JP2008231327A - Highly transparent polyimide and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】フレキシブルディスプレー用プラスチック基板等として有用なポリイミド、その前駆体、それらの製造方法及び当該ポリイミドの製造原料として有用なテトラカルボン酸化合物の提供。
【解決手段】一般式(1)
(一般式(1)中、Pは水素原子等を表し、nは1〜3の整数を表し、Aは二価の芳香族基等を表す。)で表される反復単位を有するポリイミド、その前駆体、それらの製造方法及び当該ポリイミドの製造原料として有用なテトラカルボン酸化合物。
【効果】高透明性、十分な膜靭性、高ガラス転移温度を併せ持つ、各種電子デバイスにおけるフレキシブルディスプレー用プラスチック基板等として有益なポリイミド、その前駆体、それらの製造方法及び当該ポリイミドの製造原料として有用なテトラカルボン酸化合物が提供される。
【選択図】なしProvided are a polyimide useful as a plastic substrate for a flexible display, a precursor thereof, a production method thereof, and a tetracarboxylic acid compound useful as a raw material for producing the polyimide.
SOLUTION: General formula (1)
(In general formula (1), P represents a hydrogen atom, n represents an integer of 1 to 3, A represents a divalent aromatic group, etc.) Tetracarboxylic acid compounds useful as precursors, production methods thereof, and production raw materials for the polyimide.
[Effect] Polyimide useful as a plastic substrate for flexible displays in various electronic devices having high transparency, sufficient film toughness, and high glass transition temperature, its precursor, its production method, and useful as a raw material for producing the polyimide Tetracarboxylic acid compounds are provided.
[Selection figure] None
Description
本発明は高透明性、十分な膜靭性、低誘電率および高ガラス転移温度を併せ持つ、各種電子デバイスにおける電気絶縁膜および液晶ディスプレー用基板、有機エレクトロルミネッセンスディスプレー用基板、電子ペーパー用基板、太陽電池用基板、特にフレキシブル液晶ディスプレー用プラスチック基板および集積回路の層間絶縁膜として有益なポリイミドとその前駆体の製造方法に関する。 The present invention has high transparency, sufficient film toughness, low dielectric constant, and high glass transition temperature. Electrical insulating film and liquid crystal display substrate, organic electroluminescence display substrate, electronic paper substrate, solar cell in various electronic devices The present invention relates to a method for producing polyimide and its precursor, which are useful as an interlayer insulating film for a substrate for a liquid crystal display, particularly a plastic substrate for a flexible liquid crystal display and an integrated circuit.
現在、液晶ディスプレーにはガラス基板が用いられているが、近年の大画面化の動向に伴い、軽量化および生産性向上の問題が深刻化している。その解決策として重いガラス基板の替わりにより軽量でより成型加工が容易なプラスチック基板の採用が考えられる。もしガラス並に高透明性でしかも十分靭性の高いプラスチック基板があれば、曲げたり丸めたりして収納可能なフレキシブルフィルム液晶パネルが実現可能になる。 Currently, glass substrates are used for liquid crystal displays, but with the trend toward larger screens in recent years, problems of weight reduction and productivity improvement have become serious. As a solution, it is conceivable to use a plastic substrate that is lighter and easier to mold instead of a heavy glass substrate. If there is a plastic substrate that is as transparent as glass and sufficiently tough, a flexible film liquid crystal panel that can be bent and rolled up and stored can be realized.
しかしプラスチック基板は同時にガラス基板に比べて耐熱性に劣るという欠点を持つ。特にプラスチック基板をフルカラーTFT型液晶パネルに適用する場合、その製造工程上プラスチック基板は200〜220℃の高温に耐えなければならない。しかしながらポリメタクリル酸メチルに代表されるビニルポリマーやポリカーボネートでは透明性は極めて高いものの、ガラス転移はそれぞれ100℃前後および150℃と、耐熱性に劣る。ポリエーテルスルホンは透明性および靭性に優れているが、ガラス転移温度は220℃と耐熱性の点で十分とはいえない。耐熱性、透明性および靭性を併せ持つ、フレキシブル液晶ディスプレー用プラスチック基板としての要求特性を満足する材料は未だ知られていないのが現状である。 However, plastic substrates have the disadvantage that they are inferior in heat resistance as compared to glass substrates. In particular, when a plastic substrate is applied to a full-color TFT type liquid crystal panel, the plastic substrate must withstand a high temperature of 200 to 220 ° C. in the manufacturing process. However, although vinyl polymers and polycarbonates typified by polymethyl methacrylate have extremely high transparency, the glass transitions are inferior in heat resistance at around 100 ° C. and 150 ° C., respectively. Polyethersulfone is excellent in transparency and toughness, but the glass transition temperature is 220 ° C., which is not sufficient in terms of heat resistance. At present, no material has yet been known that satisfies the required characteristics as a plastic substrate for flexible liquid crystal displays, which has both heat resistance, transparency and toughness.
耐熱性に優れたポリイミド樹脂はその候補として挙げられる。一般にポリイミドは、ピロメリット酸二無水物などの芳香族テトラカルボン酸二無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテル等の芳香族ジアミンとをジメチルアセトアミド等の非プロトン性極性溶媒中で等モル反応させ容易に得られる高重合度のポリイミド前駆体を、膜などに成形し加熱硬化して得られる。 The polyimide resin excellent in heat resistance is mentioned as the candidate. In general, polyimide is prepared by reacting an aromatic tetracarboxylic dianhydride such as pyromellitic dianhydride with an aromatic diamine such as 4,4′-diaminodiphenyl ether in an equimolar polar solvent such as dimethylacetamide. A polyimide precursor having a high degree of polymerization that is easily obtained is formed into a film or the like, and is obtained by heating and curing.
このような全芳香族ポリイミドは優れた耐熱性のみならず、耐薬品性、耐放射線性、電気絶縁性、機械的性質などの特性を併せ持つことから、フレキシブルプリント配線回路用基板、テープオートメーションボンディング用基材、半導体素子の保護膜、集積回路の層間絶縁膜等、様々な電子デバイスに現在広く利用されている。 These wholly aromatic polyimides have not only excellent heat resistance but also chemical resistance, radiation resistance, electrical insulation, mechanical properties, etc., so they can be used for flexible printed circuit boards and tape automation bonding. Currently, it is widely used in various electronic devices such as base materials, protective films for semiconductor elements, and interlayer insulating films for integrated circuits.
しかしながら一般に使用される全芳香族ポリイミドは紫外から可視域にかけて強い電子吸収遷移を有するためフィルムの透明性が極端に低いという欠点がある。これはポリイミド鎖における芳香族基を通じた分子内共役および、分子内・分子間電荷移動相互作用によるものである(例えば非特許文献1参照)。例えば、下式(6)で表される芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンから得られるポリイミドフィルムは強く着色する。 However, generally used aromatic polyimide has a drawback that the transparency of the film is extremely low because it has a strong electron absorption transition from ultraviolet to visible region. This is due to intramolecular conjugation through aromatic groups in the polyimide chain and intramolecular / intermolecular charge transfer interaction (see, for example, Non-Patent Document 1). For example, a polyimide film obtained from an aromatic tetracarboxylic dianhydride represented by the following formula (6) and an aromatic diamine is strongly colored.
ポリイミドフィルムの透明化には、酸二無水物とジアミンのどちらか一方あるいは両方に脂肪族モノマーを使用することが効果的である。これによりポリイミド鎖の分子内共役や電荷移動相互作用が妨げられ、結果としてポリイミド膜およびその前駆体膜の紫外・可視全域での透明性が飛躍的に高まる。化学的、物理的耐熱性の観点から、線状構造のものより環状構造(脂環式)の脂肪族モノマーがしばしば用いられる。 In order to make the polyimide film transparent, it is effective to use an aliphatic monomer in one or both of acid dianhydride and diamine. As a result, intramolecular conjugation and charge transfer interaction of the polyimide chain are hindered, and as a result, the transparency of the polyimide film and its precursor film in the entire ultraviolet / visible region is dramatically increased. From the viewpoint of chemical and physical heat resistance, an aliphatic monomer having a cyclic structure (alicyclic) is often used rather than a linear structure.
脂環式ジアミンと各種テトラカルボン酸二無水物からポリイミド前駆体を重合する際、重合反応初期において生成した低分子量のアミド酸中のカルボキシル基と未反応のアミノ基との間で架橋的な塩形成が起こる。塩は通常、重合溶媒に対して溶解度が低く、沈殿として反応系から除外されるため、これが全く溶解しない場合は重合が停止することになる。極端な場合、例えばピロメリット酸二無水物とトランス−1,4−ジアミノシクロヘキサンとの組み合わせでは、極めて強固な塩形成のため重合反応が全く進行しないという重大な問題が生じる。ピロメリット酸二無水物の代わりに1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(以下CBDAと称する)を用いた場合も同様である。これは脂肪族ジアミンの塩基性が、通常用いられる芳香族ジアミンに比べてはるかに高いことに由来している。 When a polyimide precursor is polymerized from an alicyclic diamine and various tetracarboxylic dianhydrides, a crosslinkable salt is formed between the carboxyl group and the unreacted amino group in the low molecular weight amic acid generated at the initial stage of the polymerization reaction. Formation occurs. Since the salt is usually low in solubility in the polymerization solvent and excluded from the reaction system as a precipitate, the polymerization will be stopped if it does not dissolve at all. In an extreme case, for example, a combination of pyromellitic dianhydride and trans-1,4-diaminocyclohexane causes a serious problem that the polymerization reaction does not proceed at all due to the formation of a very strong salt. The same applies when 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride (hereinafter referred to as CBDA) is used instead of pyromellitic dianhydride. This is due to the fact that the basicity of aliphatic diamines is much higher than that of commonly used aromatic diamines.
脂肪族ジアミンを用いる際、塩形成を回避する方法として界面重合法が開示されている(例えば非特許文献2参照)。この方法はまずテトラカルボン酸二無水物とアルコールを反応させてテトラカルボン酸のジアルキルエステルとし、次いでこれを塩素化して油層に溶解し、これとアルカリ水溶液に溶解した脂肪族ジアミンとを油/水界面で重合させてポリアミド酸のアルキルエステルを得るものである。これを熱イミド化して脂環式ポリイミドを得ることができる。 An interfacial polymerization method is disclosed as a method for avoiding salt formation when using an aliphatic diamine (see, for example, Non-Patent Document 2). In this method, tetracarboxylic dianhydride and alcohol are first reacted to form a dialkyl ester of tetracarboxylic acid, which is then chlorinated and dissolved in an oil layer, and this and an aliphatic diamine dissolved in an alkaline aqueous solution are mixed with oil / water. Polymerization is performed at the interface to obtain an alkyl ester of polyamic acid. This can be heat imidized to obtain an alicyclic polyimide.
しかしこの重合方法では製造工程が煩雑でしかも高重合度のポリイミド前駆体を得ることは困難であるばかりかバッチごとの分子量のばらつきも大きくなる。また、界面重縮合法では生産性が低く、実用的でない。更に重大な問題として界面重合法では塩素が発生するので電子材料用途としては好ましくない。 However, in this polymerization method, the production process is complicated and it is difficult to obtain a polyimide precursor having a high degree of polymerization, and the variation in molecular weight from batch to batch is also large. Further, the interfacial polycondensation method has low productivity and is not practical. Furthermore, since the interfacial polymerization method generates chlorine as a serious problem, it is not preferable for use as an electronic material.
テトラカルボン酸二無水物成分として芳香族ではなく、脂肪族テトラカルボン酸二無水物を用いることによっても、ポリイミドを透明化することが可能である。現在知られている脂環式テトラカルボン酸二無水物として、ビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、5−(ジオキソテトラヒドロフリル−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、4−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−テトラリン−1,2−ジカルボン酸無水物、テトラヒドロフラン−2,3,4,5−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、3c−カルボキシメチルシクロペンタンー1r,2c,4c−トリカルボン酸1,4:2,3−二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、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等が挙げられる。
It is possible to make the polyimide transparent by using aliphatic tetracarboxylic dianhydride instead of aromatic as the tetracarboxylic dianhydride component. Currently known cycloaliphatic tetracarboxylic dianhydrides include bicyclo [2.2.2] oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, 5- (dioxo Tetrahydrofuryl-3-methyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic anhydride, 4- (2,5-dioxotetrahydrofuran-3-yl) -tetralin-1,2-dicarboxylic anhydride, tetrahydrofuran-2 , 3,4,5-tetracarboxylic dianhydride, bicyclo-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic dianhydride, 3c-carboxymethylcyclopentane-1r, 2c, 4c-
しかしながら、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(以下CBDAと称す)を除き、これらの脂環式テトラカルボン酸二無水物は重合反応性の点で問題があり、十分な膜靭性を示すほど高分子量体がしばしば得られない。 However, except for 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride (hereinafter referred to as CBDA), these alicyclic tetracarboxylic dianhydrides have problems in terms of polymerization reactivity and are sufficient. High molecular weight materials are often not obtained to the extent that they exhibit film toughness.
上記のようにCBDAは脂環式テトラカルボン酸二無水物としては例外的に各種芳香族ジアミンと高い重合反応性を示すが、これはCBDAの酸無水物環に蓄積された立体的歪によるものであると考えられている。従って、CBDAの酸無水物基がジアミンと反応して開環するアミド酸形成反応は熱力学的に起こりやすい(即ち重合反応性は高い)が、逆にポリイミド前駆体(ポリアミド酸)の閉環反応(イミド化反応)は起こりにくくなるという問題がある。このことは、イミド化反応を完結するためにより高温を必要とすることを意味し、ポリイミドフィルムの着色という観点から、CBDAの使用は有利ではない。 As mentioned above, CBDA is exceptionally highly reactive with various aromatic diamines as an alicyclic tetracarboxylic dianhydride, but this is due to steric strain accumulated in the acid anhydride ring of CBDA. It is considered to be. Therefore, the amide acid formation reaction in which the acid anhydride group of CBDA reacts with diamine to open the ring is likely to occur thermodynamically (that is, the polymerization reactivity is high), but conversely, the ring closure reaction of the polyimide precursor (polyamic acid). There is a problem that (imidation reaction) hardly occurs. This means that a higher temperature is required to complete the imidization reaction, and the use of CBDA is not advantageous from the viewpoint of coloring the polyimide film.
このように脂環式テトラカルボン酸二無水物を使用して透明で靭性のあるポリイミドフィルムを得ることは容易ではなく、フレキシブルディスプレー用プラスチック基板としての要求特性を満足する材料は未だ知られていないのが現状である。 Thus, it is not easy to obtain a transparent and tough polyimide film using an alicyclic tetracarboxylic dianhydride, and a material that satisfies the required characteristics as a plastic substrate for flexible displays is not yet known. is the current situation.
近年、特にマイクロプロセッサーの演算速度の高速化やクロック信号の立ち上がり時間の短縮化が情報処理・通信分野で重要な課題になってきているが、ポリイミドを半導体チップの層間絶縁膜として使用する場合、ポリイミド膜の誘電率を下げることが必要となる。 In recent years, increasing the calculation speed of the microprocessor and shortening the rise time of the clock signal have become important issues in the information processing and communication fields, but when using polyimide as an interlayer insulating film of a semiconductor chip, It is necessary to lower the dielectric constant of the polyimide film.
