクロアルケニル基、及びポリシクロアルケニル基、アリール基、及びヘテロアリール基は、ハロゲン原子、シアノ基、水酸基、炭素原子数1以上6以下のアルキル基、炭素原子数1以上6以下のアルコキシ基、炭素原子数2以上6以下の脂肪族アシル基、及びアミノ基からなる群より選択される1以上の置換基で置換されていてもよい。
Rc1としてのアリールアルキル基、アリールアルケニル基、ヘテロアリールアルキル基、及びヘテロアリールアルケニル基において、これらの基に含まれるアリール基又はヘテロアリール基は、ハロゲン原子、シアノ基、水酸基、炭素原子数1以上6以下のアルキル基、炭素原子数1以上6以下のアルコキシ基、炭素原子数2以上6以下の脂肪族アシル基、及びアミノ基からなる群より選択される1以上の置換基で置換されていてもよい。
なお、Rc1が1価の基である場合に限らず、ポリイミド樹脂が透明である場合には、透明性の高いポリイミド樹脂を形成しやすい点で、Rc1がアミノ基、及び水酸基を有さないのが好ましい。
また、ワニス組成物が熱塩基発生剤(B)を含む場合は、熱塩基発生剤(B)とアミド化合物(C)との質量比((B):(C))は、例えば100:30~100:500であり、100:100~100:300であることがより好ましい。なお熱塩基発生剤(B)として、後述の式(B1)、式(B2)、又は式(B4)で表される化合物であることが好ましく、式(B4)で表される化合物がより好ましい。
ワニス組成物は、溶媒(S)を含有する。ワニス組成物は、固体を含むペーストであってもよく、溶液であってもよいが、溶液であることが好ましい。溶媒(S)は単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
溶媒(S)の種類は、本発明の目的を阻害しない範囲で、特に限定されず、水、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、及びジエチレングリコールモノフェニルエーテル等のグリコールモノエーテル;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、及びジエチレングリコールジプロピルエーテル等のグリコールジエーテル;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、及びジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のグリコールモノアセテート;ジエチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、2-メトキシブチルアセテート、3-メトキシブチルアセテート、4-メトキシブチルアセテート、2-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-エチル-3-メトキシブチルアセテート、2-エトキシブチルアセテート、4-エトキシブチルアセテート、4-プロポキシブチルアセテート、2-メトキシペンチルアセテート、3-メトキシペンチルアセテート、4-メトキシペンチルアセテート、2-メチル-3-メトキシペンチルアセテート、3-メチル-3-メトキシペンチルアセテート、3-メチル-4-メトキシペンチルアセテート、及び4-メチル-4-メトキシペンチルアセテート等のジオール類のモノエーテルモノアセテート;アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルシソブチルケトン、エチルイソブチルケトン、及びシクロヘキサノン等のケトン類;プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、2-ヒドロキシプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチル、メチル-3-メトキシプロピオネート、エチル-3-メトキシプロピオネート、エチル-3-エトキシプロピオネート、エチル-3-プロポキシプロピオネート、プロピル-3-メトキシプロピオネート、イソプロピル-3-メトキシプロピオネート、エトキシ酢酸エチル、オキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチルブタン酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、炭酸メチル、炭酸エチル、炭酸プロピル、炭酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