(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-02-10
(45)【発行日】2025-02-19
(54)【発明の名称】積層体
(51)【国際特許分類】
B32B 27/34 20060101AFI20250212BHJP
B32B 17/10 20060101ALI20250212BHJP
B32B 7/06 20190101ALI20250212BHJP
H01B 5/14 20060101ALI20250212BHJP
H01B 13/00 20060101ALI20250212BHJP
【FI】
B32B27/34
B32B17/10
B32B7/06
H01B5/14 A
H01B13/00 503B
(21)【出願番号】P 2021518341
(86)(22)【出願日】2020-04-23
(86)【国際出願番号】 JP2020017439
(87)【国際公開番号】W WO2020226062
(87)【国際公開日】2020-11-12
【審査請求日】2023-02-27
(31)【優先権主張番号】P 2019089362
(32)【優先日】2019-05-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000004466
【氏名又は名称】三菱瓦斯化学株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002620
【氏名又は名称】弁理士法人大谷特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】星野 舜
(72)【発明者】
【氏名】村山 智寿
(72)【発明者】
【氏名】安孫子 洋平
(72)【発明者】
【氏名】三田寺 淳
【審査官】緒形 友美
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-144285(JP,A)
【文献】国際公開第2015/041190(WO,A1)
【文献】特開2016-021384(JP,A)
【文献】特開2018-145440(JP,A)
【文献】国際公開第2018/221374(WO,A1)
【文献】特開2016-132103(JP,A)
【文献】特開2017-197631(JP,A)
【文献】特開2004-319869(JP,A)
【文献】国際公開第2016/043180(WO,A1)
【文献】特開2003-147099(JP,A)
【文献】特開2010-222566(JP,A)
【文献】特表2018-517813(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B32B 1/00-43/00
H01B 5/14
H01B 13/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガラス基
板上にポリイミドフィルムが密着し、前記ポリイミドフィルム上に金属膜又は酸化物半導体膜が更に積層されている積層体であって、前記の金属膜又は酸化物半導体膜の厚さが1~400nmであり、前記ポリイミドフィルムの水分含有率が1,000~35,000質量ppmであり、前記ポリイミドフィルムの、ガラス基
板からの剥離強度が20gf/cm以下である、積層体。
【請求項2】
前記ポリイミドフィルムのフィルム厚さが3~20μmである、請求項1に記載の積層体。
【請求項3】
前記酸化物半導体膜が、酸化インジウムスズ、アモルファスシリコン、インジウム・ガリウム・亜鉛酸化物及び低温ポリシリコンからなる群より選ばれる少なくとも1つである、請求項1又は2に記載の積層体。
【請求項4】
請求項1~3のいずれか1つに記載の積層体から前記のガラス基
板を剥離除去して得られる導電性フィルム。
【請求項5】
ガラス基
板上にポリイミドフィルムを積層する工程、
前記ポリイミドフィルムの水分含有率を1,000~35,000質量ppmに調整する工程、
ポリイミドフィルム上に、厚さが1~400nmの金属膜又は酸化物半導体膜を積層する工程、及び
ガラス基
板を剥離除去する工程
を含み、
前記ポリイミドフィルムの、ガラス基
板からの剥離強度が20gf/cm以下である、導電性フィルムの製造方法。
【請求項6】
前記のポリイミドフィルムの水分含有率を調整する工程が、10~40℃、40~80%RHの温度湿度環境下で、20時間以上保持する工程である、請求項5に記載の導電性フィルムの製造方法。
【請求項7】
前記のポリイミドフィルム上に金属膜又は酸化物半導体膜を積層する工程が、物理蒸着法又は化学蒸着法である、請求項5又は6に記載の導電性フィルムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は積層体に関し、詳しくはガラス基板又はシリコン基板上にポリイミドフィルムが密着し、前記ポリイミドフィルム上に金属膜又は酸化物半導体膜が更に積層されている積層体に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリイミド樹脂は、電気及び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。
画像表示装置において、表示素子から発せられる光がプラスチック基板を通って出射されるような場合、プラスチック基板には無色透明性が要求され、さらに、位相差フィルムや偏光板を光が通過する場合(例えば、液晶ディスプレイ、タッチパネル等)は、無色透明性に加えて、光学的等方性が高い(即ち、Rthが低い)ことも要求される。
【0003】
そして、ポリイミドフィルムを基板として用いる場合には、用途に応じて酸化インジウムスズ(ITO)膜等の酸化物半導体膜の作成のためのスパッタ工程やエッチング工程等各種工程を経てポリイミドフィルム上に目的とする電子回路が作られる。ポリイミドフィルム上に目的とする電子回路を作る際には、ポリイミドフィルムの平坦性を確保するために、ポリイミドフィルムはガラス板等の硬い支持体上に密着させられる。この際、ポリイミドフィルムが支持体上に密着していないとプロセスに不具合が生じる。また、それらのプロセス後にポリイミドフィルムを支持体から剥離する工程が必要となる。この剥離工程は、基材上の成形体を室温~50℃程度まで冷却後、実施される。
【0004】
ポリイミドフィルムと支持体とを密着させる方法としては、ポリイミド自身に密着剤を添加する方法のほかに、いわゆる剥離層と呼ばれる層をポリイミドフィルムと支持体との間に介在させてプロセス中の密着性を担保する方法等が知られている。
【0005】
また、ポリイミドフィルムを支持体から剥離する方法としては、例えば下記の方法が知られている。
(1) ポリイミド樹脂/支持体を含む構成体を得て、その後支持体側からレーザーを照射することにより、ポリイミド樹脂界面をアブレーション加工することにより、ポリイミド樹脂を剥離する方法(例えば特許文献1を参照)。レーザーの種類としては、固体(YAG)レーザー、ガス(UVエキシマー)レーザーがあり、308nm等のスペクトルが用いられる。
(2) 支持体に樹脂組成物を塗工する前に、支持体に剥離層を形成し、その後ポリイミド樹脂膜/剥離層/支持体を含む構成体を得て、ポリイミド樹脂膜を機械的に剥離する方法(例えば特許文献2を参照)。剥離層としては、パリレン(登録商標、日本パリレン合同会社製)、酸化タングステンを用いた方法や、植物油系、シリコーン系、フッ素系、アルキッド系の離型剤を用いた方法等がある。また、上記(1)に記載のレーザー照射を併用する場合もある。
【0006】
また、特許文献3には、接着層を介して樹脂基板を支持基板に固定し、樹脂基板上に電子素子を形成し、電子素子と樹脂基板とを含む電子デバイスを支持基板から剥離する方法であって、水分と接触することにより支持基板との接着力が低下する材料を主成分とする接着層を使用する方法が開示されている。
【0007】
一方、特許文献4には、ポリアミド酸のイミド化の観点及び樹脂組成物の保存安定性の観点から、ポリイミド前躯体及び有機溶剤を含む樹脂組成物中の水分含有量を低減させることが開示されている。すなわち、水分の影響で、一部の酸二無水物モノマーの酸無水物基が加水分解しカルボキシル基になり、高分子量化することなく低分子の状態で残存してしまうと考えられている。また、水分がポリイミド前駆体の分解再結合に関与して、樹脂組成物の保存時の粘度安定性に影響すると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特表2007-512568号公報
【文献】特開2010-067957号公報
【文献】特開2016-021384号公報
【文献】特開2018-145440号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上記(1)による方法では、レーザー照射の際に基体上に形成された樹脂基板に損傷を与えることがあり、問題となっていた。また、高額なレーザー照射装置を導入しなければならず、コスト的な課題があった。
上記(2)による方法では、レーザー照射装置が不要であるものの、ポリイミドの種類によっては、剥離層が十分にその機能を発揮しない場合があった。
特許文献3の方法では、電子素子を形成する際には、接着力を低減させないように接着層が水分と接触するのを防ぐために、接着層が露出する箇所を封止する封止層を形成する必要があった。一方、電子素子を形成した後で電子デバイスを剥離する際には、接着層に水分を接触させるために、剥離前に封止層を除去する必要があった。したがって、特許文献3の方法は全体的に煩雑なプロセスであった。さらに、水分に接触させるために湿度90%以上の高湿度環境下に設置する必要があり、水分率のコントロールが難しく、安定的な剥離性を確保することが難しいという課題があった。
【0010】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ガラス基板又はシリコン基板上にポリイミドフィルムが密着し、前記ポリイミドフィルム上に金属膜又は酸化物半導体膜が更に積層されている積層体であって、ポリイミドフィルムが無色透明性及び光学的等方性に優れるものであり、かつ、ガラス基板又はシリコン基板からポリイミドフィルムを容易かつ安定的に剥離することができる積層体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者らは、驚くべきことに、従来では含有量を低減させることが求められていた水分を、あえて最適量フィルム中に含有させることにより上記課題を解決できることを見出した。本発明はこのような知見に基づき完成に至ったものである。
【0012】
すなわち本発明は、以下に関する。
<1> ガラス基板又はシリコン基板上にポリイミドフィルムが密着し、前記ポリイミドフィルム上に金属膜又は酸化物半導体膜が更に積層されている積層体であって、前記の金属膜又は酸化物半導体膜の厚さが1~400nmであり、前記ポリイミドフィルムの水分含有率が1,000~35,000質量ppmである、積層体。
<2> 前記ポリイミドフィルムの、ガラス基板又はシリコン基板からの剥離強度が20gf/cm以下である、上記<1>に記載の積層体。
<3> 前記ポリイミドフィルムのフィルム厚さが3~20μmである、上記<1>又は<2>に記載の積層体。
<4> 前記酸化物半導体膜が、酸化インジウムスズ、アモルファスシリコン、インジウム・ガリウム・亜鉛酸化物及び低温ポリシリコンからなる群より選ばれる少なくとも1つである、上記<1>~<3>のいずれか1つに記載の積層体。
<5> 上記<1>~<4>のいずれか1つに記載の積層体から前記のガラス基板又はシリコン基板を剥離除去して得られる導電性フィルム。
<6> ガラス基板又はシリコン基板上にポリイミドフィルムを積層する工程、
前記ポリイミドフィルムの水分含有率を1,000~35,000質量ppmに調整する工程、
ポリイミドフィルム上に、厚さが1~400nmの金属膜又は酸化物半導体膜を積層する工程、及び
ガラス基板又はシリコン基板を剥離除去する工程
を含む、導電性フィルムの製造方法。
<7> 前記のポリイミドフィルムの水分含有率を調整する工程が、10~40℃、40~80%RHの温度湿度環境下で、20時間以上保持する工程である、上記<6>に記載の導電性フィルムの製造方法。
<8> 前記のポリイミドフィルム上に金属膜又は酸化物半導体膜を積層する工程が、物理蒸着法又は化学蒸着法である、上記<6>又は<7>に記載の導電性フィルムの製造方法。
【発明の効果】
【0013】
本発明の積層体は、ガラス基板又はシリコン基板からポリイミドフィルムを、機械的に剥離する場合であっても、容易かつ安定的に剥離することができる。したがって、本発明の積層体は、樹脂基板を備えるフレキシブル電子デバイスの製造プロセスの簡便化やその歩留り向上等に寄与し得る。
また、ポリイミドフィルムは無色透明性及び光学的等方性に優れる。したがって、ガラス基板又はシリコン基板から剥離されたフィルムは、フレキシブル電子デバイス用の樹脂基板として好適である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の一実施形態について説明する。本発明の内容は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
なお、本明細書において、数値の記載に関する「A~B」という用語は、「A以上B以下」(A<Bの場合)又は「A以下B以上」(A>Bの場合)を意味する。また、本発明において、好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
【0015】
本発明の積層体は、ガラス基板又はシリコン基板上にポリイミドフィルムが密着し、前記ポリイミドフィルム上に金属膜又は酸化物半導体膜が更に積層されている積層体であって、前記の金属膜又は酸化物半導体膜の厚さが1~400nmであり、前記ポリイミドフィルムの水分含有率が1,000~35,000質量ppmである。
【0016】
(ガラス基板又はシリコン基板)
ガラス基板又はシリコン基板は特に限定されず、ポリイミドフィルムを基板とした電子デバイス(導電性フィルム)を製造する際にポリイミドフィルムを担持できる程度の強度があればよい。ガラスの種類についても特に限定されず、無アルカリガラス(ホウケイ酸ガラス)、アルカリガラス、ソーダガラス、無蛍光ガラス、リン酸系ガラス、ホウ酸系ガラス、石英等を利用することができる。
ポリイミドフィルムとの密着性をよくするため、ガラス基板又はシリコン基板の上面の平坦性は高いことが好ましい。具体的には、表面粗さRmaxが10μm以下であることが好ましく、Rmaxが1μm以下であることがより好ましい。
【0017】
(ポリイミドフィルム)
本発明の積層体は、ガラス基板又はシリコン基板上にポリイミドフィルムが密着している。ポリイミドフィルムはガラス基板又はシリコン基板上に直接密着していることが好ましく、ガラス基板又はシリコン基板とポリイミドフィルムとの間に接着層等を介在しないことが好ましい。