ポリイミドの低誘電率化には芳香族単位を脂環族単位に置き換えてπ電子を減少することが有効である(例えば非特許文献3参照)。そのためには脂環式モノマー特に脂環式テトラカルボン酸二無水物の使用は有利である。 In order to reduce the dielectric constant of polyimide, it is effective to reduce π electrons by replacing aromatic units with alicyclic units (see Non-Patent Document 3, for example). For this purpose, the use of alicyclic monomers, in particular alicyclic tetracarboxylic dianhydrides, is advantageous.
しかしながら上記のように脂環式テトラカルボン酸二無水物は一般に重合反応性が低いために、ポリイミドの分子量が十分高くない場合はポリイミド膜の割れ、基板からの剥離などの問題が生ずる恐れがあり、デバイスの信頼性を大きく損なう。 However, as described above, alicyclic tetracarboxylic dianhydrides generally have low polymerization reactivity, so if the molecular weight of the polyimide is not sufficiently high, problems such as cracking of the polyimide film and peeling from the substrate may occur. , Greatly impair the reliability of the device.
もし重合反応性が高い脂環式テトラカルボン酸二無水物が入手可能になれば、フレキシブルディスプレー用透明プラスチック基板として重要な材料を提供しうるが、そのような脂環式テトラカルボン酸二無水物および、それから誘導されるポリイミドは知られていないのが現状である。 If an alicyclic tetracarboxylic dianhydride having a high polymerization reactivity becomes available, it can provide an important material as a transparent plastic substrate for flexible displays, but such an alicyclic tetracarboxylic dianhydride can be provided. And the present condition is that the polyimide derived from it is not known.
本発明は高透明性、十分な膜靭性および高ガラス転移温度を併せ持つ、各種電子デバイスにおける電気絶縁膜および液晶ディスプレー用基板、有機ELディスプレー用基板、電子ペーパー用基板、太陽電池用基板、特にフレキシブルディスプレー用プラスチック基板として有益なポリイミド、その前駆体、それらの製造方法及び当該ポリイミドの製造原料として有用なテトラカルボン酸化合物が切望されていた。 The present invention has high transparency, sufficient film toughness, and a high glass transition temperature, and includes electrical insulating films and liquid crystal display substrates, organic EL display substrates, electronic paper substrates, solar cell substrates, and particularly flexible substrates in various electronic devices. A polyimide useful as a plastic substrate for display, a precursor thereof, a production method thereof, and a tetracarboxylic acid compound useful as a raw material for producing the polyimide have been desired.
以上の問題を鑑み、鋭意研究を積み重ねた結果、本発明の脂環式構造含有テトラカルボン酸類を用いて各種ジアミンと反応させることで、ポリイミド前駆体の高分子量体を容易に得ることが可能になり、更にこれをイミド化して得られるポリイミドは高い透明性、高い耐熱性および十分な膜靭性を達成することから、フレキシブルディスプレー用プラスチック基板等としてこれまでにない有益な材料及びその製造方法等を提供しうることを見出し、本発明を完成するに至った。 In view of the above problems, as a result of earnest research, it is possible to easily obtain a high molecular weight polymer of a polyimide precursor by reacting with various diamines using the alicyclic structure-containing tetracarboxylic acids of the present invention. Furthermore, the polyimide obtained by imidizing it achieves high transparency, high heat resistance and sufficient film toughness. The present invention has been found, and the present invention has been completed.
本発明により、各種電子デバイスにおける電気絶縁膜やフレキシブルディスプレー用プラスチック基板として有益な脂環式構造含有ポリイミド、その前駆体、それらの製造方法及び当該ポリイミドの製造原料として有用なテトラカルボン酸化合物が提供される。本発明によれば、脂環式構造含有テトラカルボン酸二無水物を用いることで、電荷移動相互作用を抑制し、高い透明性を有するポリイミドを得ることができ。本発明のポリイミドは十分な膜靭性、高いガラス転移温度、低い誘電率を併せ持つポリイミドであり、各種電子デバイスにおける電気絶縁膜および液晶ディスプレー用基板、有機エレクトロルミネッセンスディスプレー用基板、電子ペーパー用基板、太陽電池用基板、特にフレキシブルディスプレー用透明プラスチック基板として有用である。 According to the present invention, an alicyclic structure-containing polyimide useful as an electrical insulating film or a flexible display plastic substrate in various electronic devices, a precursor thereof, a production method thereof, and a tetracarboxylic acid compound useful as a production raw material of the polyimide are provided. Is done. According to the present invention, by using an alicyclic structure-containing tetracarboxylic dianhydride, a charge transfer interaction can be suppressed and a highly transparent polyimide can be obtained. The polyimide of the present invention is a polyimide having sufficient film toughness, high glass transition temperature, and low dielectric constant. Electrical insulation film and liquid crystal display substrate in various electronic devices, substrate for organic electroluminescence display, substrate for electronic paper, solar It is useful as a substrate for a battery, particularly a transparent plastic substrate for a flexible display.
即ち本発明の要旨は以下に示すものである。 That is, the gist of the present invention is as follows.
〔1〕一般式(1) [1] General formula (1)
(一般式(1)中、Pは水素原子又は炭素数1から6のアルキル基又はアルコキシ基を表し、nは1〜3の整数を表し、Aは二価の芳香族基又は二価の脂肪族基を表す。) (In general formula (1), P represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an alkoxy group, n represents an integer of 1 to 3, and A represents a divalent aromatic group or a divalent fat. Represents a group.)
で表される反復単位を有するポリイミド。 The polyimide which has a repeating unit represented by these.
〔2〕一般式(2) [2] General formula (2)
(一般式(2)中、Qは水素原子又は炭素数1〜12の直鎖状又は分岐状アルキル基、又はトリアルキルシリル基を表し、P、n、Aは〔1〕と同義である。) (In General Formula (2), Q represents a hydrogen atom, a C1-C12 linear or branched alkyl group, or a trialkylsilyl group, and P, n, and A are synonymous with [1]. )
で表される反復単位を有するポリイミド前駆体。 The polyimide precursor which has a repeating unit represented by these.
〔3〕固有粘度が0.4dL/g以上である〔2〕に記載のポリイミド前駆体。 [3] The polyimide precursor according to [2], which has an intrinsic viscosity of 0.4 dL / g or more.
〔4〕一般式(3)〜(5) [4] General formulas (3) to (5)
(一般式(3)〜(5)中、Xはハロゲン原子又はヒドロキシル基を示し、Rは炭素数1〜12の直鎖状又は分岐状アルキル基を表し、P、nは〔1〕と同義である。) (In the general formulas (3) to (5), X represents a halogen atom or a hydroxyl group, R represents a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and P and n are as defined in [1]. .)
の何れかで表されるテトラカルボン酸化合物と、ジアミン化合物とを反応させて、一般式(2) A tetracarboxylic acid compound represented by any of the above and a diamine compound are reacted to give a general formula (2)
(一般式(2)中、Qは水素原子又は炭素数1〜12の直鎖状又は分岐状アルキル基、又はトリアルキルシリル基を表し、P、n、は前記と同義であり、Aは二価の芳香族基又は二価の脂肪族基を表す。) (In General Formula (2), Q represents a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a trialkylsilyl group, P and n are as defined above, and A is 2 Represents a divalent aromatic group or a divalent aliphatic group.)
で表される反復単位を有するポリイミド前駆体を得た後、このポリイミド前駆体を、加熱或いは脱水試薬を用いて環化(イミド化)させることを特徴とする、一般式(1) After obtaining a polyimide precursor having a repeating unit represented by general formula (1), the polyimide precursor is cyclized (imidized) by heating or using a dehydrating reagent.
(一般式(1)中、P、n、Aは〔1〕と同義である。) (In general formula (1), P, n and A have the same meanings as [1].)
で表される反復単位を有するポリイミドの製造方法。 The manufacturing method of the polyimide which has a repeating unit represented by these.
〔5〕テトラカルボン酸化合物とジアミン化合物とを、溶媒中、一段階で重縮合反応することにより、ポリイミド前駆体を単離することなしにポリイミドを製造することを特徴とする、〔4〕に記載のポリイミドの製造方法。 [5] A process for producing a polyimide without isolating a polyimide precursor by subjecting a tetracarboxylic acid compound and a diamine compound to a polycondensation reaction in a single step in a solvent. The manufacturing method of the polyimide of description.
〔6〕〔1〕記載のポリイミドを含有して成る、液晶ディスプレー或いは有機エレクトロルミネッセンスディスプレー用透明プラスチック基板。 [6] A transparent plastic substrate for liquid crystal display or organic electroluminescence display, comprising the polyimide according to [1].
〔7〕ガラス転移温度(Tg)が250℃以上であり、波長400nmでの光透過率が60%以上であり、複屈折0.01以下であり、180°折曲げ試験で破断しないか若しくは破断伸び10%以上を併せ持つことを特徴とする〔1〕に記載のポリイミドを含有して成る、液晶ディスプレーあるいは有機エレクトロルミネッセンスディスプレー用透明プラスチック基板。 [7] Glass transition temperature (Tg) is 250 ° C. or higher, light transmittance at a wavelength of 400 nm is 60% or higher, birefringence is 0.01 or lower, and does not break or breaks in a 180 ° bending test. A transparent plastic substrate for a liquid crystal display or organic electroluminescence display, comprising the polyimide according to [1], characterized by having an elongation of 10% or more.
〔8〕〔2〕、〔3〕記載のポリイミド前駆体、及び〔1〕1記載のポリイミドの製造原料たる、一般式(3)〜(5) [8] Polyimide precursors according to [2] and [3], and general formulas (3) to (5) which are raw materials for producing the polyimide according to [1] 1
(一般式(3)〜(5)中、Xはハロゲン原子又はヒドロキシル基を示し、Rは炭素数1〜12の直鎖状又は分岐状アルキル基を表し、Pは水素原子又は炭素数1から6のアルキル基又はアルコキシ基を表し、nは1〜3の整数を表す。) (In General Formulas (3) to (5), X represents a halogen atom or a hydroxyl group, R represents a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and P represents a hydrogen atom or 1 carbon atom. 6 represents an alkyl group or an alkoxy group, and n represents an integer of 1 to 3.)
の何れかで表されるテトラカルボン酸化合物。 A tetracarboxylic acid compound represented by any one of
本発明によれば、脂環式構造含有テトラカルボン酸二無水物を用いることで、電荷移動相互作用を抑制し、高い透明性を有するポリイミドを得ることができる。更に十分な膜靭性、高いガラス転移温度、低い誘電率を併せ持つポリイミド、およびその製造方法を提供することができる。本発明の脂環式構造含有ポリイミドは、各種電子デバイスにおける電気絶縁膜および液晶ディスプレー用基板、有機エレクトロルミネッセンスディスプレー用基板、電子ペーパー用基板、太陽電池用基板、特にフレキシブルディスプレー用透明プラスチック基板として有用である。 According to the present invention, by using an alicyclic structure-containing tetracarboxylic dianhydride, a charge transfer interaction can be suppressed and a highly transparent polyimide can be obtained. Furthermore, it is possible to provide a polyimide having sufficient film toughness, high glass transition temperature, and low dielectric constant, and a method for producing the same. The alicyclic structure-containing polyimide of the present invention is useful as an electrical insulating film and a liquid crystal display substrate, an organic electroluminescence display substrate, an electronic paper substrate, a solar cell substrate, and particularly a transparent plastic substrate for flexible displays in various electronic devices. It is.
本発明の脂環式構造含有テトラカルボン酸二無水物をモノマーとして使用することで、脂肪族ジアミンを使用してもポリイミド前駆体重合時に塩形成が抑制され、高分子量のポリイミド前駆体を容易に製造することが可能であり、結果として十分な膜靭性を有し且つ上記要求特性を満たす上記産業上有益な材料を提供することができる。 By using the alicyclic structure-containing tetracarboxylic dianhydride of the present invention as a monomer, even when an aliphatic diamine is used, salt formation is suppressed during polymerization of the polyimide precursor, and a high molecular weight polyimide precursor can be easily obtained. As a result, the industrially useful material having sufficient film toughness and satisfying the above required characteristics can be provided.
ポリイミド前駆体の重合の際に式(3)〜(5)で表されるテトラカルボン酸二無水物と組み合わせるジアミン成分として脂肪族ジアミンを選択した場合、電荷移動相互作用が妨害され、結果として得られるポリイミドは紫外域まで透明で且つ極めて低い誘電率を示すポリイミドを得ることができる。 When an aliphatic diamine is selected as the diamine component to be combined with the tetracarboxylic dianhydride represented by the formulas (3) to (5) during the polymerization of the polyimide precursor, the charge transfer interaction is hindered, resulting in The polyimide obtained is transparent up to the ultraviolet region and can give a polyimide having a very low dielectric constant.
ポリイミド前駆体の重合の際に本発明のテトラカルボン酸二無水物を用いた場合においても若干塩形成が起こるが、塩はそれほど強固ではなく、室温で長時間攪拌を続けることで徐々に塩が溶解し、透明・均一で粘性の高いポリイミド前駆体溶液を容易に得ることが可能である。 Even when the tetracarboxylic dianhydride of the present invention is used in the polymerization of the polyimide precursor, salt formation occurs slightly, but the salt is not so strong, and the salt gradually becomes longer by stirring for a long time at room temperature. It is possible to easily obtain a transparent, uniform and highly viscous polyimide precursor solution which is dissolved.
脂肪族ジアミンを使用した際に起こる塩形成の強さは、モノマーの立体構造に依存する。モノマーの立体構造が嵩高い場合あるいは嵩高い置換基を有する場合は、立体障害効果により塩の架橋密度が低下し、重合溶媒に対する塩の溶解度が増加し、結果として室温での長時間の攪拌により徐々に溶解して、重合反応を進行させることが可能となる。CBDAとは異なり、本発明のテトラカルボン酸二無水物分子中には平面構造から大きくずれた(立体的に折れ曲がった)シス,シス−シクロヘキサンジカルボン酸無水物単位が存在し、これが塩結合による架橋密度を低下させ、結果的に塩の溶解度を増加させて重合反応の進行に寄与するものと考えられる。 The strength of salt formation that occurs when using aliphatic diamines depends on the steric structure of the monomer. When the steric structure of the monomer is bulky or has a bulky substituent, the crosslinking density of the salt decreases due to the steric hindrance effect, and the solubility of the salt in the polymerization solvent increases, resulting in prolonged stirring at room temperature. It gradually dissolves and the polymerization reaction can proceed. Unlike CBDA, the tetracarboxylic dianhydride molecule of the present invention contains a cis, cis-cyclohexanedicarboxylic anhydride unit greatly deviated from the planar structure (sterically bent), which is a cross-linked by salt bond. It is thought that it contributes to the progress of the polymerization reaction by lowering the density and consequently increasing the solubility of the salt.
以下に本発明の実施の形態について詳細に説明するが、これらは本発明の実施形態の一例であり、これらの内容に限定されない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below, but these are examples of the embodiments of the present invention and the present invention is not limited to these contents.
本発明の式(3)〜(5)で表されるテトラカルボン酸類のうち、素原料の入手のしやすさおよび製造コストの観点から、式(3)〜(5)中Pnが水素原子である、下式(7)〜(9)で表される脂環式構造含有テトラカルボン酸類が好適に用いられる。 Of the tetracarboxylic acids represented by the formulas (3) to (5) of the present invention, P n is a hydrogen atom in the formulas (3) to (5) from the viewpoint of easy availability of raw materials and production costs. The alicyclic structure-containing tetracarboxylic acids represented by the following formulas (7) to (9) are preferably used.