、ピルビン酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、シュウ酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、及びγ-ブチロラクトン等のエステル類;ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、ベンジルメチルエーテル、ベンジルエチルエーテル、及びテトラヒドロフラン等のエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クレゾール、及びクロロベンゼン等の芳香族類;メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、n-ヘキサノール、及びシクロヘキサノール等の脂肪族アルコール類;ポリエチレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、及びジプロピレングリコール等のグリコール類;グリセリン;等が挙げられる。
また、上述のテトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物との反応に用いられる溶媒も溶媒(S)として、好適に用いることができる。
このため、N,N,2-トリメチルプロピオンアミド、及びN,N,N’,N’-テトラメチルウレアから選択される少なくとも1種を含む溶媒(S)を含有するワニス組成物を用いると、ポリイミド樹脂を形成する際に、加熱により生成したポリイミド樹脂中に溶媒(S)が残存しにくく、得られるポリイミド樹脂の機械的特性の低下等を招きにくい。
焼成によるポリアミック酸(A)からポリアミド樹脂の生成を良好に進行させる目的で、ワニス組成物は、加熱により塩基性含窒素複素環化合物を発生させる熱塩基発生剤(B)を含むのが好ましい。
塩基性含窒素複素環化合物が、含窒素複素環上に置換基を有する場合、当該置換基としては、後述する式(B1)中の、R1、R2、及びR3と同様の基が挙げられる。
で表されるイミダゾール化合物が好ましい。
で表される化合物が挙げられる。
で表される化合物が好ましい。
当該アルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば後述の式(B4a)におけるRb11であるアルキレン基が有していてもよい置換基と同様であってよい。
式(B4)中、一方のRb9は水素原子であることが好ましく、一方のRb9が水素原子であり他方のRb9が置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよい芳香族基であることがより好ましい。
式(B4)中、Rb9は他方のRb9又はRb10と結合して環状構造を形成していてもよい。例えば、少なくとも1つのRb9が置換基を有してもよいアルキル基である場合、Rb9は他方のRb9又はRb10と結合して環状構造を形成していてもよい。
なお、式(B4-1a)において、Rb13、Rb14、Rb15、Rb16、及びRb17は、全て水素原子であってもよい。また、式(B4-1)で表される化合物の溶媒(S)への溶解性の点で、Rb13、Rb14、Rb15、Rb16、及びRb17のうちの少なくとも1つが水素原子以外の基であるのが好ましい。
なお、式(B4-1)において、Rb13、Rb14、Rb15、Rb16、及びRb17は、全て水素原子であってもよい。また、式(B4-1)で表される化合物の溶媒(S)への溶解性の点で、Rb13、Rb14、Rb15、Rb16、及びRb17のうちの少なくとも1つが水素原子以外の基であるのが好ましい。
-O-Rb18
(Rb18は水素原子又は有機基である。)
ワニス組成物は、必要に応じて、種々の添加剤を含有していてもよい。添加剤としては、着色剤、分散剤、増感剤、密着促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤、消泡剤、界面活性剤等が挙げられる。また、ワニス組成物は、必要に応じて、種々の充填材、又は強化材を含んでいてもよい。
各種添加剤の使用量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。ワニス組成物の固形分の質量に対して、例えば、0.001質量%以上60質量%以下の範囲内で適宜調整すればよく、好ましくは0.05質量%以上5質量%以下である。