【0018】
本発明におけるポリイミドフィルムの水分含有率は、1,000~35,000質量ppmであり、好ましくは3,000~30,000質量ppm、より好ましくは5,000~25,000質量ppmである。ポリイミドフィルムの水分含有率が当該範囲内にあれば、電子デバイス製造後に、ガラス基板又はシリコン基板からポリイミドフィルムを安定的に剥離することができる。
【0019】
ポリイミドフィルムのフィルム厚さは、好ましくは3~20μm、より好ましくは4~15μm、更に好ましくは5~10μmである。ポリイミドフィルムのフィルム厚さがこの範囲内であると、電子デバイス製造中にポリイミドフィルムがダメージを受けることが無く、電子デバイスの製造が容易であり、電子デバイス製造後に、ガラス基板又はシリコン基板から安定的に剥離することができる。なお、ポリイミドフィルムのフィルム厚さはマイクロメータ等を用いて物理的に測定することもできるし、レーザー顕微鏡等を用いて光学観察し、フィルム上面とガラス接触面との高さを測定して求めることもできる。
【0020】
ポリイミドフィルムの、ガラス基板又はシリコン基板からの剥離強度は、好ましくは20gf/cm以下、より好ましくは15gf/cm以下、更に好ましくは10gf/cm以下である。剥離強度がこの範囲内であると、電子デバイス製造中にポリイミドフィルムはガラス基板又はシリコン基板上に密着しており剥がれることが無く、かつ電子デバイス製造後に、ガラス基板又はシリコン基板から安定的に剥離することができる。
【0021】
本発明におけるポリイミドフィルムは、無色透明性及び光学的等方性に優れる。本発明における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。
【0022】
全光線透過率は、厚さ10μmのフィルムとした際に、好ましくは88%以上、より好ましくは88.5%以上、更に好ましくは89%以上である。イエローインデックス(YI)は、厚さ10μmのフィルムとした際に、好ましくは4.0以下、より好ましくは2.5以下、更に好ましくは2.0以下である。b*は、厚さ10μmのフィルムとした際に、好ましくは2.0以下、より好ましくは1.2以下、更に好ましくは1.0以下である。
【0023】
厚み位相差(Rth)の絶対値は、厚さ10μmのフィルムとした際に、好ましくは100nm以下、より好ましくは60nm以下、更に好ましくは35nm以下である。この範囲であると光学的等方性に優れる。
【0024】
引張強度は、好ましくは60MPa以上、より好ましくは70MPa以上、更に好ましくは80MPa以上である。引張弾性率は、好ましくは2.0GPa以上、より好ましくは2.5GPa以上、更に好ましくは3.0GPa以上である。
【0025】
本発明におけるポリイミドフィルムを構成するポリイミド樹脂のガラス転移温度(Tg)は、好ましくは230℃以上、より好ましくは250℃以上、更に好ましくは270℃以上である。
【0026】
本発明に使用し得るポリイミド樹脂の好ましい一例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0027】
[ポリイミド樹脂1]
ポリイミド樹脂1は、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A1及びジアミンに由来する構成単位B1を有し、構成単位A1が下記式(a-11)で表される化合物に由来する構成単位(A-11)と、下記式(a-12)で表される化合物に由来する構成単位(A-12)とを含み、構成単位B1が下記式(b-11)で表される化合物に由来する構成単位(B-11)と、下記式(b-12)で表される化合物に由来する構成単位(B-12)とを含む。
【0028】
【0029】
<構成単位A1>
構成単位A1は、ポリイミド樹脂1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、下記式(a-11)で表される化合物に由来する構成単位(A-11)と、下記式(a-12)で表される化合物に由来する構成単位(A-12)とを含む。
【0030】
【0031】
式(a-11)で表される化合物は、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物である。
式(a-12)で表される化合物は、4,4’-オキシジフタル酸無水物である。
構成単位A1が構成単位(A-11)と構成単位(A-12)との両方を含むことによって、フィルムの無色透明性、光学的等方性、及び耐薬品性を向上させることができる。構成単位(A-11)は特に無色透明性及び光学的等方性の向上への寄与が大きく、構成単位(A-12)は特に耐薬品性の向上への寄与が大きい。
【0032】
構成単位A1中における構成単位(A-11)の比率は、好ましくは5~95モル%、より好ましくは15~95モル%、更に好ましくは20~90モル%、特に好ましくは50~90モル%である。
構成単位A1中における構成単位(A-12)の比率は、好ましくは5~95モル%、より好ましくは5~85モル%、更に好ましくは10~80モル%、特に好ましくは10~50モル%である。
構成単位A1中における構成単位(A-11)及び(A-12)の合計の比率は、好ましくは50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。構成単位(A-11)及び(A-12)の合計の比率の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。構成単位A1は構成単位(A-11)と構成単位(A-12)とのみからなっていてもよい。
【0033】
構成単位A1は、構成単位(A-11)及び(A-12)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、特に限定されないが、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、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、及び4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物(ただし、式(a-12)で表される化合物を除く);1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物及びノルボルナン-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等の脂環式テトラカルボン酸二無水物(ただし、式(a-11)で表される化合物を除く);並びに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A1に任意に含まれる構成単位(即ち、構成単位(A-11)及び(A-12)以外の構成単位)は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
【0034】
<構成単位B1>
構成単位B1は、ポリイミド樹脂に占めるジアミンに由来する構成単位であって、下記式(b-11)で表される化合物に由来する構成単位(B-11)と、下記式(b-12)で表される化合物に由来する構成単位(B-12)とを含む。
【化3】
【0035】
式(b-11)で表される化合物は、3,3’-ジアミノジフェニルスルホンである。
構成単位B1が構成単位(B-11)を含むことによって、フィルムの光学的等方性及び耐薬品性を向上させることができる。
式(b-12)で表される化合物は、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルホンである。
構成単位B1が構成単位(B-12)を含むことによって、フィルムの引張伸び率を向上させることができる。
【0036】
構成単位B1中における構成単位(B-11)の比率は、好ましくは5~95モル%、より好ましくは15~95モル%、更に好ましくは20~90モル%、特に好ましくは50~90モル%である。
構成単位B1中における構成単位(B-12)の比率は、好ましくは5~95モル%、より好ましくは5~85モル%、更に好ましくは10~80モル%、特に好ましくは10~50モル%である。
構成単位B1中における構成単位(B-11)及び(B-12)の合計の比率は、好ましくは50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。構成単位(B-11)及び(B-12)の合計の比率の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。構成単位B1は構成単位(B-11)と構成単位(B-12)とのみからなっていてもよい。
【0037】
構成単位B1は構成単位(B-11)及び(B-12)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ジアミンとしては、特に限定されないが、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’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、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’-ジアミノジフェニルスルホン、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、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、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、及び4,4’-ジアミノ-2,2’-ビストリフルオロメチルジフェニルエーテル等の芳香族ジアミン(ただし、式(b-11)又は(b-12)で表される化合物を除く);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。
なお、本明細書において、芳香族ジアミンとは芳香環を1つ以上含むジアミンを意味し、脂環式ジアミンとは脂環を1つ以上含み、かつ芳香環を含まないジアミンを意味し、脂肪族ジアミンとは芳香環も脂環も含まないジアミンを意味する。
構成単位B1に任意に含まれる構成単位(即ち、構成単位(B-11)及び(B-12)以外の構成単位)は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
【0038】
構成単位B1に任意に含まれる構成単位を与えるジアミンとしては、下記式(b-13-1)で表される化合物、下記式(b-13-2)で表される化合物、下記式(b-13-3)で表される化合物、及び下記式(b-13-4)で表される化合物が好ましい。即ち、本発明の一態様のポリイミド樹脂は、構成単位B1が、下記式(b-13-1)で表される化合物に由来する構成単位(B-13-1)、下記式(b-13-2)で表される化合物に由来する構成単位(B-13-2)、下記式(b-13-3)で表される化合物に由来する構成単位(B-13-3)、及び下記式(b-13-4)で表される化合物に由来する構成単位(B-13-4)からなる群より選ばれる少なくとも1つである構成単位(B-13)を更に含んでもよい。
【0039】
【化4】
(式(b-13-2)中、Rはそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子又はメチル基である。)
【0040】
式(b-13-1)で表される化合物は、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノジフェニルエーテル(6FODA)である。
構成単位B1が構成単位(B-13-1)を含むことによって、フィルムの無色透明性を向上させることができる。
【0041】
式(b-13-2)において、Rはそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、及び炭素数1~5のアルキル基からなる群より選択され、水素原子、フッ素原子、又はメチル基であり、水素原子であることが好ましい。式(b-13-2)で表される化合物としては、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、9,9-ビス(3-フルオロ-4-アミノフェニル)フルオレン、及び9,9-ビス(3-メチル-4-アミノフェニル)フルオレン等が挙げられ、これら3種の化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレンが好ましい。
構成単位B1が構成単位(B-13-2)を含むことによって、フィルムの光学的等方性及び耐熱性を向上させることができる。
【0042】
式(b-13-3)で表される化合物は、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である。
構成単位B1が構成単位(B-13-3)を含むことによって、フィルムの無色透明性を向上させることができる。
【0043】
式(b-13-4)で表される化合物は、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンである。
構成単位B1が構成単位(B-13-4)を含むことによって、フィルムの無色透明性、耐薬品性、及び機械的特性を向上させることができる。
【0044】
構成単位B1が構成単位(B-11)、構成単位(B-12)、及び構成単位(B-13)を含む場合、構成単位B1中における構成単位(B-11)及び構成単位(B-12)の合計比率は、好ましくは70~95モル%、より好ましくは75~95モル%、更に好ましくは75~90モル%、構成単位B1中における構成単位(B-13)の比率は、好ましくは5~30モル%、より好ましくは5~25モル%、更に好ましくは10~25モル%である。
構成単位B1中における構成単位(B-11)、構成単位(B-12)、及び構成単位(B-13)の合計の比率は、好ましくは75モル%以上、より好ましくは80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。構成単位(B-11)、構成単位(B-12)、及び構成単位(B-13)の合計の比率の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。構成単位B1は、構成単位(B-11)、構成単位(B-12)、及び構成単位(B-13)のみからなっていてもよい。
【0045】
構成単位(B-13)は、構成単位(B-13-1)のみであってもよく、構成単位(B-13-2)のみであってもよく、構成単位(B-13-3)のみであってもよく、又は構成単位(B-13-4)のみであってもよい。
また、構成単位(B-13)は、構成単位(B-13-1)~(B-13-4)からなる群より選ばれる2つ以上の構成単位の組み合わせであってもよい。
