JP5362752B2 - ポリアミド酸組成物、ポリイミドおよびポリイミドフィルムならびにそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献2では、モノマー成分の組合せとして、PMDA、ODA、BPDAおよびPDAを混合して重合しポリアミド酸組成物を得て、ポリイミド膜を製造する方法が記載されている。
特許文献4では、PDA−BPDAのポリアミド酸と、ODA−PMDAのポリアミド酸の混合物を得て、加熱して、ポリイミドを製造する旨が記載される。
特許文献6には、PDA−PMDAのブロック共重合部分を有するポリアミド酸、ODA−BPDAのブロック共重合部分を有するポリアミド酸組成物に、さらにPMDAを重合させたポリアミド酸混合物からポリイミドフイルムを得たことが記載されている。
特許文献2では、PDA、ODA、BPDA、PMDAを混合して、重合するので、耐熱性が低下し、分子量があまり高くならない問題がある。
特許文献4では、PDA−BPDAのポリアミド酸と、ODA−PMDAのポリアミド酸の混合物が記載され、共重合物の記載はない。また、モノマーの各成分は全てが等モルの場合の実施例のみが記載されていて、得られるポリイミドフィルムは表面に微細な凹状構造が形成されると記載され、耐熱性等の特性は不明である。PDA−BPDAのポリアミド酸とODA−PMDAのポリアミド酸は、室温では混ざるまで数日かかるので均一混合が難しく、混合できても、分子量が低下するという問題がある。
特許文献6では、PDA−BPDAのブロック共重合部分を有するポリアミド酸が得られているが、各成分の組成比と弾性率との関係において改善が望まれる。
すなわち、本発明は以下を提供する。
(1)パラフェニレンジアミン:50mol%超〜90mol%以下および
4,4´−ジアミノジフェニルエーテル:50mol%未満〜10mol%以上からなるジアミン成分ならびに
3,3´,4,4´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物:45〜87mol%および
ピロメリット酸二無水物:55〜13mol%からなるテトラカルボン酸成分からなるポリアミド酸組成物であって、
前記パラフェニレンジアミンと前記3,3´,4,4´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の共重合体からなるブロック成分と
前記4,4´−ジアミノジフェニルエーテルと前記ピロメリット酸二無水物の共重合体からなるブロック成分を含むことを特徴とするポリアミド酸組成物。
(2)上記(1)に記載のポリアミド酸組成物が硬化されてなるポリイミド。
(3)上記(2)に記載のポリイミドがフィルムであるポリイミド。
(4)400℃から50℃への降温過程における熱膨張率が−18〜−25ppm/℃、ガラス転移温度が350℃以上であり、引張弾性率が5.8GPa以下であることを特徴とする請求項3に記載のポリイミドフィルム。
(5)上記(1)に記載のポリアミド酸組成物の製造方法であって、
前記パラフェニレンジアミン100mol%に対して前記3,3´,4,4´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物が90〜100mol%となる比率で、溶媒中で混合、反応させて、該パラフェニレンジアミンと該3,3´,4,4´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物のブロック共重合部分を得た後、
前記4,4´−ジアミノジフェニルエーテルを添加し、続いて前記ピロメリット酸二無水物を添加し、反応させて、該4,4´−ジアミノジフェニルエーテルと該ピロメリット酸二無水物のブロック共重合部分を得ることを特徴とするポリアミド酸組成物の製造方法。
(6)上記(5)で製造されたポリアミド酸組成物を硬化させて、ポリイミドを得るポリイミドの製造方法。
(7)上記(5)で製造されたポリアミド酸組成物を基板に塗布後、乾燥してゲルフィルムを製造後、前記ゲルフィルムを加熱してポリイミドフィルムを得ることを特徴とするポリイミドフィルムの製造方法。
本発明は、パラフェニレンジアミン(PDA)と3,3´,4,4´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)の共重合体からなるブロック成分と4,4´−ジアミノジフェニルエーテル(ODA)とピロメリット酸二無水物(PMDA)の共重合体からなるブロック成分を含むポリアミド酸組成物である。成分比は、全芳香族ジアミン成分中PDAが50mol%超〜90mol%以上、ODAが50mol%未満、10mol%以上であり、かつ全芳香族テトラカルボン酸成分中PMDA13〜55mol%、BPDAが45〜87mol%である。