充填材又は強化材の使用量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。充填材又は強化材の使用量は、典型的には、ポリアミック酸(A)の質量に対して、1質量%以上300質量%以下が好ましく、5質量%以上200質量%以下がより好ましく、10質量%以上100質量%以下がさらに好ましい。
以上説明したワニス組成物を成形する成形工程と、
成形されたワニス組成物を加熱してイミド化させるイミド化工程と、を含む方法によって、ポリイミド樹脂を製造することができる。
これらの方法の中では、ポリイミド樹脂フィルムの需要が大きいことや、ポリイミド樹脂製造時にワニス組成物から溶媒(S)を良好に除去しやすいこと等から、基材上にワニス組成物を塗布する方法が好ましい。
ワニス組成物の塗布後は、加熱及び/又は真空若しくは減圧環境に置いて、塗布膜を乾燥し、乾燥膜を形成する。
また、ガラス転移温度、及び引張強度が高く、熱膨張率が低く、着色の少ないポリイミド樹脂を形成しやすいことから、ポリアミック酸を、70℃以上120℃以下の温度で10分から2時間程度、さらに150℃以上420℃以下で10分から2時間程度、段階的に温度を上げながら加熱してポリイミド樹脂を生成させるのも好ましい。
添加剤は、ポリアミック酸(A)と、溶媒(S)とを含むポリアミック酸含有液に配合して、ポリイミド樹脂形成用のワニス組成物を得るために用いられる。添加剤は、アミド化合物(C)を含む。添加剤に関して、ポリアミック酸(A)、溶媒(S)、及びアミド化合物(C)は、ワニス組成物について前述した通りである。また、上記のポリアミック酸含有液、又は添加剤が添加されたワニス組成物には、ポリイミド樹脂形成用のワニス組成物について前述した任意成分を適宜配合することができる。
上記の添加剤を配合されたワニス組成物を加熱してポリイミド樹脂を得る場合には、得られるポリイミド樹脂について、ポリアミック酸含有液を加熱してポリイミド樹脂を得る場合に対する、熱膨張率の低下、破断伸びの向上、及び引張強度の向上の少なくとも1つを生じさせることができる。添加剤の使用により、熱膨張率の低下、破断伸びの向上、及び引張強度の向上の全てが生じるのが好ましい。
また、添加剤としてアミド化合物(C)と熱塩基発生剤(B)とを組み合わせてもよく、熱塩基発生剤(B)とアミド化合物(C)との質量比((B):(C))は、例えば100:30~100:500であり、100:100~100:300であることがより好ましい。なお熱塩基発生剤(B)として、後述の式(B1)、式(B2)、又は式(B4)で表される化合物であることが好ましく、式(B4)で表される化合物がより好ましい。
まず、容量30mLの三口フラスコをヒートガンで加熱して十分に乾燥させた。次に、三口フラスコ内の雰囲気を窒素で置換し、三口フラスコ内を窒素雰囲気とした。三口フラスコ内に、4,4’-ジアミノベンズアニリド0.2045g(0.90mmol:日本純良薬品株式会社製:DABAN)を添加した後、N,N,N’,N’-テトラメチルウレア(TMU)を添加した。三口フラスコの内容物を撹拌して、TMU中に芳香族ジアミン(DABAN)が分散したスラリー液を得た。
次に、三口フラスコ内に下記式のテトラカルボン酸二無水物0.3459g(0.90mmol)を添加した後、窒素雰囲気下に、室温(25℃)で12時間フラスコの内容物を撹拌して反応液を得た。このようにして、ポリアミック酸A-1を固形分濃度18質量%で含むポリアミック酸溶液を得た。得られたポリアミック酸A-1は、透明なポリイミド樹脂を与える。
ジアミン成分を4,4’-ジアミノジフェニルエーテルに変えることと、テトラカルボン酸二無水物成分をピロメリット酸二無水物に変えることと、溶媒をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に変えることとの他は、調製例1と同様にして、ポリアミック酸A-2を固形分濃度18質量%で含むポリアミック酸溶液を得た。得られたポリアミック酸A-2は、不透明なポリイミド樹脂を与える。
表1に記載の種類のポリアミック酸(A)80質量部を含むポリアミック酸溶液と、下記構造の化合物である熱塩基発生剤(B)10質量部と、表1に記載の種類のアミド化合物(C)10質量部とを混合した後、表1に記載の種類の溶媒(S)により混合物を固形分濃度15質量%に希釈して実施例1~9のワニス組成物を得た。なお、実施例4は参考例1と読み替えるものとする。