【0046】
ポリイミド樹脂1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5,000~200,000である。なお、ポリイミド樹脂の数平均分子量は、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。
【0047】
ポリイミド樹脂1は、ポリイミド鎖(構成単位A1と構成単位B1とがイミド結合してなる構造)以外の構造を含んでもよい。ポリイミド樹脂中に含まれうるポリイミド鎖以外の構造としては、例えばアミド結合を含む構造等が挙げられる。
ポリイミド樹脂1は、ポリイミド鎖(構成単位A1と構成単位B1とがイミド結合してなる構造)を主たる構造として含むことが好ましい。したがって、ポリイミド樹脂1中に占めるポリイミド鎖の比率は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは90質量%以上、特に好ましくは99質量%以上である。
【0048】
[ポリイミド樹脂1の製造方法]
ポリイミド樹脂1は、上述の構成単位(A-11)を与える化合物及び上述の構成単位(A-12)を与える化合物を含むテトラカルボン酸成分と、上述の構成単位(B-11)を与える化合物及び上述の構成単位(B-12)を与える化合物を含むジアミン成分とを反応させることにより製造することができる。
【0049】
構成単位(A-11)を与える化合物としては、式(a-11)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(a-11)で表されるテトラカルボン酸二無水物に対応するテトラカルボン酸(即ち、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸)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(A-11)を与える化合物としては、式(a-11)で表される化合物(即ち、二無水物)が好ましい。
同様に、構成単位(A-12)を与える化合物としては、式(a-12)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(a-12)で表されるテトラカルボン酸二無水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(A-12)を与える化合物としては、式(a-12)で表される化合物(即ち、二無水物)が好ましい。
【0050】
テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-11)を与える化合物を、好ましくは5~95モル%、より好ましくは15~95モル%、更に好ましくは20~90モル%、特に好ましくは50~90モル%含む。
テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-12)を与える化合物を、好ましくは5~95モル%、より好ましくは5~85モル%、更に好ましくは10~80モル%、特に好ましくは10~50モル%含む。
テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-11)を与える化合物及び構成単位(A-12)を与える化合物を合計で、好ましくは50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%以上含む。構成単位(A-11)を与える化合物及び構成単位(A-12)を与える化合物の合計の含有比率の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。テトラカルボン酸成分は構成単位(A-11)を与える化合物と構成単位(A-12)を与える化合物とのみからなっていてもよい。
【0051】
テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-11)を与える化合物及び構成単位(A-12)を与える化合物以外の化合物を含んでもよく、当該化合物としては、上述の芳香族テトラカルボン酸二無水物、脂環式テトラカルボン酸二無水物、及び脂肪族テトラカルボン酸二無水物、並びにそれらの誘導体(テトラカルボン酸、テトラカルボン酸のアルキルエステル等)が挙げられる。
テトラカルボン酸成分に任意に含まれる化合物(即ち、構成単位(A-11)を与える化合物及び構成単位(A-12)を与える化合物以外の化合物)は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
【0052】
構成単位(B-11)を与える化合物としては、式(b-11)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(b-11)で表される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(B-11)を与える化合物としては、式(b-11)で表される化合物(即ち、ジアミン)が好ましい。
構成単位(B-12)を与える化合物としては、式(b-12)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(b-12)で表される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(B-12)を与える化合物としては、式(b-12)で表される化合物(即ち、ジアミン)が好ましい。
【0053】
ジアミン成分は、構成単位(B-11)を、好ましくは5~95モル%、より好ましくは15~95モル%、更に好ましくは20~90モル%、特に好ましくは50~90モル%含む。
ジアミン成分は構成単位(B-12)を、好ましくは5~95モル%、より好ましくは5~85モル%、更に好ましくは10~80モル%、特に好ましくは10~50モル%含む。
ジアミン成分は構成単位(B-11)及び(B-12)を合計で、好ましくは50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%以上含む。構成単位(B-11)及び(B-12)の合計の比率の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。ジアミン成分は構成単位(B-11)と構成単位(B-12)とのみからなっていてもよい。
【0054】
ジアミン成分は構成単位(B-11)を与える化合物及び構成単位(B-12)を与える化合物以外の化合物を含んでもよく、当該化合物としては、上述の芳香族ジアミン、脂環式ジアミン、及び脂肪族ジアミン、並びにそれらの誘導体(ジイソシアネート等)が挙げられる。
ジアミン成分に任意に含まれる化合物(即ち、構成単位(B-11)を与える化合物及び構成単位(B-12)を与える化合物以外の化合物)は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
【0055】
ジアミン成分に任意に含まれる化合物としては、構成単位(B-13)を与える化合物(即ち、構成単位(B-13-1)を与える化合物、構成単位(B-13-2)を与える化合物、構成単位(B-13-3)を与える化合物、及び構成単位(B-13-4)を与える化合物)が好ましい。
構成単位(B-13)を与える化合物としては、式(b-13-1)で表される化合物、式(b-13-2)で表される化合物、式(b-13-3)で表される化合物、及び式(b-13-4)で表される化合物が挙げられるが、それに限られず、同じ構成単位を形成でき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(b-13-1)~式(b-13-4)で表される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(B-13)を与える化合物としては、式(b-13-1)~式(b-13-4)で表される化合物(即ち、ジアミン)が好ましい。
【0056】
ジアミン成分が、構成単位(B-11)を与える化合物、構成単位(B-12)を与える化合物、及び構成単位(B-13)を与える化合物を含む場合、ジアミン成分は構成単位(B-11)を与える化合物及び構成単位(B-12)を与える化合物を合計で好ましくは70~95モル%、より好ましくは75~95モル%、更に好ましくは75~90モル%含み、構成単位(B-13)を与える化合物を好ましくは5~30モル%、より好ましくは5~25モル%、更に好ましくは10~25モル%含む。
ジアミン成分は、構成単位(B-11)を与える化合物、構成単位(B-12)を与える化合物、及び構成単位(B-13)を与える化合物を合計で、好ましくは75モル%以上、より好ましくは80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%以上含む。構成単位(B-11)を与える化合物、構成単位(B-12)を与える化合物、及び構成単位(B-13)を与える化合物の合計の含有比率の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。ジアミン成分は構成単位(B-11)を与える化合物と、構成単位(B-12)を与える化合物と、構成単位(B-13)を与える化合物とのみからなっていてもよい。
【0057】
構成単位(B-13)を与える化合物は、構成単位(B-13-1)を与える化合物のみであってもよく、構成単位(B-13-2)を与える化合物のみであってもよく、構成単位(B-13-3)を与える化合物のみであってもよく、又は構成単位(B-13-4)を与える化合物のみであってもよい。
また、構成単位(B-13)を与える化合物は、構成単位(B-13-1)~(B-13-4)を与える化合物からなる群より選ばれる2つ以上の化合物の組み合わせであってもよい。
【0058】
ポリイミド樹脂1の製造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。
【0059】
また、ポリイミド樹脂1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、特に0.001~0.06モルが好ましい。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推奨される。これらのうち、ベンジルアミン、アニリンが好適に使用できる。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、その一部を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-ジカルボン酸等が推奨される。これらのうち、フタル酸、無水フタル酸が好適に使用できる。
【0060】
前述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、室温~80℃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、必要に応じて室温~80℃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。
【0061】
ポリイミド樹脂1の製造に用いられる反応溶剤は、イミド化反応を阻害せず、生成するポリイミド樹脂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。
【0062】
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、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、ピコリン、ピリジン等のアミン系溶剤、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。
【0063】
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。
また、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い。また、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。
【0064】
イミド化反応では、ディーンスターク装置等を用いて、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。
【0065】
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、塩基触媒を用いることが好ましく、有機塩基触媒を用いることがより好ましく、トリエチルアミンを用いることが更に好ましく、トリエチルアミンとトリエチレンジアミンを組み合わせて用いることが特に好ましい。
【0066】
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。
【0067】
イミド化反応時の固形分濃度は30~60質量%が好ましく、35~58質量%がより好ましく、40~56質量%が特に好ましい。イミド化反応時の固形分濃度がこの範囲であると、イミド化反応が良好に進行し、反応時に生成する水を除去しやすくなるため、重合度及びイミド化率を上昇させることができる。
ただし、イミド化反応時の固形分濃度は、反応系内に添加したテトラカルボン酸成分、反応系内のジアミン成分、及び反応溶剤の質量に基づいて下記式から算出される値である。
イミド化反応時の固形分濃度(質量%)=(テトラカルボン酸成分及びジアミン成分の合計質量)/(テトラカルボン酸成分、ジアミン成分、及び反応溶剤の合計質量)×100
【0068】
また、本発明に使用し得るポリイミド樹脂の別の好ましい一例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0069】
[ポリイミド樹脂2]
ポリイミド樹脂2は、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A2及びジアミンに由来する構成単位B2を有し、構成単位A2が下記式(a-21)で表される化合物に由来する構成単位(A-21)と、下記式(a-22)で表される化合物に由来する構成単位(A-22)とを含み、構成単位B2が下記式(b-21)で表される化合物に由来する構成単位(B-21)を含み、構成単位B2中における構成単位(B-21)の比率が70モル%以上である。
【化5】
【0070】
<構成単位A2>
構成単位A2は、ポリイミド樹脂2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、式(a-21)で表される化合物に由来する構成単位(A-21)と、式(a-22)で表される化合物に由来する構成単位(A-22)とを含む。式(a-21)で表される化合物は、上述した式(a-11)で表される化合物と同一である。また、式(a-22)で表される化合物は、上述した式(a-12)で表される化合物と同一である。