(式中、Xはハロゲン原子またはヒドロキシル基を示し、Rは炭素数1〜12の直鎖状または分岐状アルキル基を表す。) (In the formula, X represents a halogen atom or a hydroxyl group, and R represents a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.)
上記式(7)〜(9)で表されるテトラカルボン酸類とジアミンより、下記式(10)で表されるポリイミド前駆体を得ることができる。 From the tetracarboxylic acids represented by the above formulas (7) to (9) and a diamine, a polyimide precursor represented by the following formula (10) can be obtained.
(一般式(10)中、QおよびAは式(4)と同義である。) (In general formula (10), Q and A have the same meanings as in formula (4).)
式(10)で表されるポリイミド前駆体を加熱脱水閉環(イミド化)反応するか、式(7)〜(9)で表されるテトラカルボン酸類とジアミンとを重縮合反応させることで、下式(11)で表されるポリイミドを得ることができる。 By subjecting the polyimide precursor represented by the formula (10) to a heat dehydration cyclization (imidization) reaction or by subjecting the tetracarboxylic acids represented by the formulas (7) to (9) to a polycondensation reaction, A polyimide represented by the formula (11) can be obtained.
(一般式(11)中、Aは式(4)と同義である。) (In general formula (11), A has the same meaning as in formula (4).)
<脂環式構造含有テトラカルボン酸類の製造方法>
本発明の式(3)〜(5)で表される脂環式構造含有テトラカルボン酸類のうち、例として式(3)〜(5)中、Pが全て水素原子である、前記の式(7)〜(9)で表されるテトラカルボン酸類の製造方法について説明する。
<Method for producing alicyclic structure-containing tetracarboxylic acids>
Of the alicyclic structure-containing tetracarboxylic acids represented by the formulas (3) to (5) of the present invention, as an example, in the formulas (3) to (5), all the Ps are hydrogen atoms. A method for producing tetracarboxylic acids represented by 7) to (9) will be described.
まず、式(7)で表されるテトラカルボン酸二無水物の製造方法について説明するがこれに限定されない。 First, although the manufacturing method of the tetracarboxylic dianhydride represented by Formula (7) is demonstrated, it is not limited to this.
式(7)で表されるテトラカルボン酸二無水物を製造する方法の1例としては、一般式(12) As an example of the method for producing the tetracarboxylic dianhydride represented by the formula (7), the general formula (12)
(式中、R1、R2、R3、R4は、それぞれ互いに独立に、1〜4個の炭素原子を有するアルキル基を表す。) (In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.)
で表されるビフェニルテトラカルボン酸エステルを、溶媒中において、触媒の存在下に、水素により水素化して下記一般式(13) In the solvent, the biphenyltetracarboxylic acid ester represented by the formula (13) is hydrogenated with hydrogen in the presence of a catalyst.
(式中、R1、R2、R3、R4は、それぞれ互いに独立に、1〜4個の炭素原子を有するアルキル基を表す。) (In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.)
の化合物を製造し、この一般式(13)の化合物を加水分解してシクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸とし、さらに脱水することにより、前記式(7)で表されるシクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸二無水物に変換することができる。 The compound of the general formula (13) is hydrolyzed to cyclohexylphenyltetracarboxylic acid, and further dehydrated to obtain the cyclohexylphenyltetracarboxylic dianhydride represented by the formula (7). Can be converted.
ここで、前記一般式(12)で表されるビフェニルテトラカルボン酸エステルとしては、1,1’−ビフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸テトラメチル、1,1’−ビフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸テトラエチル、1,1’−ビフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸テトラブチルなどが例示される。
Here, as the biphenyltetracarboxylic acid ester represented by the general formula (12), 1,1′-biphenyl-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic acid tetramethyl, 1,1′-biphenyl Examples include tetraethyl -3,3 ', 4,4'-tetracarboxylate,
本発明方法に用いられる溶媒としては、前記一般式(12)で表されるビフェニルテトラカルボン酸エステルを溶解し、水素化条件で副反応を生ずることのない溶媒である限り溶剤の制限はない。例えばメタノール、エタノール、及び2−プロパノールなどのアルコール類、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、及びジイソプロピルエーテルなどのエーテル類、並びに酢酸メチル、及び酢酸エチルなどのエステル類などを例示できる。溶媒の使用量は、前記一般式(12)で表されるビフェニルテトラカルボン酸エステルが十分溶解する量であればよく、格別の制限はないが、通常、原料化合物の質量の2〜100質量倍であることが好ましい。 The solvent used in the method of the present invention is not limited as long as it is a solvent that dissolves the biphenyltetracarboxylic acid ester represented by the general formula (12) and does not cause a side reaction under hydrogenation conditions. Examples thereof include alcohols such as methanol, ethanol, and 2-propanol, ethers such as tetrahydrofuran, diethyl ether, and diisopropyl ether, and esters such as methyl acetate and ethyl acetate. The amount of the solvent used is not particularly limited as long as the biphenyltetracarboxylic acid ester represented by the general formula (12) is sufficiently dissolved, but is usually 2 to 100 times the mass of the raw material compound. It is preferable that
本発明方法に用いられる触媒としては、ニッケル触媒および貴金属触媒が使用できる。貴金属触媒は、より低温かつ低圧で、一般式(12)の化合物の水素化を可能にするものであるから、本発明方法に好ましい触媒である。貴金属触媒としては、例えばパラジウム炭素、ルテニウム炭素、ロジウム炭素、パラジウムアルミナなどの貴金属触媒成分を担体に担持させた触媒が用いられる。前記貴金属触媒成分用担体としては、活性炭、アルミナ、シリカなどを用いることが好ましい。これらの中でもパラジウム炭素触媒は、ビシクロヘキシルテトラカルボン酸エステルなどの過水素化物の副生が少ないこと、及び担体の表面積が大きく水素化速度が大きいなどの利点を有し、本発明方法に好適に用いられる。 As the catalyst used in the method of the present invention, a nickel catalyst and a noble metal catalyst can be used. The noble metal catalyst is a preferred catalyst for the process of the present invention because it enables hydrogenation of the compound of the general formula (12) at a lower temperature and a lower pressure. As the noble metal catalyst, for example, a catalyst in which a noble metal catalyst component such as palladium carbon, ruthenium carbon, rhodium carbon, palladium alumina or the like is supported on a carrier is used. As the noble metal catalyst component carrier, activated carbon, alumina, silica or the like is preferably used. Among these, the palladium carbon catalyst has advantages such as a small amount of by-products such as bicyclohexyl tetracarboxylic acid ester and a large surface area of the support and a high hydrogenation rate, and is suitable for the method of the present invention. Used.
貴金属担持触媒に含まれる貴金属触媒成分の量は、担持触媒全質量に対して通常、0.1〜10質量%である。 The amount of the noble metal catalyst component contained in the noble metal supported catalyst is usually 0.1 to 10% by mass relative to the total mass of the supported catalyst.
本発明方法において、反応系に含まれる貴金属触媒の触媒量は、前記一般式(12)で表されるビフェニルテトラカルボン酸エステルの質量に対して0.5〜20質量%であることが好ましい。触媒量が0.5質量%より少ないと水素化反応速度が極めて遅くなることがあり、またそれが20質量%を越えると、触媒効果が飽和し、特段の効果の向上が認められないことがある。 In the method of the present invention, the catalyst amount of the noble metal catalyst contained in the reaction system is preferably 0.5 to 20% by mass with respect to the mass of the biphenyl tetracarboxylic acid ester represented by the general formula (12). If the amount of the catalyst is less than 0.5% by mass, the hydrogenation reaction rate may be extremely slow, and if it exceeds 20% by mass, the catalytic effect is saturated and no particular improvement in the effect is observed. is there.
本発明方法に用いられるニッケル触媒としては、ニッケル珪藻土触媒などを例示できる。このニッケル珪藻土触媒中のニッケルの含有量は、通常、30〜60質量%である。 Examples of the nickel catalyst used in the method of the present invention include a nickel diatomaceous earth catalyst. The nickel content in the nickel diatomaceous earth catalyst is usually 30 to 60% by mass.
本発明方法の反応系に含まれるニッケル触媒の触媒量は、通常、前記一般式(12)で表されるビフェニルテトラカルボン酸エステルの質量に対して5〜40質量%である。 The catalyst amount of the nickel catalyst contained in the reaction system of the method of the present invention is usually 5 to 40% by mass with respect to the mass of the biphenyltetracarboxylic acid ester represented by the general formula (12).
本発明方法の水素による水素化反応は、常圧でも反応は進行するが、反応速度を高くするために加圧下で水素化することが好ましく、水素圧は0.5〜10MPaであることが好ましく、さらに好ましくは、1.0〜5.0MPaである。水素圧が0.5MPa未満であると、水素化反応速度が極めて遅くなり、未反応のビフェニルテトラカルボン酸エステルの残存量が増大することがあり、また、それが10MPaより大きい場合は、副生成物としてビシクロヘキシルテトラカルボン酸エステルなどの過水素化生成物の生成量が増加することがある。 Although the hydrogenation reaction with hydrogen in the method of the present invention proceeds even at normal pressure, it is preferably hydrogenated under pressure to increase the reaction rate, and the hydrogen pressure is preferably 0.5 to 10 MPa. More preferably, it is 1.0 to 5.0 MPa. When the hydrogen pressure is less than 0.5 MPa, the hydrogenation reaction rate becomes extremely slow, and the remaining amount of unreacted biphenyltetracarboxylic acid ester may increase. As a product, the amount of perhydrogenated product such as bicyclohexyl tetracarboxylic acid ester may increase.
本発明方法において、水素化反応温度は、70〜170℃であることが好ましい。温度が70℃未満の場合は、反応速度が極めて遅くなり未反応のビフェニルテトラカルボン酸エステルの残存量が増大することがあり、また、それが、170℃より高い場合は、副生成物の生成量が増加することがある。 In the method of the present invention, the hydrogenation reaction temperature is preferably 70 to 170 ° C. When the temperature is less than 70 ° C., the reaction rate becomes extremely slow and the residual amount of unreacted biphenyltetracarboxylic acid ester may increase. When the temperature is higher than 170 ° C., formation of by-products The amount may increase.
反応の進行状態は、反応系中の水素吸収量を、圧力計を用いて求めることにより判断することができる。過水素化物の生成量を少なくするためには、水素吸収量が理論量の100〜120%に達したら、反応系を冷却することが好ましい。水素吸収量が理論量の100%より少ない状態で反応を停止すると、未反応のビフェニルテトラカルボン酸エステルが残存し易く、この残存化合物を、目的化合物である前記一般式(13)で表されるシクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸エステルから分離することが困難となることがある。水素吸収量が理論量の120%より多い場合は、過水素化物であるビシクロヘキシルテトラカルボン酸エステルの生成量が過大になることがある。 The progress of the reaction can be determined by determining the amount of hydrogen absorbed in the reaction system using a pressure gauge. In order to reduce the production amount of the perhydride, it is preferable to cool the reaction system when the hydrogen absorption amount reaches 100 to 120% of the theoretical amount. When the reaction is stopped in a state where the hydrogen absorption amount is less than 100% of the theoretical amount, unreacted biphenyltetracarboxylic acid ester is likely to remain, and this residual compound is represented by the general formula (13), which is the target compound. Separation from cyclohexyl phenyl tetracarboxylic acid ester may be difficult. When the hydrogen absorption amount is more than 120% of the theoretical amount, the amount of bicyclohexyl tetracarboxylic acid ester that is a perhydrogenated product may be excessive.
前記の好適反応条件により水素化反応が行われる場合、反応時間は0.5〜20時間で十分である。 When the hydrogenation reaction is carried out under the above preferred reaction conditions, a reaction time of 0.5 to 20 hours is sufficient.
反応終了の後、反応系から触媒をろ別した後、反応液を減圧下に濃縮し、冷却することにより、簡便に、無機塩の含有量の少ない高純度のシクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸エステルを得ることができる。また、この場合、環境負荷が大きい含塩廃水も生成しない。 After completion of the reaction, the catalyst is filtered off from the reaction system, and then the reaction solution is concentrated under reduced pressure and cooled to easily obtain a high-purity cyclohexylphenyltetracarboxylic acid ester with a small content of inorganic salt. be able to. In this case, salt-containing wastewater with a large environmental load is not generated.
上記の上記方法により得られる前記一般式(13)で表されるシクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸エステルは、それを加水分解してシクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸とし、さらに脱水することにより、前記式(7)で表されるシクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸二無水物に変換することができる。また、前記一般式(13)で表されるシクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸エステルは、それを低沸点カルボン酸無水物の存在下に、生成する低沸点カルボン酸エステルを除去しながら加熱する方法によっても、前記式(7)で表されるシクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸二無水物に変換することができる。 The cyclohexyl phenyl tetracarboxylic acid ester represented by the general formula (13) obtained by the above method is hydrolyzed to form cyclohexyl phenyl tetracarboxylic acid, and further dehydrated, whereby the formula (7) Can be converted to the represented cyclohexylphenyltetracarboxylic dianhydride. Further, the cyclohexyl phenyl tetracarboxylic acid ester represented by the general formula (13) is heated in the presence of a low-boiling point carboxylic acid anhydride while removing the low-boiling point carboxylic acid ester produced. It can convert into the cyclohexyl phenyl tetracarboxylic dianhydride represented by said Formula (7).
次に式(8)で表されるテトラカルボン酸の製造方法について説明するがこれに限定されない。式(8)で表されるテトラカルボン酸は式(7)で表されるテトラカルボン酸二無水物を加水分解することで容易に得られる。具体的には該テトラカルボン酸二無水物をテトラヒドロフラン等の水溶性溶媒に溶解し、これを室温〜100℃に保持したpH7〜10の希アルカリ水溶液中へ撹拌しながら滴下する。生成した沈殿を濾別・水洗し、これをテトラヒドロフラン等の水溶性溶媒に再溶解し、室温〜100℃に保持したpH3〜7の希酸性水溶液中へ撹拌しながら滴下する。生成した沈殿を濾別・水洗し、40〜100℃で真空乾燥することで目的のテトラカルボン酸が得られる。 Next, although the manufacturing method of the tetracarboxylic acid represented by Formula (8) is demonstrated, it is not limited to this. The tetracarboxylic acid represented by the formula (8) can be easily obtained by hydrolyzing the tetracarboxylic dianhydride represented by the formula (7). Specifically, the tetracarboxylic dianhydride is dissolved in a water-soluble solvent such as tetrahydrofuran and added dropwise to a dilute alkaline aqueous solution having a pH of 7 to 10 kept at room temperature to 100 ° C. with stirring. The produced precipitate is separated by filtration and washed with water, redissolved in a water-soluble solvent such as tetrahydrofuran, and dropped into a dilute acidic aqueous solution having a pH of 3 to 7 maintained at room temperature to 100 ° C. with stirring. The produced precipitate is filtered off and washed with water, followed by vacuum drying at 40 to 100 ° C. to obtain the target tetracarboxylic acid.