ポリアミック酸A-1を80質量部含むポリアミック酸溶液と、実施例で使用された熱塩基発生剤(B)20質量部とを混合した後、表1に記載の種類の溶媒(S)により混合物を固形分濃度15質量%に希釈して比較例1のワニス組成物を得た。
ポリアミック酸A-1を90質量部含むポリアミック酸溶液と、実施例で使用された熱塩基発生剤(B)10質量部とを混合した後、表1に記載の種類の溶媒(S)により混合物を固形分濃度15質量%に希釈して比較例2のワニス組成物を得た。
ポリアミック酸A-1を含むポリアミック酸溶液を、表1に記載の種類の溶媒(S)により固形分濃度15質量%に希釈して比較例3のワニス組成物を得た。
ポリアミック酸A-2を80質量部含むポリアミック酸溶液と、実施例で使用された熱塩基発生剤(B)20質量部とを混合した後、表1に記載の種類の溶媒(S)により混合物を固形分濃度15質量%に希釈して比較例4のワニス組成物を得た。
上記のようにして調製された、各実施例、及び比較例のワニス組成物を、23℃で10日間保管し、保管後のワニス組成物を観察した。保管後のワニスに、白濁、及びゲル化のいずれも生じなかった場合を〇と判定し、白濁、及びゲル化の少なくとも一方が生じた場合を×と判定した。
<ポリイミド樹脂フィルム形成方法>
ガラス基板(縦:100mm、横100mm、厚み1.3mm)上に、上述のようにして得られた保管後のワニス組成物を、加熱硬化後の塗膜の厚みが13μmとなるようにスピンコートして、塗膜を形成した。次いで、塗膜を備えるガラス基板を、温度50℃圧力13Paの条件下で真空乾燥して、塗膜中の溶媒を除去した。
溶媒の除去後、塗膜を備えるガラス基板を3L/分の流量で窒素が流れているイナートオーブンに投入した。イナートオーブン内で、窒素雰囲気下、80℃の温度条件で0.5時間静置した後、さらに400℃の温度条件(最終加熱温度)で0.5時間加熱して、塗膜を硬化させて、ポリイミドからなる薄膜(ポリイミドフィルム)でコートされたポリイミドコートガラスを得た。
得られたポリイミドコートガラスを、90℃の湯の中に浸漬して、ガラス基板からポリイミドフィルムを剥離させて、ポリイミドフィルム(縦100mm、横100mm、厚み13μmの大きさのフィルム)を得た。
各実施例、及び比較例のポリイミドフィルムの、ヘイズ、黄色度(YI)、及び全光線透過率(光線透過率)の値(単位:%)は、測定装置として日本電色工業株式会社製の商品名「ヘーズメーターNDH-5000」を用いて、JIS K7361-1(1997年発行)に準拠した測定を行うことにより求めた。
各実施例、及び比較例のポリイミドフィルムから、縦:20mm、横:5mmの大きさの測定用のフィルムを形成した。
次に、測定装置として熱機械的分析装置(株式会社島津製作社製の商品名「TMA-60」)を利用して、得られた測定用のフィルムを窒素雰囲気下で昇温速度10℃/分の条件で30℃から200℃まで昇温した後一旦30℃まで冷却し、再度、昇温速度10℃/分の条件で30℃から500℃まで昇温した際の100℃~350℃における試料の長さの変化を測定して、100℃~350℃における1℃あたりの長さの変化の平均値を求めることにより測定した。なお、引張りモードは49mNとした。
各実施例、及び比較例のポリイミドフィルムについて、SD型レバー式試料裁断器(株式会社ダンベル製の裁断器(型式SDL-200))に、株式会社ダンベル製の商品名「スーパーダンベルカッター(型:SDMK-1000-D、JIS K7139(2009年発行)のA22規格に準拠)」を取り付けて、ポリイミドフィルムの大きさが、全長:75mm、タブ部間距離:57mm、平行部の長さ:30mm、肩部の半径:30mm、端部の幅:10mm、中央の平行部の幅:5mm、厚み:13μmとなるように裁断して、ダンベル形状の試験片(厚みを13μmにした以外はJIS K7139 タイプA22(縮尺試験片)の規格に沿った試験片)を、測定試料として調製した。
次いで、テンシロン型万能試験機(株式会社エー・アンド・デイ製の型番「UCT-10T」)を用いて、測定試料を掴み具間の幅が57mm、掴み部分の幅が10mm(端部の全幅)となるようにして配置した後、荷重フルスケール:0.05kN、試験速度:1~300mm/分の条件で測定試料を引っ張る引張試験を行って、引張強度及び破断伸びの値を求めた。
上記の試験は、JIS K7162(1994年発行)に準拠した試験である。