構成単位A2が構成単位(A-21)と構成単位(A-22)との両方を含むことによって、フィルムの無色透明性、光学的等方性、及び耐薬品性を向上させることができる。構成単位(A-21)は特に無色透明性及び光学的等方性の向上への寄与が大きく、構成単位(A-22)は特に耐薬品性の向上への寄与が大きい。
【0071】
構成単位A2中における構成単位(A-21)の比率は、好ましくは5~95モル%、より好ましくは15~95モル%、更に好ましくは20~90モル%、特に好ましくは50~90モル%である。
構成単位A2中における構成単位(A-22)の比率は、好ましくは5~95モル%、より好ましくは5~85モル%、更に好ましくは10~80モル%、特に好ましくは10~50モル%である。
構成単位A2中における構成単位(A-21)及び(A-22)の合計の比率は、好ましくは50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。構成単位(A-21)及び(A-22)の合計の比率の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。構成単位A2は構成単位(A-21)と構成単位(A-22)とのみからなっていてもよい。
【0072】
構成単位A2は、構成単位(A-21)及び(A-22)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、特に限定されないが、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、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、及び4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物(ただし、式(a-22)で表される化合物を除く);1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物及びノルボルナン-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等の脂環式テトラカルボン酸二無水物(ただし、式(a-21)で表される化合物を除く);並びに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A2に任意に含まれる構成単位(即ち、構成単位(A-21)及び(A-22)以外の構成単位)は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
【0073】
<構成単位B2>
構成単位B2は、ポリイミド樹脂に占めるジアミンに由来する構成単位であって、式(b-21)で表される化合物に由来する構成単位(B-21)を含む。式(b-21)で表される化合物は、上述した式(b-11)で表される化合物と同一である。
構成単位B2が構成単位(B-21)を含むことによって、フィルムの光学的等方性及び耐薬品性を向上させることができる。
【0074】
構成単位B2中における構成単位(B-21)の比率は、70モル%以上である。当該比率は、好ましくは75モル%以上、より好ましくは80モル%以上である。構成単位(B-21)の比率の上限値は、90モル%でもよく、95モル%でもよく、99モル%でもよく、100モル%でもよい。構成単位B2は構成単位(B-21)のみからなっていてもよい。
【0075】
構成単位B2は構成単位(B-21)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ジアミンとしては、特に限定されないが、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’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、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’-ジアミノジフェニルスルホン、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、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、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、及び4,4’-ジアミノ-2,2’-ビストリフルオロメチルジフェニルエーテル等の芳香族ジアミン(ただし、式(b-21)で表される化合物を除く);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B2に任意に含まれる構成単位(即ち、構成単位(B-21)以外の構成単位)は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
【0076】
構成単位B2に任意に含まれる構成単位を与えるジアミンとしては、下記式(b-22-1)で表される化合物、下記式(b-22-2)で表される化合物、下記式(b-22-3)で表される化合物、及び下記式(b-22-4)で表される化合物が好ましい。即ち、本発明の一態様のポリイミド樹脂は、構成単位B2が、下記式(b-22-1)で表される化合物に由来する構成単位(B-22-1)、下記式(b-22-2)で表される化合物に由来する構成単位(B-22-2)、下記式(b-22-3)で表される化合物に由来する構成単位(B-22-3)、及び下記式(b-22-4)で表される化合物に由来する構成単位(B-22-4)からなる群より選ばれる少なくとも1つである構成単位(B-22)を更に含んでもよい。
【化6】
(式(b-22-2)中、Rはそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子又はメチル基である。)
【0077】
式(b-22-1)で表される化合物は、上述した式(b-13-1)で表される化合物と同一である。
構成単位Bが構成単位(B-22-1)を含むことによって、フィルムの無色透明性を向上させることができる。
【0078】
式(b-22-2)で表される化合物は、上述した式(b-13-2)で表される化合物と同一であり、好ましい範囲も同様である。
構成単位B2が構成単位(B-22-2)を含むことによって、フィルムの光学的等方性及び耐熱性を向上させることができる。
【0079】
式(b-22-3)で表される化合物は、上述した式(b-13-3)で表される化合物と同一である。
構成単位B2が構成単位(B-22-3)を含むことによって、フィルムの無色透明性を向上させることができる。
【0080】
式(b-22-4)で表される化合物は、上述した式(b-13-4)で表される化合物と同一である。
構成単位B2が構成単位(B-22-4)を含むことによって、フィルムの無色透明性、耐薬品性、及び機械的特性を向上させることができる。
【0081】
構成単位B2が構成単位(B-21)及び構成単位(B-22)を含む場合、構成単位B2中における構成単位(B-21)の比率は、好ましくは70~95モル%、より好ましくは75~95モル%、更に好ましくは75~90モル%、構成単位B2中における構成単位(B-22)の比率は、好ましくは5~30モル%、より好ましくは5~25モル%、更に好ましくは10~25モル%である。
構成単位B2中における構成単位(B-21)及び構成単位(B-22)の合計の比率は、好ましくは75モル%以上、より好ましくは80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。構成単位(B-21)及び構成単位(B-22)の合計の比率の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。構成単位Bは構成単位(B-21)と構成単位(B-22)とのみからなっていてもよい。
【0082】
構成単位(B-22)は、構成単位(B-22-1)のみであってもよく、構成単位(B-22-2)のみであってもよく、構成単位(B-22-3)のみであってもよく、又は構成単位(B-22-4)のみであってもよい。
また、構成単位(B-22)は、構成単位(B-22-1)~(B-22-4)からなる群より選ばれる2つ以上の構成単位の組み合わせであってもよい。
【0083】
ポリイミド樹脂2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5,000~200,000である。
【0084】
ポリイミド樹脂2は、ポリイミド鎖(構成単位A2と構成単位B2とがイミド結合してなる構造)以外の構造を含んでもよい。ポリイミド樹脂中に含まれうるポリイミド鎖以外の構造としては、例えばアミド結合を含む構造等が挙げられる。
ポリイミド樹脂2は、ポリイミド鎖(構成単位A2と構成単位B2とがイミド結合してなる構造)を主たる構造として含むことが好ましい。したがって、ポリイミド樹脂2中に占めるポリイミド鎖の比率は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは90質量%以上、特に好ましくは99質量%以上である。
【0085】
[ポリイミド樹脂2の製造方法]
ポリイミド樹脂は、上述の構成単位(A-21)を与える化合物及び上述の構成単位(A-22)を与える化合物を含むテトラカルボン酸成分と、上述の構成単位(B-21)を与える化合物を70モル%以上含むジアミン成分とを反応させることにより製造することができる。
【0086】
構成単位(A-21)を与える化合物としては、式(a-21)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(a-21)で表されるテトラカルボン酸二無水物に対応するテトラカルボン酸(即ち、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸)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(A-21)を与える化合物としては、式(a-21)で表される化合物(即ち、二無水物)が好ましい。
同様に、構成単位(A-22)を与える化合物としては、式(a-22)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(a-22)で表されるテトラカルボン酸二無水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(A-22)を与える化合物としては、式(a-22)で表される化合物(即ち、二無水物)が好ましい。
【0087】
テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-21)を与える化合物を、好ましくは5~95モル%、より好ましくは15~95モル%、更に好ましくは20~90モル%、特に好ましくは50~90モル%含む。
テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-22)を与える化合物を、好ましくは5~95モル%、より好ましくは5~85モル%、更に好ましくは10~80モル%、特に好ましくは10~50モル%含む。
テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-21)を与える化合物及び構成単位(A-22)を与える化合物を合計で、好ましくは50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%以上含む。構成単位(A-21)を与える化合物及び構成単位(A-22)を与える化合物の合計の含有比率の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。テトラカルボン酸成分は構成単位(A-21)を与える化合物と構成単位(A-22)を与える化合物とのみからなっていてもよい。
【0088】
テトラカルボン酸成分は、構成単位(A-21)を与える化合物及び構成単位(A-22)を与える化合物以外の化合物を含んでもよく、当該化合物としては、上述の芳香族テトラカルボン酸二無水物、脂環式テトラカルボン酸二無水物、及び脂肪族テトラカルボン酸二無水物、並びにそれらの誘導体(テトラカルボン酸、テトラカルボン酸のアルキルエステル等)が挙げられる。
テトラカルボン酸成分に任意に含まれる化合物(即ち、構成単位(A-21)を与える化合物及び構成単位(A-22)を与える化合物以外の化合物)は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
【0089】
構成単位(B-21)を与える化合物としては、式(b-21)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(b-21)で表される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(B-21)を与える化合物としては、式(b-21)で表される化合物(即ち、ジアミン)が好ましい。
【0090】
ジアミン成分は、構成単位(B-21)を与える化合物を70モル%以上含む。ジアミン成分は、構成単位(B-21)を与える化合物を、好ましくは75モル%以上、より好ましくは80モル%以上含む。構成単位(B-21)を与える化合物の含有比率の上限値は、90モル%でもよく、95モル%でもよく、99モル%でもよく、100モル%でもよい。ジアミン成分は構成単位(B-21)を与える化合物のみからなっていてもよい。
【0091】
ジアミン成分は構成単位(B-21)を与える化合物以外の化合物を含んでもよく、当該化合物としては、上述の芳香族ジアミン、脂環式ジアミン、及び脂肪族ジアミン、並びにそれらの誘導体(ジイソシアネート等)が挙げられる。
ジアミン成分に任意に含まれる化合物(即ち、構成単位(B-21)を与える化合物以外の化合物)は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
【0092】
ジアミン成分に任意に含まれる化合物としては、構成単位(B-22)を与える化合物(即ち、構成単位(B-22-1)を与える化合物、構成単位(B-22-2)を与える化合物、構成単位(B-22-3)を与える化合物、及び構成単位(B-22-4)を与える化合物)が好ましい。
構成単位(B-22)を与える化合物としては、式(b-22-1)で表される化合物、式(b-22-2)で表される化合物、式(b-22-3)で表される化合物、及び式(b-22-4)で表される化合物が挙げられるが、それに限られず、同じ構成単位を形成でき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(b-22-1)~式(b-22-4)で表される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(B-22)を与える化合物としては、式(b-22-1)~式(b-22-4)で表される化合物(即ち、ジアミン)が好ましい。