次に式(9)で表されるテトラカルボン酸誘導体の合成方法について説明するがこれに限定されない。これは式(7)で表されるテトラカルボン酸二無水物より容易に得られる。具体的には、式(7)のテトラカルボン酸二無水物に過剰量の脱水アルコール類(炭素数1〜12)を加えて1〜12時間加熱還流することで定量的にジカルボン酸ジアルキルエステルが得られる。この際アルコールとして反応後の留去のしやすさの点からメタノール、エタノール、プロパノール等の低級アルコールが好適に用いられる。次いで得られたジカルボン酸ジアルキルエステルに過剰量の塩素化剤を加えて加熱し、カルボン酸部位を塩素化することで重合に供することのできる高純度のジアルキルエステルジカルボン酸ジクロリドを定量的に合成することができる。塩素化反応後の塩素化剤除去が容易であるという点から、塩素化剤として塩化チオニルが好適に用いられる。塩化チオニルで塩素化を行う場合、反応を早めるためにN,N−ジメチルホルムアミド、ピリジン等の触媒を添加することも可能である。更に純度を高めるためにジアルキルエステルジカルボン酸ジクロリドを、無極性溶媒を用いて再結晶することも可能である。この際、再結晶溶媒としてn−ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、酢酸エチル、エーテル、クロロホルム等の低極性で不活性な溶媒、あるいはこれらの混合物が好適に用いられる。
Next, although the synthesis method of the tetracarboxylic acid derivative represented by Formula (9) is demonstrated, it is not limited to this. This is easily obtained from the tetracarboxylic dianhydride represented by the formula (7). Specifically, the dicarboxylic acid dialkyl ester is quantitatively determined by adding an excessive amount of dehydrated alcohol (
<ポリイミド前駆体の重合方法>
以下に本発明の式(4)で表されるポリイミド前駆体の製造方法について説明する。例として式(7)で表されるテトラカルボン酸二無水物(以下CPDAと称する)を用いてジアミンと反応させ、式(10)で表されるポリイミド前駆体を製造する方法について説明するがこれに限定されない。具体的にはまずジアミンを重合溶媒に溶解し、その溶液に本発明の脂環式構造含有テトラカルボン酸二無水物(CPDA)粉末を徐々に添加し、メカニカルスターラーを用い、室温で1〜72時間攪拌する。芳香族ジアミンを使用する重合系では、モノマー成分トータルの濃度は5〜40重量%、好ましくは10〜30重量%、脂肪族ジアミンを使用する重合系ではモノマー濃度は5〜30重量%、好ましくは7〜20重量%の範囲である。このモノマー濃度範囲で重合を行うことにより均一で高重合度のポリイミド前駆体溶液を得ることができる。
<Polymer precursor polymerization method>
Below, the manufacturing method of the polyimide precursor represented by Formula (4) of this invention is demonstrated. As an example, a method for producing a polyimide precursor represented by the formula (10) by reacting with a diamine using a tetracarboxylic dianhydride (hereinafter referred to as CPDA) represented by the formula (7) will be described. It is not limited to. Specifically, diamine is first dissolved in a polymerization solvent, and the alicyclic structure-containing tetracarboxylic dianhydride (CPDA) powder of the present invention is gradually added to the solution, and a mechanical stirrer is used at room temperature for 1 to 72. Stir for hours. In a polymerization system using an aromatic diamine, the total monomer component concentration is 5 to 40% by weight, preferably 10 to 30% by weight. In a polymerization system using an aliphatic diamine, the monomer concentration is 5 to 30% by weight, preferably It is in the range of 7 to 20% by weight. By carrying out polymerization in this monomer concentration range, a polyimide precursor solution having a uniform and high degree of polymerization can be obtained.
芳香族ジアミン系において、上記モノマー濃度範囲よりも低濃度で重合を行うと、ポリイミド前駆体の重合度が十分高くならず、最終的に得られるポリイミド膜が脆弱になる恐れがあり、上記濃度範囲より高濃度で重合を行うとモノマーが十分溶解しない場合や反応溶液が不均一になりゲル化する場合があり好ましくない。一方脂肪族ジアミン系では、上記濃度範囲より低濃度で重合すると、重合度低下の恐れがあり、より高濃度では強固な塩が形成され塩が完全に溶解するまでに長い重合反応時間を必要とし、生産性の低下を招く恐れがある。 In the aromatic diamine system, when polymerization is performed at a concentration lower than the above monomer concentration range, the polymerization degree of the polyimide precursor is not sufficiently high, and the finally obtained polyimide film may be brittle. Polymerization at a higher concentration is not preferred because the monomer may not be sufficiently dissolved or the reaction solution may become non-uniform and gel. On the other hand, in the case of aliphatic diamine system, if the polymerization is performed at a concentration lower than the above concentration range, the degree of polymerization may be lowered, and at a higher concentration, a strong salt is formed and a long polymerization reaction time is required until the salt is completely dissolved. There is a risk of lowering productivity.
CPDAの代わりに、式(9)で表されるCPDA誘導体を用いることにより式(10)で表されるポリイミド前駆体を重合することができる。例として、式(9)中、Xが塩素原子、Rがメチル基であるCPDA誘導体を使用した場合について説明するがこれに限定されない。具体的にはまずジアミンを塩酸補足剤(塩基)を含む重合溶媒に溶解し、その溶液に上記CPDA誘導体粉末を徐々に添加し、メカニカルスターラーを用い、室温で1〜72時間攪拌する。モノマー成分トータルの濃度は5〜40重量%、好ましくは10〜30重量%の範囲である。このモノマー濃度範囲で重合を行うことにより均一で高重合度のポリイミド前駆体溶液を得ることができる。重合の際、塩基として、ピリジンやトリエチルアミン等の有機塩基が好適に用いられる。 A polyimide precursor represented by the formula (10) can be polymerized by using a CPDA derivative represented by the formula (9) instead of CPDA. As an example, the case where a CPDA derivative in which X is a chlorine atom and R is a methyl group in formula (9) will be described, but is not limited thereto. Specifically, first, diamine is dissolved in a polymerization solvent containing a hydrochloric acid scavenger (base), the CPDA derivative powder is gradually added to the solution, and the mixture is stirred at room temperature for 1 to 72 hours using a mechanical stirrer. The total concentration of the monomer components is 5 to 40% by weight, preferably 10 to 30% by weight. By carrying out polymerization in this monomer concentration range, a polyimide precursor solution having a uniform and high degree of polymerization can be obtained. In the polymerization, an organic base such as pyridine or triethylamine is preferably used as the base.
本発明に係るポリイミド前駆体の重合反応性、ポリイミドの要求特性を著しく損なわない範囲で使用可能な脂肪族ジアミンとしては特に限定されないが、例えば4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、4,4’−メチレンビス(3−メチルシクロヘキシルアミン)、4,4’−メチレンビス(3−エチルシクロヘキシルアミン)、4,4’−メチレンビス(3,5−ジメチルシクロヘキシルアミン)、4,4’−メチレンビス(3,5−ジエチルシクロヘキシルアミン)、イソホロンジアミン、トランス−1,4−シクロヘキサンジアミン、シス−1,4−シクロヘキサンジアミン、1,4−シクロヘキサンビス(メチルアミン)、2,5−ビス(アミノメチル)ビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン、2,6−ビス(アミノメチル)ビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン、3,8−ビス(アミノメチル)トリシクロ〔5.2.1.0〕デカン、1,3−ジアミノアダマンタン、2,2−ビス(4−アミノシクロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノシクロヘキシル)ヘキサフルオロプロパン、1,3−プロパンジアミン、1,4−テトラメチレンジアミン、1,5−ペンタメチレンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン、1,7−ヘプタメチレンジアミン、1,8−オクタメチレンジアミン、1,9−ノナメチレンジアミン等が挙げられる。またこれらを2種類以上併用することもできる。 Although it does not specifically limit as aliphatic diamine which can be used in the range which does not impair the polymerization reactivity of the polyimide precursor which concerns on this invention, and the required characteristic of a polyimide, For example, 4,4'- methylenebis (cyclohexylamine), 4,4 '-Methylenebis (3-methylcyclohexylamine), 4,4'-methylenebis (3-ethylcyclohexylamine), 4,4'-methylenebis (3,5-dimethylcyclohexylamine), 4,4'-methylenebis (3 5-diethylcyclohexylamine), isophoronediamine, trans-1,4-cyclohexanediamine, cis-1,4-cyclohexanediamine, 1,4-cyclohexanebis (methylamine), 2,5-bis (aminomethyl) bicyclo [ 2.2.1] heptane, 2,6-bis (aminomethyl) Bicyclo [2.2.1] heptane, 3,8-bis (aminomethyl) tricyclo [5.2.1.0] decane, 1,3-diaminoadamantane, 2,2-bis (4-aminocyclohexyl) propane 2,2-bis (4-aminocyclohexyl) hexafluoropropane, 1,3-propanediamine, 1,4-tetramethylenediamine, 1,5-pentamethylenediamine, 1,6-hexamethylenediamine, 1,7 -Heptamethylenediamine, 1,8-octamethylenediamine, 1,9-nonamethylenediamine and the like. Two or more of these may be used in combination.
本発明に係るポリイミド前駆体の重合反応性、ポリイミドの要求特性を著しく損なわない範囲で使用可能な芳香族ジアミンとしては特に限定されないが、例えば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、2,5−ジアミノトルエン、2,4−ジアミノキシレン、2,4−ジアミノデュレン、4,4’−メチレンジアニリン、4,4’−メチレンビス(3−メチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(3−エチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(2−メチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(2−エチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(3,5−ジメチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(3,5−ジエチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(2,6−ジメチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(2,6−ジエチルアニリン)、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、2,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,2’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、ベンジジン、3,3’−ジヒドロキシベンジジン、3,3’−ジメトキシベンジジン、o−トリジン、m−トリジン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−オキシジアニリン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(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−(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、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(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、p−ターフェニレンジアミン等が挙げられる。またこれらを2種類以上併用することもできる。 Although it does not specifically limit as aromatic diamine which can be used in the range which does not impair the polymerization reactivity of the polyimide precursor which concerns on this invention, and the required characteristic of a polyimide, For example, p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, 2,4- Diaminotoluene, 2,5-diaminotoluene, 2,4-diaminoxylene, 2,4-diaminodurene, 4,4′-methylenedianiline, 4,4′-methylenebis (3-methylaniline), 4,4 ′ -Methylenebis (3-ethylaniline), 4,4'-methylenebis (2-methylaniline), 4,4'-methylenebis (2-ethylaniline), 4,4'-methylenebis (3,5-dimethylaniline), 4,4′-methylenebis (3,5-diethylaniline), 4,4′-methylenebis (2,6-dimethylaniline), , 4′-methylenebis (2,6-diethylaniline), 4,4′-diaminodiphenyl ether, 3,4′-diaminodiphenyl ether, 3,3′-diaminodiphenyl ether, 2,4′-diaminodiphenyl ether, 2,2 ′ -Diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminodiphenylsulfone, 4,4'-diaminobenzophenone, 3,3'-diaminobenzophenone, 4,4'-diaminobenzanilide, benzidine, 3 , 3′-dihydroxybenzidine, 3,3′-dimethoxybenzidine, o-tolidine, m-tolidine, 2,2′-bis (trifluoromethyl) benzidine, 2,2′-bis (trifluoromethyl) -4, 4′-oxydianiline, 1,4-bis (4-aminophenoxy) ) Benzene, 1,4-bis (3-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, 4,4′-bis (4 -Aminophenoxy) biphenyl, bis (4- (3-aminophenoxy) phenyl) sulfone, bis (4- (4-aminophenoxy) phenyl) sulfone, 2,2-bis (4- (4-aminophenoxy) phenyl) Examples include propane, 2,2-bis (4- (4-aminophenoxy) phenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (4-aminophenyl) hexafluoropropane, and p-terphenylenediamine. Two or more of these may be used in combination.