また、破断伸びの値(%)は、試験片の平行部の長さ(=平行部の長さ:30mm)をL0とし、破断するまでの試験片の平行部の長さ(破断した際の試験片の平行部の長さ:30mm+α)をLとして、下記式:
[破断伸び(%)]={(L-L0)/L0}×100
を計算して求めた。
C-1:桂皮酸アミド
C-2:安息香酸アミド
C-3:フェニル酢酸アミド
C-4:クロトンアミド
C-5:N-メチルアセトアミド
C-6:1,2,3-プロパントリカルボキサミド
他方、アミド化合物(C)を含む実施例のワニス組成物は、室温である程度の期間保管されていても安定であった。
Claims (10)
- ポリアミック酸(A)と、アミド化合物(C)と、溶媒(S)とを含み、
前記アミド化合物(C)が、下記式(C1):
Rc1-(-CO-NH-Rc2)n・・・(C1)
(式(C1)中、Rc1は、カルボニル基と炭素-炭素結合を介して結合するn価の有機基であって、飽和脂肪族基、及びアリール基又はヘテロアリール基を含む基から選択され、Rc2は、水素原子、又は炭素原子数1以上6以下のアルキル基であり、nは1以上4以下の整数である。)
で表される化合物である、ポリイミド樹脂形成用のワニス組成物。 - 前記アミド化合物(C)が、Rc1がベンジル基であり、nが1である化合物を含む、請求項1に記載のワニス組成物。
- ポリアミック酸(A)と、アミド化合物(C)と、溶媒(S)とを含み、
前記アミド化合物(C)が、下記式(C1):
R c1 -(-CO-NH-R c2 ) n ・・・(C1)
(式(C1)中、R c1 は、カルボニル基と炭素-炭素結合を介して結合するn価の有機基であり、R c2 は、水素原子、又は炭素原子数1以上6以下のアルキル基であり、nは3又は4である。)
で表される化合物である、ポリイミド樹脂形成用のワニス組成物。 - 加熱により塩基性含窒素複素環化合物を発生させる熱塩基発生剤(B)を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載のワニス組成物。
- 前記熱塩基発生剤(B)が、下記式(B2):
で表される化合物、及び下記式(B4):
で表される化合物から選択される1種以上である、請求項5に記載のワニス組成物。 - 前記アミド化合物(C)の含有量が、固形分全体100質量部に対して、1質量部以上40質量部以下である、請求項1~6のいずれか1項に記載のワニス組成物。
- 請求項1~7のいずれか1項に記載の前記ワニス組成物を成形する成形工程と、
成形された前記ワニス組成物を加熱してイミド化させるイミド化工程と、を含むポリイミド樹脂の製造方法。 - ポリアミック酸(A)と、溶媒(S)とを含むポリアミック酸含有液に配合して、ポリイミド樹脂形成用のワニス組成物を得るために用いられる添加剤であって、
前記添加剤がアミド化合物(C)を含み、
前記アミド化合物(C)が、下記式(C1):
Rc1-(-CO-NH-Rc2)n・・・(C1)
(式(C1)中、Rc1は、カルボニル基と炭素-炭素結合を介して結合するn価の有機基であって、飽和脂肪族基、及びアリール基又はヘテロアリール基を含む基から選択され、Rc2は、水素原子、又は炭素原子数1以上6以下のアルキル基であり、nは1以上4以下の整数である。)
で表される化合物であり、
前記ワニス組成物を加熱してポリイミド樹脂を得る場合に、得られるポリイミド樹脂について、前記ポリアミック酸含有液を加熱してポリイミド樹脂を得る場合に対する、熱膨張率の低下、破断伸びの向上、及び引張強度の向上の少なくとも1つを生じさせる添加剤。 - ポリアミック酸(A)と、溶媒(S)とを含むポリアミック酸含有液に配合して、ポリイミド樹脂形成用のワニス組成物を得るために用いられる添加剤であって、
前記添加剤がアミド化合物(C)を含み、
前記アミド化合物(C)が、下記式(C1):
R c1 -(-CO-NH-R c2 ) n ・・・(C1)
(式(C1)中、R c1 は、カルボニル基と炭素-炭素結合を介して結合するn価の有機基であり、R c2 は、水素原子、又は炭素原子数1以上6以下のアルキル基であり、nは3又は4である。)
で表される化合物であり、
前記ワニス組成物を加熱してポリイミド樹脂を得る場合に、得られるポリイミド樹脂について、前記ポリアミック酸含有液を加熱してポリイミド樹脂を得る場合に対する、熱膨張率の低下、破断伸びの向上、及び引張強度の向上の少なくとも1つを生じさせる添加剤。
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