【0093】
ジアミン成分が、構成単位(B-21)を与える化合物及び構成単位(B-22)を与える化合物を含む場合、ジアミン成分は構成単位(B-21)を与える化合物を好ましくは70~95モル%、より好ましくは75~95モル%、更に好ましくは75~90モル%含み、構成単位(B-22)を与える化合物を好ましくは5~30モル%、より好ましくは5~25モル%、更に好ましくは10~25モル%含む。
ジアミン成分は、構成単位(B-21)を与える化合物及び構成単位(B-22)を与える化合物を合計で、好ましくは75モル%以上、より好ましくは80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%以上含む。構成単位(B-21)を与える化合物と構成単位(B-22)を与える化合物の合計の含有比率の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。ジアミン成分は構成単位(B-21)を与える化合物と構成単位(B-22)を与える化合物とのみからなっていてもよい。
【0094】
構成単位(B-22)を与える化合物は、構成単位(B-22-1)を与える化合物のみであってもよく、構成単位(B-22-2)を与える化合物のみであってもよく、構成単位(B-22-3)を与える化合物のみであってもよく、又は構成単位(B-22-4)を与える化合物のみであってもよい。
また、構成単位(B-22)を与える化合物は、構成単位(B-22-1)~(B-22-4)を与える化合物からなる群より選ばれる2つ以上の化合物の組み合わせであってもよい。
【0095】
ポリイミド樹脂2の製造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。
【0096】
また、ポリイミド樹脂2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。末端封止剤としては、ポリイミド樹脂1に関して説明したとおりであり、好ましい範囲も同様である。
【0097】
前述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、ポリイミド樹脂1に関して説明したとおりである。
【0098】
ポリイミド樹脂2の製造に用いられる反応溶剤は、イミド化反応を阻害せず、生成するポリイミドを溶解できるものであればよい。反応溶剤の具体例としてはポリイミド樹脂1に関して説明したとおりであり、好ましい範囲も同様である。
【0099】
イミド化反応では、ディーンスターク装置等を用いて、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。
【0100】
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。イミド化触媒の具体例としてはポリイミド樹脂1に関して説明したとおりであり、好ましい範囲も同様である。
【0101】
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。
【0102】
また、本発明に使用し得るポリイミド樹脂の更に別の好ましい一例として以下の共重合体から得られるポリイミド樹脂も例示できるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0103】
[共重合体3]
共重合体3は、テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位A3及びジアミンに由来する構成単位B3を有する共重合体であって、
構成単位A3が、脂環式テトラカルボン酸二無水物(a-31)に由来する構成単位(A-31)と、脂環式テトラカルボン酸二無水物(a-31)以外のテトラカルボン酸二無水物(a-32)に由来する構成単位(A-32)からなり、
構成単位B3が、下記式(b-31)で表される化合物に由来する構成単位(B-31)を含み、
構成単位(A-32)が、下記式(a-32-1)で表される化合物に由来する構成単位(A-32-1)、下記式(a-32-2)で表される化合物に由来する構成単位(A-32-2)、下記式(a-32-3)で表される化合物に由来する構成単位(A-32-3)、及び下記式(a-32-4)で表される化合物に由来する構成単位(A-32-4)からなる群から選ばれる少なくとも1つを含み、
該共重合体が、構成単位(A-31)を与える化合物と構成単位(B-31)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し、構成単位(A-32)を与える化合物と構成単位B3を与える化合物とから形成されるアミド酸繰り返し構造単位を有する。
【0104】
【0105】
<構成単位A3>
構成単位A3は、共重合体3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、脂環式テトラカルボン酸二無水物(a-31)に由来する構成単位(A-31)と、脂環式テトラカルボン酸二無水物(a-31)以外のテトラカルボン酸二無水物(a-32)に由来する構成単位(A-32)からなる。
【0106】
構成単位(A-31)は、脂環式テトラカルボン酸二無水物(a-31)に由来する構成単位である。
構成単位(A-31)は、高透明性、高耐熱性及び低残留応力の観点から、好ましくは下記式(a-31-1)で表される化合物に由来する構成単位(A-31-1)を含む。式(a-31-1)で表される化合物は、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である。
【0107】
【0108】
構成単位(A-31)中における構成単位(A-31-1)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、即ち、100モル%である。
構成単位(A-31)は、式(a-31-1)で表される化合物以外の脂環式テトラカルボン酸二無水物に由来する構成単位を有していてもよい。かかる脂環式テトラカルボン酸二無水物としては、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5-シクロヘキサ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が挙げられる。
脂環式テトラカルボン酸二無水物(a-31)は1種を単独でも、2種以上を組み合わせてもよい。
【0109】
構成単位(A-32)は、脂環式テトラカルボン酸二無水物(a-31)以外のテトラカルボン酸二無水物(a-32)に由来する構成単位である。テトラカルボン酸二無水物(a-32)としては、芳香族テトラカルボン酸二無水物、及び脂肪族テトラカルボン酸二無水物からなる群から選ばれる1種以上が挙げられ、芳香族テトラカルボン酸二無水物を含むことが好ましい。即ち、構成単位(A-32)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ことが好ましい。
構成単位(A-32)は、高耐熱性、及び低残留応力の観点から、下記式(a-32-1)で表される化合物に由来する構成単位(A-32-1)、下記式(a-32-2)で表される化合物に由来する構成単位(A-32-2)、下記式(a-32-3)で表される化合物に由来する構成単位(A-32-3)、及び下記式(a-32-4)で表される化合物に由来する構成単位(A-32-4)からなる群から選ばれる少なくとも1つを含む。
【0110】
【0111】
式(a-32-1)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(a-32-1s)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(a-32-1a)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(a-32-1i)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(a-32-1s)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。
【0112】
【0113】
式(a-32-2)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。
【0114】
式(a-32-3)で表される化合物は、オキシジフタル酸無水物(ODPA)であり、その具体例としては、下記式(a-32-3s)で表される4,4’-オキシジフタル酸無水物(s-ODPA)、下記式(a-32-3a)で表される3,4’-オキシジフタル酸無水物(a-ODPA)、下記式(a-32-3i)で表される3,3’-オキシジフタル酸無水物(i-ODPA)が挙げられる。中でも、下記式(a-32-3s)で表される4,4’-オキシジフタル酸無水物(s-ODPA)が好ましい。
【0115】
【0116】
式(a-32-4)で表される化合物は、ピロメリット酸二無水物(PMDA)である。
【0117】
構成単位(A-32)は、高耐熱性及び低残留応力の観点から、構成単位(A-32-1)及び構成単位(A-32-2)からなる群から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(A-32-1)はフィルムの耐熱性及び熱安定性が向上し、残留応力をより低下させる観点から好ましく、構成単位(A-32-2)はYIが低下し、無色透明性により優れる観点から好ましい。
【0118】
テトラカルボン酸二無水物(a-32)は、式(a-32-1)~式(a-32-4)で表される化合物以外のテトラカルボン酸二無水物を含んでいてもよい。かかるテトラカルボン酸二無水物としては、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、3,3’,4,4’-ジフェニルスルホ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、2,2’,3,3’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、及び下記式(a-32-5)で表される化合物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物;並びに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。これらの中では、芳香族テトラカルボン酸二無水物が好ましい。
テトラカルボン酸二無水物(a-32)は1種を単独でも、2種以上を組み合わせてもよい。
【0119】
【0120】
構成単位(A-32)中における、構成単位(A-32-1)~構成単位(A-32-4)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、即ち、100モル%である。構成単位(A-32)は、構成単位(A-32-1)~構成単位(A-32-4)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(A-32-1)~構成単位(A-32-4)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(A-32)が構成単位(A-32-1)~構成単位(A-32-4)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(A-32)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。
【0121】
構成単位A3中の、構成単位(A-31)と構成単位(A-32)とのモル比〔(A-31)/(A-32)〕は、好ましくは10/90~90/10であり、より好ましくは30/70~85/15であり、更に好ましくは50/50~80/20である。
構成単位(A-32)中における、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。当該合計の含有比率の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。
【0122】
<構成単位B3>
構成単位B3は、本発明の共重合体に占めるジアミンに由来する構成単位であって、下記式(b-31)で表される化合物に由来する構成単位(B-31)を含む。構成単位Bが構成単位(B-31)を含むことによって、透明性に優れ、かつ低残留応力及び低リタデーションの特性を両立させることができる。
【0123】
【0124】
式(b-31)で表される化合物は、上述した式(b-13-1)で表される化合物と同一である。
【0125】
構成単位B3は、更に下記一般式(b-32)で表される化合物に由来する構成単位(B-32)を含むことが好ましい。構成単位B3が構成単位(B-32)を含むことによって、残留応力が低下する。
【0126】
【0127】
式(b-32)中、Z1及びZ2はそれぞれ独立に2価の脂肪族基、又は2価の芳香族基を示し、R1及びR2はそれぞれ独立に1価の芳香族基、又は1価の脂肪族基を示し、R3及びR4はそれぞれ独立に1価の脂肪族基を示し、R5及びR6は、それぞれ独立に1価の脂肪族基、又は1価の芳香族基を示し、m及びnはそれぞれ独立に1以上の整数を示し、mとnとの和は2~1000の整数を示す。但し、R1及びR2の少なくとも一方は1価の芳香族基を示す。
なお、式(b-32)において、[ ]によって並列記載されている2以上の異なる繰り返し単位は、それぞれランダム状、交互状又はブロック状のいずれの形及び順序で繰り返されていてもよい。
【0128】
式(b-32)中、Z1及びZ2における2価の脂肪族基又は2価の芳香族基は、フッ素原子で置換されていてもよい。2価の脂肪族基としては、炭素数1~20の2価の飽和又は不飽和の脂肪族基が挙げられる。2価の脂肪族基の炭素数は3~20が好ましい。
2価の飽和脂肪族基としては炭素数1~20のアルキレン基が挙げられ、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ヘキサメチレン基、オクタメチレン基、デカメチレン基、ドデカメチレン基等が例示できる。
2価の不飽和脂肪族基としては、炭素数2~20のアルキレン基が挙げられ、例えば、ビニレン基、プロペニレン基、末端に不飽和二重結合を有するアルキレン基が例示できる。
2価の芳香族基としては炭素数6~20のアリーレン基、炭素数7~20のアラルキレン基等が例示できる。Z1及びZ2における炭素数6~20のアリーレン基の具体例としては、o-フェニレン基、m-フェニレン基、p-フェニレン基、4,4’-ビフェニリレン基、2,6-ナフチレン基等が挙げられる。