一般式(1)、一般式(2)、一般式(10)、一般式(11)等においてAで示される二価の芳香族基又は二価の脂肪族基は、上記の脂肪族ジアミンや芳香族ジアミンの如き、本発明のポリイミドの製造に使用したジアミンの構造に由来する構造を維持しているもの(二つのアミノ基の間に構成されている構造)である。Aで示される二価の脂肪族基としては例えば、「無置換、或いはフッ素に代表されるハロゲン原子やメチル基に代表される更なるC1〜C6アルキル基で1以上置換されていてもよい(C5〜C6シクロアルキル)−(C1〜C6アルキル)−(C5〜C6シクロアルカン)」の二つのシクロアルキル部分から1つずつ水素原子を除いた構造の二価の脂肪族基;「イソホロン包含する、メチル基に代表される更なるC1〜C6アルキル基で1以上置換されていてもよく、又、構造内にケトン構造を有してもよい「C5〜C6シクロアルケン」から2つの水素原子を除いた構造の二価の脂肪族基」;「C5〜C6シクロアルカン」から二つの水素元素を除いた構造の二価の脂肪族基」;「(C1〜C3アルキル)−(C5〜C6シクロアルキル)−(C1〜C3アルカン)」の二つのアルキル部分から1つずつ水素原子を除いた構造の二価の脂肪族基;「アダマンタン構造を包含する、(C7〜C12ビシクロ又はトリシクロアルカン」から2つの水素原子を除いた構造の二価の脂肪族基;「C2〜C12アルカン」から2つの水素原子を除いた構造の二価の脂肪族基、等の二価の脂肪族基を挙げることができる。また、Aで示される二価の芳香族基としては、例えば「ベンゼンを包含する、無置換、或いはメチル基に代表されるC1〜C6アルキル基で1以上置換されていてもよいC6〜C18芳香族炭化水素」から2つの水素原子を除いた構造の二価の芳香族基;「無置換、又は二つのベンゼン環がメチル基に代表されるC1〜C6アルキル基で1以上置換されていてもよく、アルカン部分がフッ素に代表されるハロゲン原子で1以上置換されていてもよいジフェニル−(C1〜C6アルカン)」の二つのベンゼン核から1つずつ水素原子を除いた構造の二価の芳香族基;「無置換、又はトリフルオロメチル基に代表されるC1〜C3ハロアルキル基で1以上置換されていてもよいジフェニルエーテル」の二つのベンゼン核から1つずつ水素原子を除いた構造の二価の芳香族基;「ジフェニルスルホン」の二つのベンゼン核から1つずつ水素原子を除いた構造の二価の芳香族基;「ベンゾフェノン」の二つのベンゼン核から1つずつ水素原子を除いた構造の二価の芳香族基;「ベンズアニリド」の二つのベンゼン核から1つずつ水素原子を除いた構造の二価の芳香族基;「無置換、又は水酸基、メチル基に代表されるC1〜C6アルキル基、メトキシ基に代表されるC1〜C6アルコキシ基、或いはトリフルオロメチル基に代表されるC1〜C3ハロアルキル基で1以上置換されていてもよいビフェニル」の二つのベンゼン核から1つずつ水素原子を除いた構造の二価の芳香族基;「ビス(フェノキシ)フェニル」の末端の二つのベンゼン核から1つずつ水素原子を除いた構造の二価の芳香族基;「ビス(フェノキシ)ビフェニル」の末端の二つのベンゼン核から1つずつ水素原子を除いた構造の二価の芳香族基;「ビス(フェノキシフェニル)スルホン」の末端の二つのベンゼン核から1つずつ水素原子を除いた構造の二価の芳香族基;「無置換、或いはアルカン部分がフッ素に代表されるハロゲン原子で1以上置換していてもよいビス(フェノキシフェニル)−(C1〜C6アルカン)」の末端の二つのベンゼン核から1つずつ水素原子を除いた構造の二価の芳香族基;「ターフェニル」の末端の二つのベンゼン核から1つずつ水素原子を除いた構造の二価の芳香族基、等の二価の芳香族基を挙げることができる。 In the general formula (1), the general formula (2), the general formula (10), the general formula (11), etc., the divalent aromatic group or divalent aliphatic group represented by A is the above-mentioned aliphatic diamine or It maintains the structure derived from the structure of the diamine used in the production of the polyimide of the present invention, such as an aromatic diamine (structure formed between two amino groups). Examples of the divalent aliphatic group represented by A include, for example, “unsubstituted, or one or more substituted with a further C1-C6 alkyl group represented by a halogen atom represented by fluorine or a methyl group ( C2-C6 cycloalkyl)-(C1-C6 alkyl)-(C5-C6 cycloalkane) "is a divalent aliphatic group having a structure in which one hydrogen atom is removed from each cycloalkyl moiety; Two or more hydrogen atoms from “C5 to C6 cycloalkene” which may be substituted with one or more further C1 to C6 alkyl groups represented by a methyl group and may have a ketone structure in the structure Divalent aliphatic group having a structure excluding “a divalent aliphatic group having a structure in which two hydrogen elements are removed from“ C5 to C6 cycloalkane ””; “(C1 to C3 alkyl)-(C5 to C6 cyclohexane”); Alkyl -(C1-C3 alkane) "is a divalent aliphatic group having a structure in which one hydrogen atom is removed one by one from the two alkyl moieties; including" adamantane structure, (C7-C12 bicyclo or tricycloalkane) "to 2 A divalent aliphatic group having a structure in which two hydrogen atoms are removed; a divalent aliphatic group having a structure in which two hydrogen atoms are removed from “C2 to C12 alkane”, and the like. In addition, examples of the divalent aromatic group represented by A include, for example, “C6— which is substituted with one or more C1-C6 alkyl groups including benzene, which are unsubstituted or represented by a methyl group. A divalent aromatic group having a structure in which two hydrogen atoms are removed from "C18 aromatic hydrocarbon"; "unsubstituted or two or more benzene rings are substituted with one or more C1-C6 alkyl groups represented by a methyl group" It may be A divalent aromatic group having a structure in which one hydrogen atom is removed from two benzene nuclei of diphenyl- (C1-C6 alkane) optionally substituted with one or more halogen atoms represented by fluorine. A divalent fragrance having a structure in which one hydrogen atom is removed from two benzene nuclei of “unsubstituted or diphenyl ether optionally substituted with one or more C1-C3 haloalkyl group represented by trifluoromethyl group”; A divalent aromatic group having a structure in which one hydrogen atom is removed from two benzene nuclei of “diphenylsulfone”; a group having a structure in which one hydrogen atom is removed from two benzene nuclei of “benzophenone” A divalent aromatic group having a structure in which a hydrogen atom is removed one by one from two benzene nuclei of “benzanilide”; “unsubstituted or C1 typified by a hydroxyl group and a methyl group” One from two benzene nuclei of “biphenyl optionally substituted with one or more C1 to C6 alkoxy group represented by C6 alkyl group, C1 to C6 alkoxy group represented by methoxy group or C1 to C3 haloalkyl group represented by trifluoromethyl group” A divalent aromatic group having a structure in which hydrogen atoms are removed one by one; a divalent aromatic group having a structure in which one hydrogen atom is removed from each of the two benzene nuclei at the ends of “bis (phenoxy) phenyl”; A divalent aromatic group having a structure in which one hydrogen atom is removed from two benzene nuclei at the end of “phenoxy) biphenyl”; one hydrogen atom from each of the two benzene nuclei at the end of “bis (phenoxyphenyl) sulfone” A divalent aromatic group having a structure excluding bis; “unsubstituted or bis (phenoxyphenyl) in which the alkane moiety may be substituted with one or more halogen atoms represented by fluorine” -(C1-C6 alkane) "divalent aromatic group having a structure in which one hydrogen atom is removed from each of the two benzene nuclei; one hydrogen atom from each of the two benzene nuclei of" terphenyl " And divalent aromatic groups such as a divalent aromatic group having a structure excluding.
上記ジアミンのうち、フレキシブル液晶ディスプレー用プラスチック基板に要求される特性特に膜の透明性の観点から、脂肪族ジアミンを使用することが特に好ましい。またトリフルオロメチル基やスルホニル基等の電子吸引基を含有する芳香族ジアミンを使用することによっても、電荷移動相互作用が抑制されるので透明性向上に効果が期待できる。そのような芳香族ジアミンとしては、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−オキシジアニリン、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(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、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン等が挙げられる。 Among the above diamines, it is particularly preferable to use an aliphatic diamine from the viewpoint of characteristics required for a plastic substrate for a flexible liquid crystal display, particularly film transparency. In addition, the use of an aromatic diamine containing an electron-withdrawing group such as a trifluoromethyl group or a sulfonyl group can also be expected to be effective in improving transparency because the charge transfer interaction is suppressed. Such aromatic diamines include 2,2′-bis (trifluoromethyl) benzidine, 2,2′-bis (trifluoromethyl) -4,4′-oxydianiline, 2,2-bis (4 -(4-aminophenoxy) phenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (4-aminophenyl) hexafluoropropane, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminodiphenylsulfone, and the like.
上記ジアミンのうち、フレキシブル液晶ディスプレー用プラスチック基板に要求される特性特に膜靭性の観点から、主鎖中にエーテル基、スルホニル基、メチレン基のような屈曲結合を含有するジアミンが好ましく、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、2,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,2’−ジアミノジフェニルエーテル、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−オキシジアニリン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(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−(3−アミノフェノキシ)フェニル)スルフォン、ビス(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)スルフォン、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、4,4’−ジアミノジフェニルスルフォン、3,3’−ジアミノジフェニルスルフォン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン等の他、主鎖中にメチレン基やイソプロピリデン基を含有するジアミン即ち4,4’−メチレンジアニリン、4,4’−メチレンビス(3−メチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(3−エチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(2−メチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(2−エチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(3,5−ジメチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(3,5−ジエチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(2,6−ジメチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(2,6−ジエチルアニリン)、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、4,4’−メチレンビス(3−メチルシクロヘキシルアミン)、4,4’−メチレンビス(3−エチルシクロヘキシルアミン)、4,4’−メチレンビス(3,5−ジメチルシクロヘキシルアミン)、4,4’−メチレンビス(3,5−ジエチルシクロヘキシルアミン)、イソホロンジアミン、1,4−シクロヘキサンビス(メチルアミン)、2,5−ビス(アミノメチル)ビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン、2,6−ビス(アミノメチル)ビシクロ〔2.2.1〕ヘプタン、3,8−ビス(アミノメチル)トリシクロ〔5.2.1.0〕デカン、2,2−ビス(4−アミノシクロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノシクロヘキシル)ヘキサフルオロプロパン等が好適に使用される。 Among the above diamines, from the viewpoint of characteristics required for a plastic substrate for flexible liquid crystal displays, particularly film toughness, diamines containing a flex bond such as an ether group, a sulfonyl group, and a methylene group in the main chain are preferable. '-Diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 3,3'-diaminodiphenyl ether, 2,4'-diaminodiphenyl ether, 2,2'-diaminodiphenyl ether, 2,2'-bis (trifluoromethyl) -4 , 4′-oxydianiline, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,4-bis (3-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3 -Bis (3-aminophenoxy) benzene, 4,4'-bis (4-aminophenoxy) ) Biphenyl, bis (4- (3-aminophenoxy) phenyl) sulfone, bis (4- (4-aminophenoxy) phenyl) sulfone, 2,2-bis (4- (4-aminophenoxy) phenyl) propane, 2 , 2-bis (4- (4-aminophenoxy) phenyl) hexafluoropropane, 4,4′-diaminodiphenyl sulfone, 3,3′-diaminodiphenyl sulfone, 2,2-bis (4-aminophenyl) hexafluoro In addition to propane and the like, diamines containing a methylene group or an isopropylidene group in the main chain, that is, 4,4′-methylenedianiline, 4,4′-methylenebis (3-methylaniline), 4,4′-methylenebis (3 -Ethylaniline), 4,4'-methylenebis (2-methylaniline), 4,4'-methylenebis (2-ethyl) Aniline), 4,4′-methylenebis (3,5-dimethylaniline), 4,4′-methylenebis (3,5-diethylaniline), 4,4′-methylenebis (2,6-dimethylaniline), 4, 4'-methylenebis (2,6-diethylaniline), 4,4'-methylenebis (cyclohexylamine), 4,4'-methylenebis (3-methylcyclohexylamine), 4,4'-methylenebis (3-ethylcyclohexylamine) ), 4,4′-methylenebis (3,5-dimethylcyclohexylamine), 4,4′-methylenebis (3,5-diethylcyclohexylamine), isophoronediamine, 1,4-cyclohexanebis (methylamine), 2, 5-bis (aminomethyl) bicyclo [2.2.1] heptane, 2,6-bis (aminomethyl) Cyclo [2.2.1] heptane, 3,8-bis (aminomethyl) tricyclo [5.2.1.0] decane, 2,2-bis (4-aminocyclohexyl) propane, 2,2-bis ( 4-aminocyclohexyl) hexafluoropropane and the like are preferably used.
本発明に係るポリイミド前駆体の重合反応性、ポリイミドの要求特性を著しく損なわない範囲で、式(7)で表される脂環式構造含有テトラカルボン酸二無水物(CPDA)以外に部分的に使用可能な脂肪族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、例えばビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、5−(ジオキソテトラヒドロフリル−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、4−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−テトラリン−1,2−ジカルボン酸無水物、テトラヒドロフラン−2,3,4,5−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、3c−カルボキシメチルシクロペンタンー1r,2c,4c−トリカルボン酸1,4:2,3−二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、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等が挙げられる。またこれらを2種類以上併用することもできる。
In addition to the cycloaliphatic structure-containing tetracarboxylic dianhydride (CPDA) represented by formula (7), the polymerization reactivity of the polyimide precursor according to the present invention and the required characteristics of the polyimide are not significantly impaired. The aliphatic tetracarboxylic dianhydride that can be used is not particularly limited. For example, bicyclo [2.2.2] oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, 5- (Dioxotetrahydrofuryl-3-methyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic anhydride, 4- (2,5-dioxotetrahydrofuran-3-yl) -tetralin-1,2-dicarboxylic anhydride, Tetrahydrofuran-2,3,4,5-tetracarboxylic dianhydride, bicyclo-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic dianhydride, 3c-carboxymethylcyclopentane-1 r, 2c, 4c-
また、本発明に係るポリイミド前駆体の重合反応性、ポリイミドの要求特性を著しく損なわない範囲で、CPDA以外の芳香族テトラカルボン酸二無水物成分を部分的に使用することもできる。共重合可能な芳香族酸二無水物としては特に限定されないが、例えば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、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2’−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン酸二無水物、2,2’−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン酸二無水物、ハイドロキノンビス(トリメリテートアンハイドライド)、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。共重合成分としてこれらを単独あるいは2種類以上用いてもよい。 Moreover, aromatic tetracarboxylic dianhydride components other than CPDA can be partially used within a range that does not significantly impair the polymerization reactivity of the polyimide precursor and the required characteristics of the polyimide according to the present invention. The copolymerizable aromatic dianhydride is not particularly limited, and examples thereof include pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4, 4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyl ether tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride, 2 , 2′-bis (3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropanoic acid dianhydride, 2,2′-bis (3,4-dicarboxyphenyl) propanoic acid dianhydride, hydroquinone bis (trimellitic amine Hydride), 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride and the like. These may be used alone or in combination of two or more as copolymerization components.
本発明のCPDAと併用する上記共重合成分のうち、フレキシブル液晶ディスプレー用プラスチック基板に要求される特性特に膜の透明性の観点から、脂肪族テトラカルボン酸二無水物を使用することが好ましい。 Among the copolymer components used in combination with the CPDA of the present invention, it is preferable to use an aliphatic tetracarboxylic dianhydride from the viewpoint of the characteristics required for a plastic substrate for flexible liquid crystal displays, particularly the transparency of the film.
本発明のCPDAと上記テトラカルボン酸二無水物とを共重する場合、CPDAの含有量は、全テトラカルボン酸二無水物使用量の50〜100モル%、より好ましくは70〜100モル%の範囲である。 When the CPDA of the present invention and the tetracarboxylic dianhydride are co-polymerized, the content of CPDA is 50 to 100 mol%, more preferably 70 to 100 mol% of the total tetracarboxylic dianhydride used. It is a range.
ポリイミド前駆体の重合反応の際使用される溶媒としては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、ジメチルスルホオキシド等の非プロトン性溶媒が好ましいが、原料モノマーと生成するポリイミド前駆体が溶解すれば問題はなく特にその構造には限定されない。このような溶媒を具体的に例示するならば、例えば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−メチルピロリドン等のアミド溶媒、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、α−メチルーγ−ブチロラクトン等の環状エステル溶媒、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート溶媒、トリエチレングリコール等のグリコール系溶媒、m−クレゾール、p−クレゾール、3−クロロフェノール、4−クロロフェノール等のフェノール系溶媒、アセトフェノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、スルホラン、ジメチルスルホキシドなどが好ましく採用される。さらに、その他の一般的な有機溶剤、即ちフェノール、o−クレゾール、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソブチル、プロピレングリコールメチルアセテート、エチルセロソルブ、プチルセロソルブ、2−メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロへキサノン、メチルエチルケトン、アセトン、ブタノール、エタノール、キシレン、トルエン、クロルベンゼン、ターペン、ミネラルスピリット、石油ナフサ系溶媒なども添加して使用できる。 The solvent used in the polymerization reaction of the polyimide precursor is preferably an aprotic solvent such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, etc. If a monomer and the polyimide precursor to produce | generate melt | dissolve, there will be no problem and it will not be specifically limited to the structure. Specific examples of such solvents include amide solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and δ-valerolactone. , Γ-caprolactone, ε-caprolactone, cyclic ester solvents such as α-methyl-γ-butyrolactone, carbonate solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate, glycol solvents such as triethylene glycol, m-cresol, p-cresol, 3- Phenol solvents such as chlorophenol and 4-chlorophenol, acetophenone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, sulfolane, dimethyl sulfoxide and the like are preferably employed. In addition, other common organic solvents such as phenol, o-cresol, butyl acetate, ethyl acetate, isobutyl acetate, propylene glycol methyl acetate, ethyl cellosolve, ptyl cellosolve, 2-methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate, Tetrahydrofuran, dimethoxyethane, diethoxyethane, dibutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, methyl isobutyl ketone, diisobutyl ketone, cyclohexanone, methyl ethyl ketone, acetone, butanol, ethanol, xylene, toluene, chlorobenzene, terpene, mineral spirit, petroleum naphtha solvent Etc. can also be added and used.
本発明のポリイミド前駆体は溶液(ワニス)や基板上に塗付・乾燥してフィルムとしての使用形態の他、ワニスを適度に希釈後、大量の水やメタノール等の貧溶媒中に滴下・濾過・乾燥し、粉末として単離することもできる。 The polyimide precursor of the present invention is applied to a solution (varnish) or a substrate and dried to be used as a film, and after appropriate dilution of the varnish, it is dropped and filtered in a large amount of poor solvent such as water or methanol. -It can also be dried and isolated as a powder.
本発明に係るポリイミド前駆体の固有粘度はポリイミド膜の靭性の観点から高いほどよいが、少なくとも0.4dL/g以上であることが好ましく、1.0dL/g以上であることがより好ましく、1.5dL/g以上であることが特に好ましい。固有粘度値が0.4dL/gを下回ると、製膜性が著しく悪くなり、キャスト膜がひび割れる等の深刻な問題が生じる恐れがある。またポリイミド前駆体の取り扱い性の観点から、固有粘度値が5.0dL/gより低いことが望ましい。 The intrinsic viscosity of the polyimide precursor according to the present invention is preferably as high as possible from the viewpoint of the toughness of the polyimide film, but is preferably at least 0.4 dL / g or more, more preferably 1.0 dL / g or more. It is especially preferable that it is 5 dL / g or more. When the intrinsic viscosity value is less than 0.4 dL / g, the film forming property is remarkably deteriorated, and a serious problem such as cracking of the cast film may occur. Further, from the viewpoint of handleability of the polyimide precursor, the intrinsic viscosity value is desirably lower than 5.0 dL / g.
ポリアミド等の重合の際しばしば添加される高分子溶解促進剤即ちリチウムブロマイドやリチウムクロライドのような金属塩類は、本発明におけるポリイミド前駆体の重合反応には一切使用する必要がない。これらの金属塩類はポリイミド膜中に金属イオンが痕跡量でも残留すると、電子デバイスとしての信頼性を著しく低下させるため用いられるべきではない。 It is not necessary to use a polymer dissolution accelerator, that is, a metal salt such as lithium bromide or lithium chloride, which is often added during the polymerization of polyamide or the like, in the polymerization reaction of the polyimide precursor in the present invention. These metal salts should not be used because if the metal ions remain in the polyimide film even in a trace amount, the reliability as an electronic device is remarkably lowered.
<ポリイミドの製造方法>
本発明の脂環式構造含有ポリイミドは、上記の方法で得られたポリイミド前駆体を脱水閉環反応(イミド化反応)して製造することができる。この際、ポリイミドの使用可能な形態は、フィルム、金属基板/ポリイミドフィルム積層体、粉末、成型体および溶液が挙げられる。
<Production method of polyimide>
The alicyclic structure-containing polyimide of the present invention can be produced by subjecting the polyimide precursor obtained by the above method to a dehydration ring-closing reaction (imidation reaction). At this time, examples of the usable form of polyimide include a film, a metal substrate / polyimide film laminate, a powder, a molded product, and a solution.
まずポリイミドフィルムを製造する方法について述べる。ポリイミド前駆体の溶液(ワニス)をガラス、銅、アルミニウム、ステンレス、シリコン等の基板上に流延し、オーブン中40〜180℃、好ましくは50〜150℃で乾燥する。得られたポリイミド前駆体フィルムを基板上で真空中、窒素等の不活性ガス中、あるいは空気中、200〜400℃、好ましくは250〜350℃で加熱することで本発明のポリイミドフィルムを製造することができる。加熱温度はイミド化の閉環反応を十分に行なうという観点から200℃以上、生成したポリイミドフィルムの熱安定性の観点から400℃以下が好ましい。またイミド化は真空中あるいは不活性ガス中で行うことが望ましいが、イミド化温度が高すぎなければ空気中で行っても、差し支えない。 First, a method for producing a polyimide film will be described. A solution (varnish) of the polyimide precursor is cast on a substrate of glass, copper, aluminum, stainless steel, silicon or the like, and dried in an oven at 40 to 180 ° C., preferably 50 to 150 ° C. The polyimide film of the present invention is produced by heating the obtained polyimide precursor film on a substrate in vacuum, in an inert gas such as nitrogen, or in air at 200 to 400 ° C., preferably 250 to 350 ° C. be able to. The heating temperature is preferably 200 ° C. or higher from the viewpoint of sufficiently carrying out the imidization ring-closing reaction, and 400 ° C. or lower from the viewpoint of the thermal stability of the produced polyimide film. The imidization is preferably performed in a vacuum or in an inert gas, but if the imidization temperature is not too high, it may be performed in air.
またイミド化反応は、熱的に行う代わりにポリイミド前駆体フィルムをピリジンやトリエチルアミン等の3級アミン存在下、無水酢酸等の脱水環化試薬を含有する溶液に浸漬することによって行うことも可能である。また、これらの脱水環化試薬をあらかじめポリイミド前駆体ワニス中に投入・攪拌し、それを上記基板上に流延・乾燥することで、部分的あるいは完全にイミド化したポリイミド前駆体フィルムを作製することもできる。これを更に上記のような温度範囲で熱処理しても差し支えない。 The imidation reaction can also be performed by immersing the polyimide precursor film in a solution containing a dehydrating cyclization reagent such as acetic anhydride in the presence of a tertiary amine such as pyridine or triethylamine instead of thermally. is there. In addition, a polyimide precursor film partially or completely imidized is prepared by previously charging and stirring these dehydrating cyclization reagents in a polyimide precursor varnish, and casting and drying them on the substrate. You can also. This may be further heat-treated in the above temperature range.
重合反応により得られたポリイミド前駆体のワニスをそのままあるいは同一の溶媒で適度に希釈した後、これを150〜200℃に加熱することで、ポリイミド自体が用いた溶媒に溶解する場合、本発明のポリイミドの溶液(ワニス)を容易に製造することができる。溶媒に不溶な場合は、ポリイミド粉末を沈殿物として得ることができる。この際、イミド化反応の副生成物である水を共沸留去するために、トルエンやキシレン等を添加しても差し支えない。また触媒としてγ―ピコリン等の塩基を添加することができる。イミド化後この反応溶液を大量の水やメタノール等の貧溶媒中に滴下・濾過しポリイミドを粉末として単離することもできる。またポリイミド粉末を上記重合溶媒に再溶解してポリイミドワニスとすることもできる。 When the polyimide precursor varnish obtained by the polymerization reaction is appropriately diluted as it is or with the same solvent and then heated to 150 to 200 ° C., the polyimide itself is dissolved in the solvent used. A polyimide solution (varnish) can be easily produced. When insoluble in a solvent, polyimide powder can be obtained as a precipitate. At this time, toluene, xylene or the like may be added in order to azeotropically distill off water which is a by-product of the imidization reaction. Further, a base such as γ-picoline can be added as a catalyst. After imidation, this reaction solution can be dropped and filtered in a large amount of poor solvent such as water or methanol to isolate the polyimide as a powder. Alternatively, the polyimide powder can be redissolved in the polymerization solvent to obtain a polyimide varnish.
また、更に、本発明のポリイミドは、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを溶媒中高温で反応させることにより、ポリイミド前駆体を単離することなく、一段階で重合することができる。この際、重合溶液は反応促進の観点から、130〜250℃、好ましくは150〜200℃の範囲に保持するとよい。またポリイミドが用いた溶媒に不溶な場合、ポリイミドは沈殿として得られ、可溶な場合はポリイミドのワニスとして得られる。重合溶媒は特に限定さないが、使用可能な溶媒として、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、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性溶媒が例として挙げられが、より好ましくはm−クレゾール等のフェノール系溶媒やNMP等のアミド系溶媒が用いられる。これらの溶媒にイミド化反応の副生成物である水を共沸留去するために、トルエンやキシレン等を添加することができる。またイミド化触媒としてγ―ピコリン等の塩基を添加することができる。反応後、溶液を大量の水やメタノール等の貧溶媒中に滴下・濾過しポリイミドを粉末として単離することができる。またポリイミドが溶媒に可溶である場合はその粉末を上記溶媒に再溶解してポリイミドワニスとすることができる。 Furthermore, the polyimide of the present invention can be polymerized in one step without isolating the polyimide precursor by reacting tetracarboxylic dianhydride and diamine in a solvent at a high temperature. At this time, the polymerization solution may be maintained in the range of 130 to 250 ° C., preferably 150 to 200 ° C., from the viewpoint of promoting the reaction. When the polyimide is insoluble in the solvent used, the polyimide is obtained as a precipitate, and when soluble, it is obtained as a polyimide varnish. The polymerization solvent is not particularly limited, and examples of usable solvents include aprotic solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and dimethyl sulfoxide. However, a phenol solvent such as m-cresol or an amide solvent such as NMP is more preferably used. In order to azeotropically distill off water, which is a by-product of the imidization reaction, to these solvents, toluene, xylene, or the like can be added. A base such as γ-picoline can be added as an imidization catalyst. After the reaction, the solution can be dropped and filtered into a large amount of poor solvent such as water or methanol to isolate the polyimide as a powder. When the polyimide is soluble in a solvent, the powder can be redissolved in the above solvent to obtain a polyimide varnish.
上記ポリイミドワニスを基板上に塗布し、40〜400℃、好ましくは100〜350℃で乾燥するによっても本発明に係るポリイミドフィルムを形成することができる。 The polyimide film according to the present invention can also be formed by applying the polyimide varnish on a substrate and drying at 40 to 400 ° C., preferably 100 to 350 ° C.
上記のように得られたポリイミド粉末を200〜450℃、好ましくは250〜430℃で加熱圧縮することでポリイミドの成型体を作製することができる。 A polyimide molded body can be produced by heat-compressing the polyimide powder obtained as described above at 200 to 450 ° C., preferably 250 to 430 ° C.
ポリイミド前駆体溶液中にN,N−ジシクロヘキシルカルボジイミドやトリフルオロ無水酢酸等の脱水試薬を添加・撹拌して0〜100℃、好ましくは0〜60℃で反応させることにより、ポリイミドの異性体であるポリイソイミドが生成する。イソイミド化反応は上記脱水試薬を含有する溶液中にポリイミド前駆体フィルムを浸漬することによっても可能である。このポリイソイミドワニスを用いて上記と同様な手順で製膜した後、250〜450℃、好ましくは270〜400℃で熱処理することにより、ポリイミドへ容易に変換することができる。 It is an isomer of polyimide by adding and stirring a dehydrating reagent such as N, N-dicyclohexylcarbodiimide or trifluoroacetic anhydride in the polyimide precursor solution and reacting at 0 to 100 ° C., preferably 0 to 60 ° C. Polyisoimide is formed. The isoimidization reaction can also be performed by immersing the polyimide precursor film in a solution containing the dehydrating reagent. After forming into a film in the same procedure as the above using this polyisoimide varnish, it can be easily converted to polyimide by heat treatment at 250 to 450 ° C., preferably 270 to 400 ° C.
本発明のポリイミドおよびその前駆体中に、必要に応じて酸化安定剤、フィラー、接着促進剤、シランカップリング剤、感光剤、光重合開始剤、増感剤、末端封止剤、架橋剤等の添加物を加えることができる。 In the polyimide of the present invention and its precursor, if necessary, an oxidation stabilizer, a filler, an adhesion promoter, a silane coupling agent, a photosensitizer, a photopolymerization initiator, a sensitizer, a terminal blocking agent, a crosslinking agent, etc. Additives can be added.
本発明に係るポリイミドをフレキシブル液晶ディスプレー用プラスチック基板に適用するために要求される特性として、ポリイミドのガラス転移温度は、250℃以上であることが好ましく、300℃以上であることがより好ましい。またポリイミドフィルムの透明性の指標であるカットオフ波長は360nm以下であることが好ましく、340nm以下であることがより好ましい。同様に透明性の指標である、波長400nmにおける光透過率は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い。またポリイミド膜は膜靭性の指標として180°折曲試験により破断しなければ上記産業分野に適用可能であるが、引張試験において10%以上の破断伸びを有することがより好ましく、30%以上が更に好ましい。複屈折は0.01以下であれば上記光学材料に適用するのに重大な問題はないが、0.005以下であることがより好ましい。TFT型液晶ディスプレー製造時にかかる熱工程に対する耐熱性の観点から、ポリイミドフィルムのガラス転移温度は250℃以上であることが好ましく、270℃以上であることがより好ましい。ポリイミドをフレキシブル液晶ディスプレー用プラスチック基板に用いる本発明のポリイミドとしては、「ガラス転移温度(Tg)が250℃以上であり、波長400nmでの光透過率が60%以上であり、複屈折0.01以下であり、180°折曲げ試験で破断しないか若しくは破断伸び10%以上である」と云う特性をバランスよく併せ持つものを、好ましいものとして例示できる。 As a characteristic required for applying the polyimide according to the present invention to a plastic substrate for a flexible liquid crystal display, the glass transition temperature of the polyimide is preferably 250 ° C. or higher, and more preferably 300 ° C. or higher. The cut-off wavelength, which is an index of transparency of the polyimide film, is preferably 360 nm or less, and more preferably 340 nm or less. Similarly, the light transmittance at a wavelength of 400 nm, which is an index of transparency, is preferably 60% or more, and more preferably 70% or more. Further, the polyimide film can be applied to the industrial field as long as it is not broken by a 180 ° bending test as an index of film toughness. However, it is more preferable that the polyimide film has a breaking elongation of 10% or more in the tensile test, and more preferably 30% or more. preferable. If the birefringence is 0.01 or less, there is no serious problem in applying to the optical material, but 0.005 or less is more preferable. From the viewpoint of heat resistance against the heat process during the production of the TFT type liquid crystal display, the glass transition temperature of the polyimide film is preferably 250 ° C. or higher, and more preferably 270 ° C. or higher. As the polyimide of the present invention in which polyimide is used for a plastic substrate for a flexible liquid crystal display, “the glass transition temperature (Tg) is 250 ° C. or more, the light transmittance at a wavelength of 400 nm is 60% or more, and the birefringence is 0.01 Examples of preferable examples include those having the following properties in a well-balanced state of “not breaking in a 180 ° bending test or having a breaking elongation of 10% or more”.
本発明のポリイミドは脂環式構造を有するため、これを含まない全芳香族ポリイミドに比べると若干長期熱安定性に劣るが、ガラス転移温度は250℃以上であり、TFT型液晶ディスプレーや半導体チップの作製時に要求される短期耐熱性は充分高く、上記産業分野への応用には全く問題がない。 Since the polyimide of the present invention has an alicyclic structure, it is slightly inferior to long-term thermal stability as compared to wholly aromatic polyimides not containing this, but has a glass transition temperature of 250 ° C. or higher, TFT type liquid crystal display or semiconductor chip The short-term heat resistance required at the time of production is sufficiently high, and there is no problem in application to the industrial field.
<用途>
本発明のポリイミドは高透明性、十分な膜靭性、高ガラス転移温度および比較的低い誘電率を併せ持つため、各種電子デバイスにおける電気絶縁膜および液晶ディスプレー用基板、有機エレクトロルミネッセンスディスプレー用基板、電子ペーパー用基板、太陽電池用基板、特にフレキシブルディスプレー用プラスチック基板として有用である。
<Application>
Since the polyimide of the present invention has high transparency, sufficient film toughness, high glass transition temperature and relatively low dielectric constant, it can be used as an electrical insulating film in various electronic devices, a substrate for liquid crystal display, a substrate for organic electroluminescence display, and an electronic paper. It is useful as a substrate for a display, a substrate for a solar cell, particularly a plastic substrate for a flexible display.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、これら実施例に限定されるものではない。なお、以下の例における物性値は、次の方法により測定した。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, it is not limited to these Examples. The physical property values in the following examples were measured by the following methods.