Z1及びZ2としては、特に、トリメチレン基、p-フェニレン基が好ましく、トリメチレン基がより好ましい。
【0129】
式(b-32)中、R1~R6における1価の脂肪族基としては、1価の飽和又は不飽和脂肪族基が挙げられる。1価の飽和脂肪族基としては炭素数1~22のアルキル基が挙げられ、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が例示できる。1価の不飽和脂肪族基としては炭素数2~22のアルケニル基が挙げられ、例えば、ビニル基、プロペニル基等が例示できる。これらの基はフッ素原子で置換されていてもよい。
式(b-32)のR1、R2、R5及びR6における1価の芳香族基としては、炭素数6~20のアリール基、炭素数7~30であり、かつアルキル基で置換されたアリール基、炭素数7~30のアラルキル基等が例示できる。1価の芳香族基としては、アリール基が好ましく、フェニル基がより好ましい。
R1及びR2の少なくとも一方は1価の芳香族基を示すが、R1及びR2がともに1価の芳香族基であることが好ましく、R1及びR2がともにフェニル基であることがより好ましい。
R3及びR4としては、炭素数1~6のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R5及びR6としては、1価の脂肪族基が好ましく、メチル基がより好ましい。
【0130】
式(b-32)における、mは1価の少なくとも1つの芳香族基が結合するシロキサン単位の繰り返し数を示し、nは1価の脂肪族基が結合するシロキサン単位の繰り返し数を示す。
m及びnはそれぞれ独立に1以上の整数を示し、m及びnの和(m+n)は2~1000の整数を示す。m及びnの和は、好ましくは3~500の整数、より好ましくは3~100、更に好ましくは3~50の整数を示す。
m/nの比は、好ましくは50/50~99/1、より好ましくは60/40~90/10、更に好ましくは70/30~80/20である。
【0131】
式(b-32)で表される化合物の官能基当量は、好ましくは150~5,000g/mol、より好ましくは400~4,000g/mol、更に好ましくは500~3,000g/molである。
なお、官能基当量とは、官能基1モルあたりの式(b-32)で表される化合物の質量を意味する。
【0132】
構成単位A3及び構成単位B3の合計に対するポリオルガノシロキサン単位の含有量は、好ましくは5~45質量%、より好ましくは7~40質量%、更に好ましくは10~35質量%である。当該ポリオルガノシロキサン単位の含有量が前記範囲内にあると、低リタデーションと低残留応力とをより高度に両立できる。
ポリオルガノシロキサン単位は、構成単位(B-32)と同じ意味をもつものであって、構成単位A3及び構成単位B3の合計に対するポリオルガノシロキサン単位の含有量は、構成単位A3及び構成単位B3を与える原料の合計仕込み量に対する構成単位(B-32)を与える化合物、好ましくは式(b-32)で表される化合物の仕込み量の質量比から算出される。
【0133】
式(b-32)で表される化合物の市販品として入手できるものとしては、信越化学工業株式会社製の「X-22-9409」、「X-22-1660B-3」等が挙げられる。
【0134】
構成単位B3は、更に下記式(b-33)で表される化合物に由来する構成単位(B-33)を含むことが好ましい。
【化15】
【0135】
式(b-33)で表される化合物は、上述した式(b-13-2)で表される化合物と同一であり、好ましい範囲も同様である。
本発明の共重合体は、前記構成単位(B-33)を含むことによって、透明性及び耐熱性が向上する。
【0136】
構成単位B3中における構成単位(B-31)の比率は、好ましくは45モル%以上、より好ましくは48モル%以上、更に好ましくは85モル%以上、より更に好ましくは88モル%以上であり、好ましくは100モル%以下、より好ましくは99.5モル%以下、更に好ましくは99.0モル%以下である。構成単位B3は構成単位(B-31)のみからなっていてもよい。
構成単位B3が構成単位(B-32)を含む場合、構成単位B3中における構成単位(B-32)の比率は、好ましくは0.01~15.0モル%、より好ましくは0.5~12.0モル%、更に好ましくは1.0~8.0モル%である。
構成単位B3が構成単位(B-33)を含む場合、構成単位B3中における構成単位(B-3)の比率は、低残留応力の観点から、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10モル%以上、更に好ましくは25モル%以上であり、そして好ましくは65モル%以下、より好ましくは55モル%以下、更に好ましくは50モル%以下である。
構成単位B3が構成単位(B-33)を含む場合における、構成単位B3中の構成単位(B-31)及び(B-33)の合計の比率は、好ましくは85.0~100モル%、より好ましくは88.0~99.5モル%、更に好ましくは92.0~99.0モル%である。構成単位B3が構成単位(B-33)を含まない場合における、構成単位B3中の構成単位(B-31)の比率も、上記と同じ範囲であることが好ましい。
構成単位B3中における構成単位(B-31)~(B-33)の合計の含有比率は、好ましくは45~100モル%、より好ましくは60~100モル%、更に好ましくは85~100モル%、特に好ましくは100モル%である。
【0137】
構成単位B3は構成単位(B-31)~(B-33)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ジアミンとしては、特に限定されないが、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’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、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エーテル、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’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノベンズアニリド、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、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、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、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、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B3に任意に含まれる構成単位(B-31)~(B-33)以外の構成単位は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
構成単位B3は、構成単位(B-31)~(B-33)以外の構成単位を含まないことが好ましい。特に、低リタデーションを実現する観点から、構成単位B3は、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンに由来する構成単位を含まないことが好ましい。
【0138】
<イミド繰り返し構造単位/アミド酸繰り返し構造単位>
共重合体3は、構成単位(A-31)を与える化合物と構成単位(B-31)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、及び構成単位(A-32)を与える化合物と構成単位B3を与える化合物とから形成されるアミド酸繰り返し構造単位を有する。
共重合体3は、構成単位(A-31)を与える化合物以外の化合物と構成単位B3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、構成単位(A-31)を与える化合物と構成単位(B-31)を与える化合物以外の化合物とから形成されるイミド繰り返し構造単位を有していてもよい。同様に、共重合体3は、構成単位(A-32)を与える化合物以外の化合物と構成単位B3を与える化合物とから形成されるアミド酸繰り返し構造単位を有していてもよい。
【0139】
[共重合体3の製造方法]
共重合体3は、構成単位(A-31)を与える化合物、及び構成単位(A-32)を与える化合物からなるテトラカルボン酸成分と、構成単位(B-31)を含む構成単位B3を与える化合物を含むジアミン成分とを反応させることにより製造することができ、好ましくは、下記工程1及び工程2を有する方法により製造される。
工程1:構成単位(A-31)を与える化合物と、構成単位(B-31)を与える化合物とを反応させ、イミド繰り返し構造単位を有するオリゴマーを得る工程
工程2:工程1で得られたオリゴマーと、構成単位(A-32)を与える化合物と、構成単位B3を与える化合物を反応させ、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共重合体3を得る工程
前記工程1及び工程2を有する製造方法により、無色透明性及び耐熱性に優れるとともに、低リタデーション及び低残留応力に優れるフィルムが形成可能な共重合体3を製造することができる。
以下、共重合体3の製造方法について説明する。
【0140】
<テトラカルボン酸成分>
構成単位(A-31)を与える化合物としては、脂環式テトラカルボン酸二無水物(a-31)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、脂環式テトラカルボン酸二無水物(a-31)に対応する脂環式テトラカルボン酸及び当該脂環式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(A-31)を与える化合物としては、脂環式テトラカルボン酸二無水物(a-31)が好ましい。
同様に、構成単位(A-32)を与える化合物としては、テトラカルボン酸二無水物(a-32)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、テトラカルボン酸二無水物(a-32)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(A-32)を与える化合物としては、テトラカルボン酸二無水物(a-32)が好ましい。
【0141】
テトラカルボン酸成分中の、構成単位(A-31)を与える化合物と構成単位(A-32)を与える化合物とのモル比〔(A-31)/(A-32)〕は、好ましくは10/90~90/10、より好ましくは30/70~85/15、更に好ましくは50/50~80/20である。
【0142】
構成単位(A-31)を与える化合物としては、構成単位(A-31-1)を与える化合物が好ましい。構成単位(A-31)を与える化合物中の、構成単位(A-31-1)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、即ち、100モル%である。
構成単位(A-32)を与える化合物としては、構成単位(A-32-1)を与える化合物、構成単位(A-32-2)を与える化合物、構成単位(A-32-3)を与える化合物、及び構成単位(A-32-4)を与える化合物からなる群から選ばれる1種以上が好ましい。構成単位(A-32)を与える化合物中の、構成単位(A-32-1)~構成単位(A-32-4)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、即ち、100モル%である。
テトラカルボン酸成分には、構成単位(A-31-1)、構成単位(A-32-1)、構成単位(A-32-2)、構成単位(A-32-3)、及び構成単位(A-32-4)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。
【0143】
<ジアミン成分>
構成単位B3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B3を与える化合物としては、ジアミンが好ましい。
構成単位(B-31)を与える化合物としては、式(b-31)で表される化合物(即ち、ジアミン)が好ましい。同様に、構成単位(B-32)を与える化合物としては、一般式(b-32)で表される化合物(即ち、ジアミン)が好ましく、そして、構成単位(B-33)を与える化合物としては、式(b-33)で表される化合物(即ち、ジアミン)が好ましい。
【0144】
ジアミン成分は、構成単位(B-31)を与える化合物を、好ましくは45モル%以上、より好ましくは48モル%以上、更に好ましくは85モル%以上、より更に好ましくは88モル%以含み、好ましくは100モル%以下、より好ましくは99.5モル%以下、更に好ましくは99.0モル%以下含む。ジアミン成分は構成単位(B-31)を与える化合物のみからなっていてもよい。
ジアミン成分として構成単位(B-32)を与える化合物を含む場合、構成単位(B-32)を与える化合物を、全ジアミン成分中、好ましくは0.01~15.0モル%、より好ましくは0.5~12.0モル%、更に好ましくは1.0~8.0モル%含む。
ジアミン成分として構成単位(B-33)を与える化合物を含む場合、構成単位(B-33)を与える化合物を、全ジアミン成分中、好ましくは5~65モル%、より好ましくは10~55モル%、更に好ましくは25~50モル%含む。
ジアミン成分は構成単位(B-31)を与える化合物と、構成単位(B-32)を与える化合物及び構成単位(B-33)を与える化合物から選ばれる1種以上との組み合わせからなっていてもよい。
【0145】
構成単位(B-31)を与える化合物、構成単位(B-32)を与える化合物、及び構成単位(B-33)を与える化合物の合計の含有比率は、全ジアミン成分中、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。当該合計の含有比率の上限値は特に限定されず、即ち、100モル%である。
【0146】
ジアミン成分は構成単位(B-31)を与える化合物、構成単位(B-32)を与える化合物及び構成単位(B-33)を与える化合物以外の構成単位B3を与える化合物を含んでもよく、そのような化合物としては、上述の芳香族ジアミン、脂環式ジアミン、及び脂肪族ジアミン、並びにそれらの誘導体(ジイソシアネート等)が挙げられる。
ジアミン成分に任意に含まれる構成単位(B-31)~(B-33)を与える化合物以外の化合物は、1種でもよいし、2種以上であってもよい。
【0147】
共重合体3の製造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。
【0148】
<溶剤>
共重合体3の製造に用いられる溶剤は、生成する共重合体を溶解できるものであればよい。反応溶剤の具体例としてはポリイミド樹脂1に関して説明したとおりである。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。
【0149】
<工程1>
工程1は、構成単位(A-31)を与える化合物と、構成単位(B-31)を与える化合物とを反応させ、イミド繰り返し構造単位を有するオリゴマーを得る工程である。
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(A-31)を与える化合物を含み、構成単位(A-31)が構成単位(A-31-1)を含む場合には、構成単位(A-31-1)を与える化合物は、その全量を工程1で使用することが好ましい。
工程1で使用するジアミン成分としては、構成単位(B-31)を与える化合物を含み、本発明の効果を損なわない範囲で、構成単位(B-31)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。このような化合物としては、構成単位(B-33)を与える化合物が挙げられる。
工程1で使用する成分の仕込み量比は、構成単位(A-31)を与える化合物に対して工程1で使用するジアミン成分が0.9~1.1モルであることが好ましく、1.0~1.1モルであることがより好ましい。
【0150】
工程1でオリゴマーを得るための、構成単位(A-31)を与える化合物を含むテトラカルボン酸成分と構成単位(B-31)を与える化合物を含む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、ポリイミド樹脂1に関して説明したとおりである。
【0151】
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。イミド化触媒の具体例としてはポリイミド樹脂1に関して説明したとおりであり、好ましい範囲も同様である。
【0152】
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。
【0153】
工程1で得られたオリゴマーは、構成単位(A-31)を与える化合物と構成単位(B-31)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。
工程1で得られるオリゴマーは、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、溶剤に溶解したオリゴマーを含む溶液が得られる。工程1で得られた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。
【0154】
<工程2>
工程2は、工程1で得られたオリゴマーと、構成単位(A-32)を与える化合物と、構成単位B3を与える化合物を反応させ、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共重合体を得る工程である。
工程2で使用するテトラカルボン酸成分は、構成単位(A-32)を与える化合物を含み、本発明の効果を損なわない範囲で、構成単位(A-31)を与える化合物を含んでいてもよい。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(A-31-1)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(A-32)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は、構成単位B3を与える化合物である。工程2で使用するジアミン成分は、本発明の共重合体における原料モノマー中の構成単位B3を与える化合物のうち、工程1で得られたオリゴマーを構成するジアミン成分を除いたものを意味する。工程1で得られるオリゴマーを含む溶液中に残存する未反応のジアミン成分を工程2のジアミン成分として使用してもよい。工程2で使用するジアミン成分としては、少なくとも構成単位(B-31)を与える化合物を含有することが好ましい。構成単位(B-32)を与える化合物を使用する場合には、その全量を工程2で使用することが好ましい。
【0155】
工程2で共重合体を得るための、構成単位(A-32)を与える化合物を含むテトラカルボン酸成分と構成単位B3を与える化合物を含むジアミン成分と工程1で得られたオリゴマー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で得られたオリゴマー、ジアミン成分、好ましくは構成単位(B-32)を与える化合物以外のジアミン成分、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を仕込み、0~120℃、好ましくは5~80℃の範囲で1~72時間撹拌し、その後、ジアミン成分として、好ましくは構成単位(B-32)を与える化合物、及び溶剤を仕込み、0~120℃、好ましくは15~80℃の範囲で0.5~10時間撹拌する方法、等が挙げられる。ジアミン成分として構成単位(B-32)を与える化合物を含む場合には、上記のうち、(2)の製造方法が好ましい。
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。
【0156】
共重合体3は、アミド酸繰り返し構造単位とイミド繰り返し構造単位とを有する共重合体であり、該共重合体は、工程2におけるテトラカルボン酸成分と、工程2におけるジアミン成分と、工程1で得られるオリゴマーとの重付加反応の生成物である。
共重合体3は、工程1において構成単位(A-31)を与える化合物と構成単位(B-31)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し、かつ工程2において構成単位(A-32)を与える化合物と構成単位B3を与える化合物とから形成されるアミド酸繰り返し構造単位を有する。
【0157】
上記方法により、溶剤に溶解した共重合体3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、通常1~50質量%であり、好ましくは3~35質量%、より好ましくは10~30質量%の範囲である。
【0158】
共重合体3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。なお、共重合体3の数平均分子量は、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。
【0159】
[ポリイミドフィルムの製造方法]
本発明のポリイミドフィルムの製造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、ポリイミドワニスを、ガラス板、金属板、プラスチック等の平滑な支持体上に塗布、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する方法等が挙げられる。
【0160】
ワニスの塗布方法としては、スピンコート、スリットコート、ブレードコート等の公知の塗布方法が挙げられる。中でも、スリットコートが分子間配向を制御し耐薬品性が向上すること、作業性の観点から好ましい。
ワニス中に含まれる有機溶媒を加熱により除去する方法としては、150℃以下の温度で有機溶媒を蒸発させタックフリーにした後、用いた有機溶媒の沸点以上の温度(特に限定されないが、好ましくは200~500℃)で乾燥することが好ましい。また、空気雰囲気下又は窒素雰囲気下で乾燥することが好ましい。乾燥雰囲気の圧力は、減圧、常圧、加圧のいずれでもよい。
【0161】
<ポリイミドワニス>
ポリイミドワニスは、ポリイミド樹脂が有機溶媒に溶解してなるものである。即ち、ポリイミドワニスは、ポリイミド樹脂及び有機溶媒を含み、当該ポリイミド樹脂は当該有機溶媒に溶解している。
有機溶媒はポリイミド樹脂が溶解するものであればよく、特に限定されないが、ポリイミド樹脂の製造に用いられる反応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。
ポリイミドワニスは、重合法により得られるポリイミド樹脂が反応溶剤に溶解したポリイミド溶液そのものであってもよいし、又は当該ポリイミド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。
【0162】
上記のポリイミド樹脂1及び2は溶媒溶解性を有しているため、室温で安定な高濃度のワニスとすることができる。ポリイミドワニスは、ポリイミド樹脂1又は2を5~40質量%含むことが好ましく、10~30質量%含むことがより好ましい。ポリイミドワニスの粘度は、好ましくは1~200Pa・s、より好ましくは1.5~100Pa・s、更に好ましくは2~100Pa・sである。ポリイミドワニスの粘度は、E型粘度計を用いて25℃で測定された値である。
また、ポリイミドワニスは、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、感光剤等の各種添加剤を含んでもよい。
ポリイミド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。
【0163】
<ポリアミド酸ワニス>
また、ポリイミドフィルムは、ポリアミド酸が有機溶媒に溶解してなるポリアミド酸ワニスを用いて製造することもできる。
前記ポリアミド酸ワニスに含まれるポリアミド酸は、ポリイミド樹脂1又は2の前駆体であることが好ましい。ポリイミド樹脂1の前駆体であるポリアミド酸は、上述の構成単位(A-11)を与える化合物及び上述の構成単位(A-12)を与える化合物を含むテトラカルボン酸成分と、上述の構成単位(B-11)を与える化合物及び上述の構成単位(B-12)を与える化合物を含むジアミン成分との重付加反応の生成物である。ポリイミド樹脂2の前駆体であるポリアミド酸は、上述の構成単位(A-21)を与える化合物及び上述の構成単位(A-22)を与える化合物を含むテトラカルボン酸成分と、上述の構成単位(B-21)を与える化合物を70モル%以上含むジアミン成分との重付加反応の生成物である。これらのポリアミド酸をイミド化(脱水閉環)することで、最終生成物であるポリイミド樹脂1又は2が得られる。
前記ポリアミド酸ワニスに含まれる有機溶媒としては、ポリイミドワニスに含まれる有機溶媒を用いることができる。
本発明において、ポリアミド酸ワニスは、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とを反応溶剤中で重付加反応させて得られるポリアミド酸溶液そのものであってもよいし、又は当該ポリアミド酸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。
【0164】
ポリアミド酸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、ポリアミド酸ワニスを、ガラス板、金属板、プラスチック等の平滑な支持体上に塗布、又はフィルム状に成形し、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てポリアミド酸フィルムを得て、該ポリアミド酸フィルム中のポリアミド酸を加熱によりイミド化することで、ポリイミドフィルムを製造することができる。
ポリアミド酸ワニスを乾燥させてポリアミド酸フィルムを得る際の加熱温度としては、好ましくは50~120℃である。ポリアミド酸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200~400℃である。
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。
【0165】
<共重合体ワニス>
また、ポリイミドフィルムは、上述した共重合体3が有機溶媒に溶解してなる共重合体ワニスを用いて製造することもできる。
共重合体ワニスは、ポリイミド樹脂の前駆体である共重合体3が有機溶媒に溶解してなるものである。即ち、共重合体ワニスは、共重合体3及び有機溶媒を含み、当該共重合体3は当該有機溶媒に溶解している。
有機溶媒は共重合体3が溶解するものであればよく、特に限定されないが、共重合体3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。
共重合体ワニスは、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。
【0166】
共重合体ワニスは、共重合体3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180℃以下であるイミド化触媒であればよく、沸点が180℃以下のアミン化合物が好ましいものとして挙げられる。沸点が180℃以下のイミド化触媒であれば、フィルム形成後、高温での乾燥時に該フィルムが着色し、外観が損なわれるおそれがない。また、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好適に用いられるアミン化合物としては、ピリジン又はピコリンが挙げられる。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;等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。
【0167】
共重合体ワニスに含まれる共重合体3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。共重合体ワニスは、共重合体3を5~40質量%含むことが好ましく、10~30質量%含むことがより好ましい。共重合体ワニスの粘度は0.1~100Pa・sが好ましく、0.1~20Pa・sがより好ましい。共重合体ワニスの粘度は、E型粘度計を用いて25℃で測定された値である。
また、共重合体ワニスは、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。
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。
【0168】
共重合体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。共重合体3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℃、より好ましくは250~450℃、更に好ましくは300~400℃の範囲から選択することができる。また、加熱時間は、通常1分間~6時間であり、好ましくは5分間~2時間、より好ましくは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以下の窒素ガス、水素濃度が0.5%以下含む窒素/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。
【0169】
[ポリイミドフィルムの水分含有率の調整]