<赤外吸収スペクトル>
フーリエ変換赤外分光光度計(日本分光社製FT−IR5300)を用い、透過法にてポリイミド前駆体およびポリイミド薄膜の赤外吸収スペクトルを測定した。また、合成したテトラカルボン酸類の分子構造を確認するためにKBr法により赤外吸収スペクトルを測定した。
<Infrared absorption spectrum>
Using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR5300 manufactured by JASCO Corporation), the infrared absorption spectra of the polyimide precursor and the polyimide thin film were measured by a transmission method. In order to confirm the molecular structure of the synthesized tetracarboxylic acids, an infrared absorption spectrum was measured by the KBr method.
<1H−NMRスペクトル>
合成した脂環式テトラカルボン酸二無水物の分子構造を確認するために、日本電子社製NMR分光光度計(ECP400)を用いて、重水素化ジメチルスルホオキシド中で合成物の1H−NMRスペクトルを測定した。
<1 H-NMR spectrum>
In order to confirm the molecular structure of the synthesized alicyclic tetracarboxylic dianhydride, 1 H-NMR of the synthesized product in deuterated dimethyl sulfoxide using a JEOL NMR spectrophotometer (ECP400). The spectrum was measured.
<示差走査熱量分析(融点および融解曲線)>
合成した脂環式テトラカルボン酸二無水物の融点および融解曲線は、ブルカーエイエックス社製示差走査熱量分析装置(DSC3100)を用いて、窒素雰囲気中、昇温速度2℃/分で測定した。
<Differential scanning calorimetry (melting point and melting curve)>
The melting point and melting curve of the synthesized alicyclic tetracarboxylic dianhydride were measured using a differential scanning calorimeter (DSC3100) manufactured by Bruker Ax in a nitrogen atmosphere at a heating rate of 2 ° C./min.
<固有粘度>
0.5重量%のポリイミド前駆体溶液(溶媒:N,N−ジメチルアセトアミド)について、オストワルド粘度計を用いて30℃で測定した。
<Intrinsic viscosity>
A 0.5% by weight polyimide precursor solution (solvent: N, N-dimethylacetamide) was measured at 30 ° C. using an Ostwald viscometer.
<ガラス転移温度:Tg>
ブルカーエイエックス社製熱機械分析装置(TMA4000)を用いて動的粘弾性測定により、周波数0.1Hz、昇温速度5℃/分における損失ピークからポリイミド膜のガラス転移温度を求めた。
<Glass transition temperature: Tg>
The glass transition temperature of the polyimide film was determined from the loss peak at a frequency of 0.1 Hz and a heating rate of 5 ° C./min by dynamic viscoelasticity measurement using a thermomechanical analyzer (TMA4000) manufactured by Bruker Ax.
<線熱膨張係数:CTE>
ブルカーエイエックス社製熱機械分析装置(TMA4000)を用いて、熱機械分析により、荷重0.5g/膜厚1μm、昇温速度5℃/分における試験片の伸びより、100〜200℃の範囲での平均値としてポリイミド膜の線熱膨張係数を求めた。
<Linear thermal expansion coefficient: CTE>
Using a thermal mechanical analyzer (TMA4000) manufactured by Bruker Ax Co., the range of 100 to 200 ° C. from the elongation of the test piece at a load of 0.5 g / film thickness of 1 μm and a heating rate of 5 ° C./min by thermomechanical analysis. The linear thermal expansion coefficient of the polyimide film was determined as an average value at.
<5%重量減少温度:Td5>
ブルカーエイエックス社製熱重量分析装置(TG−DTA2000)を用いて、窒素中または空気中、昇温速度10℃/分での昇温過程において、ポリイミド膜の初期重量が5%減少した時の温度を測定した。これらの値が高いほど、熱安定性が高いことを表す。
<5% weight loss temperature: Td5>
Using a thermogravimetric analyzer (TG-DTA2000) manufactured by Bruker Ax, the initial weight of the polyimide film was reduced by 5% in the temperature rising process at a temperature rising rate of 10 ° C./min in nitrogen or air. The temperature was measured. Higher values indicate higher thermal stability.
<カットオフ波長(透明性)>
日本分光社製紫外可視分光光度計(V−520)を用いて、200nmから900nmの可視・紫外線透過率を測定した。透過率が0.5%以下となる波長(カットオフ波長)を透明性の指標とした。カットオフ波長が短い程、ポリイミド膜の透明性が良好であることを意味する。
<Cutoff wavelength (transparency)>
Using a UV-visible spectrophotometer (V-520) manufactured by JASCO Corporation, the visible / ultraviolet transmittance from 200 nm to 900 nm was measured. The wavelength (cutoff wavelength) at which the transmittance was 0.5% or less was used as an index of transparency. The shorter the cutoff wavelength, the better the transparency of the polyimide film.
<光透過率(透明性)>
日本分光社製紫外可視分光光度計(V−520)を用いて、400nmにおける光透過率を測定した。透過率が高い程、ポリイミド膜の透明性が良好であることを意味する。
<Light transmittance (transparency)>
The light transmittance at 400 nm was measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer (V-520) manufactured by JASCO Corporation. The higher the transmittance, the better the transparency of the polyimide film.
<複屈折>
アタゴ社製アッベ屈折計(アッベ4T)を用いて、ポリイミド膜に平行な方向(nin)と垂直な方向(nout)の屈折率をアッベ屈折計(ナトリウムランプ使用、波長589nm)で測定し、これらの屈折率の差から複屈折(Δn=nin−nout)を求めた。
<Birefringence>
Using an Abbe refractometer (Abbe 4T) manufactured by Atago Co., Ltd., the refractive index in the direction parallel to the polyimide film (nin) and the direction perpendicular to the polyimide film (nout) was measured with an Abbe refractometer (using a sodium lamp, wavelength 589 nm). The birefringence (Δn = nin−nout) was determined from the difference in refractive index.
<誘電率>
アタゴ社製アッベ屈折計(アッベ4T)を用いて、ポリイミド膜の平均屈折率〔nav=(2nin+nout)/3〕に基づいて次式:εcal=1.1×nav2により1MHzにおけるポリイミド膜の誘電率(εcal)を算出した。
<Dielectric constant>
Using an Abbe refractometer (Abbe 4T) manufactured by Atago Co., based on the average refractive index [nav = (2nin + nout) / 3] of the polyimide film, the dielectric constant of the polyimide film at 1 MHz according to the following formula: εcal = 1.1 × nav2 (Εcal) was calculated.
<吸水率>
50℃で24時間真空乾燥したポリイミド膜(膜厚20〜30μm)を25℃の水に24時間浸漬した後、余分の水分を拭き取り、質量増加分から吸水率(%)を求めた。
<Water absorption rate>
A polyimide film (film thickness: 20 to 30 μm) vacuum-dried at 50 ° C. for 24 hours was immersed in water at 25 ° C. for 24 hours, and then excess moisture was wiped off, and the water absorption (%) was determined from the increase in mass.
<弾性率、破断伸び>
東洋ボールドウィン社製引張試験機(テンシロンUTM−2)を用いて、ポリイミド膜の試験片(3mm×30mm)について引張試験(延伸速度:8mm/分)を実施し、応力―歪曲線の初期の勾配から弾性率を、膜が破断した時の伸び率から破断伸び(%)を求めた。破断伸びが高いほど膜の靭性が高いことを意味する。
<Elastic modulus, elongation at break>
Using a tensile tester (Tensilon UTM-2) manufactured by Toyo Baldwin Co., Ltd., a tensile test (stretching speed: 8 mm / min) was performed on a polyimide film test piece (3 mm × 30 mm), and the initial slope of the stress-strain curve From the elastic modulus, the elongation at break (%) was determined from the elongation at the time the film was broken. Higher elongation at break means higher film toughness.
(実施例1)
<テトラカルボン酸二無水物(CPDA)の合成>
式(7)で表されるテトラカルボン酸二無水物(CPDA)は以下のように合成した。
3,3’,4,4’−シクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸テトラメチルの製造
2リットル攪拌機付オートクレーブに、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラメチル(以下、BPTMと記載)200g(0.518mol)、5%パラジウム−炭素43.2g(含水率53.1%)、及び2−プロパノール865gを仕込み、オートクレーブ内の空気を窒素圧0.3MPaで3回、続いて水素圧0.3MPaで3回置換した。オートクレーブ内の水素圧を3.5MPaに保ちつつ、加熱攪拌を開始し、105℃まで昇温し、さらに加熱攪拌を続けた。加熱開始から5時間後に水素吸収が理論量に達したので加熱を停止した。反応系を室温まで冷却後、オートクレーブ内の圧力を常圧に戻し、反応混合液から触媒をろ過除去した。得られた反応液をキャピラリーガスクロマトグラフィーで分析したところ、含有化合物の含有量は、3,3’,4,4’−シクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸テトラメチル(以下、CPTMと記す):90%、BPTM:0%、3,3’,4,4’−ビシクロヘキシルテトラカルボン酸テトラメチル(以下、BCTM):9%であった。この反応液を減圧下に、もとの質量の58質量%まで濃縮し、20℃で攪拌し、晶析させた。析出した結晶をろ過して採取した後、これを減圧下に加熱乾燥して、CPTM:126gを得た。得られたCPTMをキャピラリーガスクロマトグラフィーで分析したところ、立体異性体に由来する3本のピークが観察され、各ピークの面積百分率は86%、8%、及び6%であった。
(Example 1)
<Synthesis of tetracarboxylic dianhydride (CPDA)>
Tetracarboxylic dianhydride (CPDA) represented by the formula (7) was synthesized as follows.
Production of tetramethyl 3,3 ′, 4,4′-cyclohexylphenyltetracarboxylate In an autoclave with a 2 liter stirrer, 200 g of tetramethyl 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylate (hereinafter referred to as BPTM) (0.518 mol), 43.2 g of 5% palladium-carbon (water content 53.1%), and 865 g of 2-propanol were charged, and the air in the autoclave was charged three times at a nitrogen pressure of 0.3 MPa, followed by a hydrogen pressure of 0. Replaced 3 times with 3 MPa. While maintaining the hydrogen pressure in the autoclave at 3.5 MPa, heating and stirring were started, the temperature was raised to 105 ° C., and heating and stirring was continued. Five hours after the start of heating, hydrogen absorption reached a theoretical amount, so heating was stopped. After cooling the reaction system to room temperature, the pressure in the autoclave was returned to normal pressure, and the catalyst was removed by filtration from the reaction mixture. When the obtained reaction liquid was analyzed by capillary gas chromatography, the content of the contained compound was as follows: tetramethyl 3,3 ′, 4,4′-cyclohexylphenyltetracarboxylate (hereinafter referred to as CPTM): 90%, BPTM: 0%, 3,3 ′, 4,4′-bicyclohexyltetracarboxylate tetramethyl (hereinafter referred to as BCTM): 9%. The reaction solution was concentrated under reduced pressure to 58% by mass of the original mass, and stirred at 20 ° C. for crystallization. The precipitated crystals were collected by filtration and then heat-dried under reduced pressure to obtain 126 g of CPTM. When the obtained CPTM was analyzed by capillary gas chromatography, three peaks derived from stereoisomers were observed, and the area percentage of each peak was 86%, 8%, and 6%.
(1)融点:78.5〜80℃
(2)IRスペクトル(KBr錠剤法):1724cm−1(vC=0)
(3)1H−NMRスペクトル:δ(ppm)1.3〜2.4(m、2H、シクロヘキサン環メチレン水素)、2.6(m、2H、カルボキシメチル基結合メチン水素)、3.3(m、1H、フェニル基結合メチン水素)、3.6(d、6H、シクロヘキサン側エステルメチル水素)、3.8(d、6H、芳香環側エステルメチル水素)、7.3〜7.7(m、3H、芳香環水素)
(4)GC−MS:392(M+)
(1) Melting point: 78.5-80 ° C
(2) IR spectrum (KBr tablet method): 1724 cm −1 (v C = 0 )
(3) 1 H-NMR spectrum: δ (ppm) 1.3 to 2.4 (m, 2H, cyclohexane ring methylene hydrogen), 2.6 (m, 2H, carboxymethyl group-bonded methine hydrogen), 3.3 (M, 1H, phenyl group-bonded methine hydrogen), 3.6 (d, 6H, cyclohexane side ester methyl hydrogen), 3.8 (d, 6H, aromatic ring side ester methyl hydrogen), 7.3 to 7.7 (M, 3H, aromatic ring hydrogen)
(4) GC-MS: 392 (M + )
3,3’,4,4’−シクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸の合成
500mlの反応容器に、CPTM39.2g(0.10mol)、水酸化ナトリウム17.6g(0.44mol)、蒸留水350mlを仕込み、この反応系の温度を昇温し、2時間還流した。得られた反応液を冷却後、中性分を除去するために、これにトルエンを50g添加して3回洗浄した。混合液中の水層に3%硫酸水溶液900gを添加した後、これを酢酸エチル500mlで抽出し、蒸留水100mlで水洗し、硫酸ナトリウム上で乾燥し、濃縮して、3,3’,4,4’−シクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸29.5gを得た。その収率は88.0%であり、純度は98.6%であった。
Synthesis of 3,3 ′, 4,4′-cyclohexylphenyltetracarboxylic acid A 500 ml reaction vessel was charged with 39.2 g (0.10 mol) of CPTM, 17.6 g (0.44 mol) of sodium hydroxide and 350 ml of distilled water, The temperature of the reaction system was raised and refluxed for 2 hours. After cooling the resulting reaction solution, 50 g of toluene was added thereto and washed three times in order to remove neutral components. After adding 900 g of 3% sulfuric acid aqueous solution to the aqueous layer in the mixed solution, this was extracted with 500 ml of ethyl acetate, washed with 100 ml of distilled water, dried over sodium sulfate, concentrated, and 3, 3 ′, 4 , 4′-cyclohexylphenyltetracarboxylic acid 29.5 g was obtained. The yield was 88.0% and the purity was 98.6%.
3,3’,4,4’−シクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸二無水物の合成−1
100mlの反応容器中に、3,3’,4,4’−シクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸29.5g(0.09mol)と、無水酢酸45.4g(0.45mol)とを仕込み、この混合液を昇温し、2時間還流した。得られた反応液を濃縮、乾燥し、3,3’,4,4’−シクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸二無水物、すなわち式(7)で表されるテトラカルボン酸二無水物22.8gを得た。その収率は85.1%であり、純度は99.7%であった。
Synthesis of 3,3 ′, 4,4′-cyclohexylphenyltetracarboxylic dianhydride—1
In a 100 ml reaction vessel, 39.5 g (0.09 mol) of 3,3 ′, 4,4′-cyclohexylphenyltetracarboxylic acid and 45.4 g (0.45 mol) of acetic anhydride were charged. The temperature was raised and refluxed for 2 hours. The obtained reaction liquid was concentrated and dried to obtain 3,3 ′, 4,4′-cyclohexylphenyltetracarboxylic dianhydride, that is, 22.8 g of tetracarboxylic dianhydride represented by the formula (7). It was. The yield was 85.1% and the purity was 99.7%.