本発明におけるポリイミドフィルムの水分含有率は、1,000~35,000質量ppmである。ポリイミドフィルムの水分含有率を当該範囲内に調整する方法は特に限定されず、ガラス基板又はシリコン基板上にポリイミドワニスを塗布する際に水分を含有させてポリイミドフィルムを作成してもよいが、ポリイミドフィルム作成後に吸湿させることがより好ましい。また、ポリイミドフィルム作成後、引き続きフィルム上に金属膜又は酸化物半導体膜を積層し、各種電子デバイスを製造後に吸湿させてもよい。
ポリイミドフィルムを吸湿させるには、温度は好ましくは10~40℃、より好ましくは15~35℃、湿度は40~80%RH、より好ましくは50~70%RH、特に好ましくは55~65%RHの温度湿度環境下で、所定時間保持することが好ましい。保持時間は温度と湿度にも影響を受けるが、好ましくは20時間以上、より好ましくは40時間以上、更に好ましくは60時間以上であり、通常170時間以内である。なお、RHは相対湿度を示す。
【0170】
(金属膜又は酸化物半導体膜)
本発明の積層体は、ポリイミドフィルム上に金属膜又は酸化物半導体膜が更に積層されている。ポリイミドフィルム上に金属膜又は酸化物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。
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。
酸化物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酸化物半導体膜の上に、別の金属膜又は酸化物半導体膜を更に積層していてもよい。
金属膜又は酸化物半導体膜の厚さは、ポリイミドフィルム上に電子デバイスを作成する観点から、1~400nmであり、好ましくは10~300nm、より好ましくは20~200nmである。
【0171】
ポリイミドフィルム上に金属膜又は酸化物半導体膜を積層する方法としては、特に限定されないが、物理蒸着法又は化学蒸着法が好ましい。物理蒸着法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等が挙げられ、化学蒸着法としては、プラズマ化学蒸着法、熱化学蒸着法、光化学蒸着法等が挙げられる。
【0172】
金属膜又は酸化物半導体膜が積層された積層体からガラス基板又はシリコン基板を剥離除去することで導電性フィルムが得られる。すなわち、本発明の導電性フィルムの製造方法は、上述の積層体からガラス基板又はシリコン基板を剥離除去する工程を含む。
ポリイミドフィルム上に金属膜又は酸化物半導体膜を積層して導電性フィルムを製造した後、すぐにガラス基板又はシリコン基板を剥離して導電性フィルムを得てもよいし、積層体の状態で保管し、必要に応じて、ガラス基板又はシリコン基板を剥離して導電性フィルムを得てもよい。積層体の状態で保管することが、導電性フィルムの輸送時のハンドリング性が向上するため好ましい。
【0173】
積層体からガラス基板又はシリコン基板を剥離除去する方法は特に限定されないが、本発明の積層体はガラス基板又はシリコン基板からポリイミドフィルムを容易かつ安定的に剥離することができるので、レーザー照射を行うことなく機械的に剥離することができる。
【実施例】
【0174】
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。
【0175】
実施例及び比較例において、各物性は以下に示す方法によって測定した。
(1)フィルム厚さ
フィルム厚さは、レーザー顕微鏡(株式会社キーエンス製)を用いて測定した。
【0176】
(2)ガラス転移温度(Tg)
熱機械的分析装置「TMA/SS6100」(株式会社日立ハイテクサイエンス製)を用いて、引張モードで試料サイズ2mm×20mm、荷重0.1N、昇温速度10℃/minの条件で、残留応力を取り除くのに十分な温度まで昇温して残留応力を取り除き、その後室温まで冷却した。その後、前記残留応力を取り除くための処理と同じ条件で試験片伸びの測定を行い、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。
【0177】
(3)全光線透過率、イエローインデックス(YI)
全光線透過率及びYIは、JIS K7105:1981に準拠し、色彩・濁度同時測定器「COH400」(日本電色工業株式会社製)を用いて測定した。
【0178】
(4)厚み位相差(Rth)
厚み位相差(Rth)は、エリプソメーター「M-220」(日本分光株式会社製)を用いて測定した。測定波長590nmにおける、厚み位相差の値を測定した。なおRthは、ポリイミドフィルムの面内の屈折率のうち最大のものをnx、最小のものをnyとし、厚み方向の屈折率をnzとし、フィルムの厚みをdとしたとき、下記式によって表されるものである。
Rth=[{(nx+ny)/2}-nz]×d
【0179】
(5)ポリイミドフィルムの水分含有率
カール・フィッシャー法によりフィルムを260℃、30分間の条件で測定した。測定機器としては、微量水分測定装置「CA-200」(株式会社三菱化学アナリテック製、カール・フィッシャー法の水分計)と、水分気化装置「VA-236S」(株式会社三菱化学アナリテック製、サンプルチェンジャー付き)を用いた。
【0180】
(6)剥離強度
JIS K6854-1に基づき90°剥離試験を実施し、ポリイミドフィルムとガラス界面との剥離強度を測定した。剥離強度は5回測定し、その平均値を剥離強度とした。
【0181】
製造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、その他成分並びにそれらの略号は以下の通りである。
<テトラカルボン酸成分>
HPMDA:1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(三菱ガス化学株式会社製;式(a-11)及び(a-21)で表される化合物)
ODPA:4,4’-オキシジフタル酸無水物(マナック株式会社製;式(a-12)及び(a-22)で表される化合物)
CpODA: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(JXエネルギー株式会社製;式(a-31-1)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(a-32-1s)で表される化合物)
<ジアミン成分>
3,3’-DDS:3,3’-ジアミノジフェニルスルホン(セイカ株式会社製;式(b-11)及び(b-21)で表される化合物)
BAPS:ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン(セイカ株式会社製;式(b-12)で表される化合物)
HFBAPP: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(セイカ株式会社製;式(b-22-3)で表される化合物)
6FODA:2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノジフェニルエーテル(ChinaTech (Tianjin) Chemical Co., Ltd.製、式(b-31)で表される化合物)
X-22-1660B-3:両末端アミノ変性シリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、式(b-32)で表される化合物(官能基当量:2200g/mol又は2170g/mol)
<その他>
GBL:γ-ブチロラクトン(三菱ケミカル株式会社製)
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(三菱ケミカル株式会社製)
【0182】
製造例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300mLの5つ口丸底フラスコに、3,3’-DDSを13.845g(0.056モル)、BAPSを24.115g(0.056モル)、及びGBLを41.903g投入し、系内温度70℃、窒素雰囲気下、回転数200rpmで撹拌して溶液を得た。
この溶液に、HPMDAを22.499g(0.100モル)、ODPAを3.459g(0.011モル)、及びGBLを12.804g一括で添加した後、イミド化触媒としてTEAを0.564g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、回転数を粘度上昇に合わせて調整しつつ、反応系内温度を190℃に保持して約5時間還流した。
その後、固形分濃度20質量%となるようにGBLを175.981g添加して、反応系内温度を100℃まで冷却した後、更に約1時間撹拌して均一化して、ポリイミドワニス1を得た。
続いてガラス板上へ、得られたポリイミドワニス1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、空気雰囲気下、熱風乾燥機中260℃で30分間加熱し溶媒を蒸発させ、フィルムを得た。
【0183】
製造例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300mLの5つ口丸底フラスコに、3,3’-DDSを23.530g(0.094モル)、HFBAPPを12.247g(0.024モル)、及びGBLを62.820g投入し、系内温度70℃、窒素雰囲気下、回転数200rpmで撹拌して溶液を得た。
この溶液に、HPMDAを21.158g(0.094モル)、ODPAを7.313g(0.024モル)、及びGBLを15.705g一括で添加した後、イミド化触媒としてTEAを0.596g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、回転数を粘度上昇に合わせて調整しつつ、反応系内温度を190℃に保持して5時間還流した。
その後、固形分濃度20質量%となるようにGBLを161.475g添加して、反応系内温度を100℃まで冷却した後、更に約1時間撹拌して均一化して、ポリイミドワニス2を得た。
続いてガラス板上へ、得られたポリイミドワニス2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、空気雰囲気下、熱風乾燥機中260℃で30分間加熱し溶媒を蒸発させ、フィルムを得た。
【0184】
製造例3
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、6FODAを26.953g(0.0802モル)、及びNMPを56.000g投入し、系内温度70℃、窒素雰囲気下、回転数200rpmで撹拌して溶液を得た。
この溶液に、CpODAを19.231g(0.050モル)、及びNMPを14.000g一括で添加した後、イミド化触媒としてTEAを0.253g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、回転数を粘度上昇に合わせて調整しつつ、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85.806g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を9.814g(0.033モル)、及びNMPを7.527g一括で添加し50℃で5時間撹拌した。その後、NMPを100.000g添加し均一化した後、NMP 16.667gにX-22-1660B-3を14.002g(0.003モル)溶解させた混合液を投入し、更に約1時間撹拌し、固形分濃度が約20質量%の共重合体(PI-b-PAA)を含むワニス3を得た。ここで、イミド繰り返し構造単位とアミド酸繰り返し構造単位を有する共重合体を「PI-b-PAA」と称する。
続いてガラス板上へ、得られたワニス3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、空気雰囲気下、熱風乾燥機中350℃で30分間加熱し溶媒を蒸発させ、ポリイミドフィルムを得た。
【0185】
製造例1~3で得られたポリイミドフィルムについて、上記測定を行った。結果を表1及び2に示す。
【0186】
【0187】
【0188】
実施例1~2及び比較例1
製造例1で得られたポリイミドワニス1をガラス板上へ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、空気雰囲気下、熱風乾燥機中260℃で30分間加熱し溶媒を蒸発させて2層積層体(ガラス/ポリイミドフィルム)を得た。さらに、積層体のポリイミドフィルム上にスパッタにより厚さ30nmのSiO2膜を成形し、その上に厚さ120nmのITO膜を形成し、4層積層体(ガラス/ポリイミドフィルム/SiO2膜/ITO膜)を得た。得られた4層積層体を表3に記載の条件で保持して、4層積層体中のポリイミドフィルムの水分含有率を調節した。
【0189】
実施例3~4及び比較例2
製造例2で得られたポリイミドワニス2をガラス板上へ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、空気雰囲気下、熱風乾燥機中260℃で30分間加熱し溶媒を蒸発させて2層積層体(ガラス/ポリイミドフィルム)を得た。さらに、積層体のポリイミドフィルム上にスパッタにより厚さ30nmのSiO2膜を成形し、その上に厚さ120nmのITO膜を形成し、4層積層体(ガラス/ポリイミドフィルム/SiO2膜/ITO膜)を得た。得られた4層積層体を表3に記載の条件で保持して、4層積層体中のポリイミドフィルムの水分含有率を調節した。
【0190】
実施例5~6
製造例3で得られたワニス3をガラス板上へ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、空気雰囲気下、熱風乾燥機中350℃で30分間加熱し溶媒を蒸発させて2層積層体(ガラス/ポリイミドフィルム)を得た。さらに、積層体のポリイミドフィルム上にスパッタにより厚さ30nmのSiO2膜を成形し、その上に厚さ120nmのITO膜を形成し、4層積層体(ガラス/ポリイミドフィルム/SiO2膜/ITO膜)を得た。得られた4層積層体を表3に記載の条件で保持して、4層積層体中のポリイミドフィルムの水分含有率を調節した。
【0191】
上記で得られた積層体について、上記の剥離試験を行った。結果を表3に示す。
なお、比較例1の積層体については、フィルムをガラスから剥離することができず、剥離強度を測定することができなかった。また、比較例2の積層体については、フィルムをガラスから剥離する際に破断してしまい、剥離強度を測定することができなかった。
【0192】
【0193】
表3の結果から、ポリイミドフィルムの水分含有率を所定範囲内に調節した本発明の積層体は、剥離強度が比較的低く、ガラス基板又はシリコン基板からポリイミドフィルムを容易かつ安定的に剥離することができることが分かる。
なお、表1及び2の結果から、製造例1~3のポリイミドフィルムはいずれも無色透明性及び光学的等方性に優れることが分かる。