3,3’,4,4’−シクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸二無水物の合成−2
精留塔を取付けた200mlの反応器中に、CPTM39.2g(0.10mol)と、酢酸27.0g(0.45mol)と、パラトルエンスルホン酸13.3g(0.07mol)、キシレン100mlとを仕込み、この混合液を徐々に昇温した。すなわち、混合物から低い沸点を有する酢酸メチルを反応系外に除去しながら、それを140℃まで昇温し、この温度で8時間熟成した。生成物を液体クロマトグラフィーで分析したところ、3,3’,4,4’−シクロヘキシルフェニルテトラカルボン酸二無水物、すなわち式(7)で表されるテトラカルボン酸二無水物の生成率は91.4%であった。赤外吸収スペクトル(KBr法)、1H−NMRスペクトルおよび示差走査熱量曲線(融解曲線)を図1、図2および図3にそれぞれ示す。
Synthesis of 3,3 ′, 4,4′-cyclohexylphenyltetracarboxylic dianhydride-2
In a 200 ml reactor equipped with a rectifying column, 39.2 g (0.10 mol) of CPTM, 27.0 g (0.45 mol) of acetic acid, 13.3 g (0.07 mol) of paratoluenesulfonic acid, 100 ml of xylene, The mixture was gradually warmed. That is, while removing methyl acetate having a low boiling point from the mixture out of the reaction system, it was heated to 140 ° C. and aged at this temperature for 8 hours. When the product was analyzed by liquid chromatography, it was found that the yield of 3,3 ′, 4,4′-cyclohexylphenyltetracarboxylic dianhydride, that is, tetracarboxylic dianhydride represented by the formula (7) was 91. 4%. Infrared absorption spectrum (KBr method), 1 H-NMR spectrum and differential scanning calorimetry curve (melting curve) are shown in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3, respectively.
(実施例2)
よく乾燥した攪拌機付密閉反応容器中に2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(以下TFMBと称する)5mmolをN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解し、この溶液に合成例1に記載の式(7)で表されるテトラカルボン酸二無水物(以下CPDAと称する)粉末5mmolを徐々に加え、室温で72時間攪拌することで均一・透明で粘稠なポリイミド前駆体溶液が得られた。この際の溶質濃度は20.1重量%である。このポリイミド前駆体溶液は室温および−20℃で一ヶ月間放置しても沈澱、ゲル化は全く起こらず、極めて高い溶液貯蔵安定を示した。NMP中、30℃で測定したポリイミド前駆体の固有粘度は0.912dL/gであり、高重合体であった。このポリイミド前駆体溶液をガラス基板に塗布し、熱風乾燥器中80℃、2時間で乾燥して得たポリイミド前駆体膜を減圧下200℃で10分続いて320℃で2時間熱処理して膜厚約20μmの透明で強靭なポリイミド膜を得た。イミド化の完結は赤外吸収スペクトルから確認した。180°折り曲げ試験によりこのポリイミド膜は破断せず、可撓性を示した。(表1)にポリイミドフィルムの物性値を示す。ガラス転移温度337℃と極めて高く、カットオフ波長322nm、400nmでの透過率81.5%と透明性が良好で、破断伸び76.6%と膜靭性も十分であり、複屈折Δn=0.0036であり、5%重量減少温度も窒素中で480℃、空気中で442℃と熱安定性も十分高いことから、フレキシブル液晶ディスプレー用プラスチック基板としての要求特性を満足していた。また誘電率は2.78と比較的低く、各種絶縁膜としても優れた特性を示した。ポリイミド前駆体およびポリイミド薄膜の赤外吸収スペクトルを図4および図5に示す。
(Example 2)
In a well-dried sealed reaction vessel equipped with a stirrer, 5 mmol of 2,2′-bis (trifluoromethyl) benzidine (hereinafter referred to as TFMB) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). A tetracarboxylic dianhydride (hereinafter referred to as CPDA) powder represented by the formula (7) described in 5 above is gradually added and stirred at room temperature for 72 hours to obtain a uniform, transparent and viscous polyimide precursor solution. Obtained. The solute concentration at this time is 20.1% by weight. This polyimide precursor solution did not precipitate or gel at all even when allowed to stand at room temperature and −20 ° C. for one month, and showed extremely high solution storage stability. The intrinsic viscosity of the polyimide precursor measured in NMP at 30 ° C. was 0.912 dL / g, which was a high polymer. The polyimide precursor solution obtained by applying this polyimide precursor solution to a glass substrate and drying in a hot air dryer at 80 ° C. for 2 hours is heat-treated at 320 ° C. for 2 minutes and then heat-treated at 320 ° C. for 2 hours. A transparent and tough polyimide film having a thickness of about 20 μm was obtained. The completion of imidization was confirmed from the infrared absorption spectrum. The polyimide film was not broken by a 180 ° bending test and showed flexibility. (Table 1) shows the physical properties of the polyimide film. It has an extremely high glass transition temperature of 337 ° C., a transmittance of 81.5% at a cutoff wavelength of 322 nm and 400 nm, good transparency, an elongation at break of 76.6% and sufficient film toughness, and birefringence Δn = 0. The thermal stability was sufficiently high at 480 ° C. in nitrogen and 442 ° C. in air, and the required characteristics as a plastic substrate for flexible liquid crystal displays were satisfied. Further, the dielectric constant was relatively low at 2.78, and excellent characteristics as various insulating films were exhibited. Infrared absorption spectra of the polyimide precursor and the polyimide thin film are shown in FIGS.
(実施例3)
ジアミンとしてTFMBの代わりに、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−オキシジアニリン、(以下TFMODAと称する)を用いた以外は、実施例2に記載した方法と同様にポリイミド前駆体を重合し、イミド化してポリイミド膜を作製し、物性を評価した。物性値を(表1)に示す。高いTg,高い透明性、十分な膜靭性、低い複屈折および比較的低い誘電率を示した。ポリイミド前駆体およびポリイミド薄膜の赤外吸収スペクトルを図6および図7に示す。
(Example 3)
Similar to the method described in Example 2, except that 2,2′-bis (trifluoromethyl) -4,4′-oxydianiline (hereinafter referred to as TFMODA) was used as the diamine instead of TFMB. The polyimide precursor was polymerized and imidized to produce a polyimide film, and the physical properties were evaluated. Physical property values are shown in Table 1. It showed high Tg, high transparency, sufficient film toughness, low birefringence and relatively low dielectric constant. Infrared absorption spectra of the polyimide precursor and the polyimide thin film are shown in FIGS.
(実施例4)
ジアミンとしてTFMBの代わりに、4,4’−オキシジアニリン(以下ODAと称する)を用いた以外は、実施例2に記載した方法と同様にポリイミド前駆体を重合し、イミド化してポリイミド膜を作製し、物性を評価した。物性値を(表1)に示す。高いTg,比較的高い透明性、極めて高い膜靭性および低い複屈折を示した。ポリイミド前駆体およびポリイミド薄膜の赤外吸収スペクトルを図8および図9に示す。
Example 4
A polyimide precursor is polymerized and imidized in the same manner as described in Example 2 except that 4,4′-oxydianiline (hereinafter referred to as ODA) is used as the diamine instead of TFMB. Fabricated and evaluated for physical properties. Physical property values are shown in Table 1. It showed high Tg, relatively high transparency, very high film toughness and low birefringence. The infrared absorption spectra of the polyimide precursor and the polyimide thin film are shown in FIGS.
(実施例5)
ジアミンとしてTFMBの代わりに、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)(以下MBCHAと称する)を用い、実施例2に記載した方法に準じてポリイミド前駆体を重合した。CPDAの添加により重合の初期段階で塩形成が見られたが、室温での攪拌を続けることで比較的容易に塩が徐々に溶解していき、最終的に均一・透明で粘稠なポリイミド前駆体溶液が得られた。これはテトラカルボン酸二無水物にCPDAを使用した効果である。この際重合はモノマー濃度20.0重量%から開始し、形成した塩の溶解を促進するために15重量%まで希釈した。実施例2に記載した方法と同様にポリイミド前駆体ワニスをキャスト、イミド化してポリイミド膜を作製し、物性を評価した。物性値を(表1)に示す。高いTg,高い透明性、十分な膜靭性および極めて低い複屈折を示した。ポリイミド前駆体およびポリイミド薄膜の赤外吸収スペクトルを図10および図11に示す。
(Example 5)
A polyimide precursor was polymerized according to the method described in Example 2 using 4,4′-methylenebis (cyclohexylamine) (hereinafter referred to as MBCHA) instead of TFMB as diamine. Although salt formation was observed at the initial stage of polymerization due to the addition of CPDA, the salt gradually dissolved relatively easily by continuing stirring at room temperature, and finally a uniform, transparent and viscous polyimide precursor was obtained. A body solution was obtained. This is the effect of using CPDA for tetracarboxylic dianhydride. The polymerization started at a monomer concentration of 20.0% by weight and was diluted to 15% by weight to promote dissolution of the salt formed. In the same manner as described in Example 2, the polyimide precursor varnish was cast and imidized to prepare a polyimide film, and the physical properties were evaluated. Physical property values are shown in Table 1. It showed high Tg, high transparency, sufficient film toughness and very low birefringence. Infrared absorption spectra of the polyimide precursor and the polyimide thin film are shown in FIGS.
(実施例6)
ジアミンとしてMBCHAの代わりに、4,4’−メチレンビス(3−メチルシクロヘキシルアミン)(以下MBMCHAと称する)を用いた以外は実施例5に記載した方法と同様にポリイミド前駆体を重合・キャスト、イミド化してポリイミド膜を作製し、物性を評価した。物性値を(表1)に示す。高いTg,高い透明性、十分な膜靭性および低い複屈折を示した。ポリイミド前駆体およびポリイミド薄膜の赤外吸収スペクトルを図12および図13に示す。
(Example 6)
A polyimide precursor was polymerized and cast in the same manner as described in Example 5 except that 4,4′-methylenebis (3-methylcyclohexylamine) (hereinafter referred to as MBMCHA) was used as the diamine instead of MBCHA. A polyimide film was prepared to evaluate the physical properties. Physical property values are shown in Table 1. It showed high Tg, high transparency, sufficient film toughness and low birefringence. Infrared absorption spectra of the polyimide precursor and the polyimide thin film are shown in FIGS.
(実施例7)
ジアミンとしてMBCHAの代わりに、イソホロンジアミン(以下IPDAと称する)を用いた以外は実施例5に記載した方法と同様にポリイミド前駆体を重合・キャスト、イミド化してポリイミド膜を作製し、物性を評価した。物性値を(表1)に示す。高いTg,高い透明性、十分な膜靭性および低い複屈折を示した。ポリイミド薄膜の赤外吸収スペクトルを図14に示す。
(Example 7)
A polyimide film was prepared by polymerizing, casting, and imidizing a polyimide precursor in the same manner as described in Example 5 except that isophoronediamine (hereinafter referred to as IPDA) was used instead of MBCHA as a diamine, and physical properties were evaluated. did. Physical property values are shown in Table 1. It showed high Tg, high transparency, sufficient film toughness and low birefringence. The infrared absorption spectrum of the polyimide thin film is shown in FIG.
(実施例8)
ジアミンとしてMBCHAの代わりに、トランス−1,4−シクロヘキサンジアミン(以下CHDAと称する)を用いた以外は実施例5に記載した方法と同様にポリイミド前駆体を重合・キャスト、イミド化してポリイミド膜を作製し、物性を評価した。物性値を(表1)に示す。高いTg,高い透明性、十分な膜靭性および低い複屈折を示した。ポリイミド薄膜の赤外吸収スペクトルを図15に示す。
(Example 8)
The polyimide precursor was polymerized, cast and imidized in the same manner as described in Example 5 except that trans-1,4-cyclohexanediamine (hereinafter referred to as CHDA) was used instead of MBCHA as the diamine. Fabricated and evaluated for physical properties. Physical property values are shown in Table 1. It showed high Tg, high transparency, sufficient film toughness and low birefringence. The infrared absorption spectrum of the polyimide thin film is shown in FIG.
(比較例1)
テトラカルボン酸二無水物として、CPDAの代わりに3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用いた以外は、実施例4に記載した方法と同様にポリイミド前駆体を重合し、イミド化してポリイミド膜を作製した。しかしこのポリイミドフィルムは激しく着色しており、400nmにおける透過率は0%であった。これは全芳香族テトラカルボン酸二無水物を使用したことで、電荷移動相互作用が生じたためである。
(Comparative Example 1)
The polyimide precursor was polymerized in the same manner as described in Example 4 except that 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride was used instead of CPDA as tetracarboxylic dianhydride. And imidized to prepare a polyimide film. However, this polyimide film was intensely colored, and the transmittance at 400 nm was 0%. This is because charge transfer interaction occurred due to the use of wholly aromatic tetracarboxylic dianhydride.
(比較例2)
テトラカルボン酸二無水物として、CPDAの代わりに脂環式テトラカルボン酸二無水物であるビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物(以下BTAと称する)を用いた以外は、実施例4に記載した方法と同様に重合を行い、固有粘度0.38dL/gのポリイミド前駆体を得た。しかしながらそのキャスト膜は激しくひび割れていたため、良質なポリイミド膜を得ることができず、膜物性評価を実施することができなかった。これは用いたBTAの重合反応性が低く、膜形成に必要な十分高い分子量が得られなかったためである。
(Comparative Example 2)
Bicyclo [2.2.2] oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride which is an alicyclic tetracarboxylic dianhydride instead of CPDA as tetracarboxylic dianhydride Polymerization was carried out in the same manner as described in Example 4 except that the product (hereinafter referred to as BTA) was used to obtain a polyimide precursor having an intrinsic viscosity of 0.38 dL / g. However, since the cast film was severely cracked, a high-quality polyimide film could not be obtained and the film physical properties could not be evaluated. This is because the polymerization reactivity of the BTA used was low and a sufficiently high molecular weight necessary for film formation could not be obtained.
本発明により得られるポリイミドは高透明性、十分な膜靭性および高ガラス転移温度を併せ持ち、各種電子デバイスにおける電気絶縁膜および液晶ディスプレー用基板、有機ELディスプレー用基板、電子ペーパー用基板、太陽電池用基板、特にフレキシブルディスプレー用プラスチック基板として好適であり、本願によりその有益なポリイミド、その前駆体、それらの製造方法及び当該ポリイミドの製造原料として有用なテトラカルボン酸化合物が提供される。 The polyimide obtained by the present invention has high transparency, sufficient film toughness and high glass transition temperature, and is used for electrical insulating films and liquid crystal display substrates, organic EL display substrates, electronic paper substrates, and solar cells in various electronic devices. The present invention provides a tetracarboxylic acid compound that is suitable as a substrate, particularly as a plastic substrate for flexible displays, and is useful as a useful polyimide, a precursor thereof, a production method thereof, and a production raw material of the polyimide.
Claims (8)
で表される反復単位を有するポリイミド。 General formula (1)
The polyimide which has a repeating unit represented by these.
で表される反復単位を有するポリイミド前駆体。 General formula (4)
The polyimide precursor which has a repeating unit represented by these.
の何れかで表されるテトラカルボン酸化合物と、ジアミン化合物とを反応させて、一般式(2)
で表される反復単位を有するポリイミド前駆体を得た後、このポリイミド前駆体を、加熱或いは脱水試薬を用いて環化(イミド化)させることを特徴とする、一般式(1)
で表される反復単位を有するポリイミドの製造方法。 General formula (3)-(5)
A tetracarboxylic acid compound represented by any of the above and a diamine compound are reacted to give a general formula (2)
After obtaining a polyimide precursor having a repeating unit represented by general formula (1), the polyimide precursor is cyclized (imidized) by heating or using a dehydrating reagent.
The manufacturing method of the polyimide which has a repeating unit represented by these.
の何れかで表されるテトラカルボン酸化合物。 General formulas (3) to (5), which are the polyimide precursors according to claim 2 and 3, and the raw materials for producing the polyimide according to claim 1.
A tetracarboxylic acid compound represented by any one of
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