有機溶媒中の本発明のポリアミド酸組成物は部分的にイミド化されている部分があっても本発明の組成物に含まれる。
弾性率、熱膨張率がいずれも適切であるという理由で、好ましくは、PDAが51〜90mol%、ODAが10〜49mol%であり、より好ましくは、PDAが70〜90mol%、ODAが10〜30mol%である。
またPDAの割合が上記より多く、ODAの割合が少なくすぎると、得られるポリイミドの吸水率が増大したり、熱膨張率が低下しすぎたり、弾性率が高くなりすぎて成形性を損なうので好ましくない。
400℃から50℃への降温過程における熱膨張率が−18〜−25ppm/℃、ガラス転移温度が350℃以上であり、引張弾性率が5.8GPa以下である。
より好ましくは、400℃から50℃への降温過程における熱膨張率が−18〜−24ppm/℃、ガラス転移温度が350℃〜400℃であり、引張弾性率が5〜5.8GPaである。
このポリイミドをフイルムに成形したポリイミドフイルムは、好ましくは、伸び率が50%以上である。より好ましくは伸び率50〜100%である。
ポリアミック酸を構成する芳香族テトラカルボン酸成分と芳香族ジアミン成分とは、それぞれのモル数が大略等しくなる割合で重合される。PDAに対してBPDAが90〜100mol%となる比率で用いると、重合度を制御できるという利点があるからである。より好ましくは、PDAに対してBPDAが95〜100mol%となる比率で用いる。
重合反応は、有機溶媒中で撹拌および/または混合しながら、0〜80℃の温度の範囲で、10分〜30時間進められるのが好ましく、上記の順序の範囲内であれば必要により重合反応を分割したり、温度を上下させたりしてもかまわない。重合反応中に真空脱泡することは、良質なポリアミド酸組成物の有機溶媒溶液を製造するのに有効な方法である。
上記製造方法で得られるポリアミド酸組成物は前記溶媒中に10〜30重量%の割合で調製するのが好ましい。
実施例、比較例の各特性は次の方法で評価した。
(1)熱膨張率(降温過程における熱膨張率)
機器:島津製作所製TMA−50
測定温度範囲:400℃〜50℃
昇温速度:−10℃/min
(2)引張弾性率および伸び率
JISK7113に準じて、以下の装置を以下の条件で用いて、応力−歪曲線を得て、初期の立ち上がり部の勾配から引張弾性率を求めた。
機器:島津製作所製AGS−J
引張速度:51mm/min
荷重範囲:400MPa
(3)ガラス転移温度
機器:TAインストルメント製DMAQ800
昇温速度:3℃/min
温度範囲:50〜450℃
周波数:1Hz
500mlのセパラブルフラスコにDMAc255.0gを入れ、ここにPDAを10.95g(0.10モル)とBPDAを28.12g(0.096モル)を添加し、常温常圧中で1時間反応させた。次にODAを2.25g(0.011モル)添加し、均一になるまで撹拌した後、PMDAを3.68g(0.017モル)を添加し、1時間反応させポリアミド酸溶液を得た。なお、このポリアミド酸溶液から15gを取り、アプリケーターを用いてガラス板に塗布し、100℃で20分間加熱乾燥したのち、ゲルフィルムをガラス板から剥離した。ゲルフィルム端部をピン止めし、MD方向およびTD方向に表1に示す延伸比で二軸延伸した。その後200℃で20分間、300℃で20分間、続いて400℃で20分間加熱乾燥した後、ピン止めを外し、厚さ約30μmのポリイミドフィルムを得た。このフィルムの各特性の評価を行い、表1にその結果を示した。
実施例1と同様の手順で、芳香族ジアミン成分および芳香族テトラカルボン酸成分を表1に示すモル比、添加順、延伸比でそれぞれポリアミド酸を重合、ポリイミドフィルムを作製、各特性評価を行い、表1にその結果を示した。なお、各成分モル比は、全芳香族ジアミン成分中および全芳香族テトラカルボン酸成分中のモル比とする。
実施例1と同様の手順で、芳香族ジアミン成分および芳香族テトラカルボン酸成分を表1に示すモル比、添加順、延伸比でそれぞれポリアミド酸組成物を重合、ポリイミドフィルムを作製、各特性評価を行い、表1にその結果を示した。なお、各成分モル比は、全芳香族ジアミン成分中および全芳香族テトラカルボン酸成分中のモル比とした。
DMAc239.1gを用い、ここにPDA1.870g(0.0173モル)とPMDA3.659g(0.0168モル)を投入し、常温常圧中で1時間反応させた。次にここにODA25.398g(0.1268モル)を投入し均一になるまで撹拌した後、BPDA8.481g(0.0288モル)を添加し、1時間反応させた。続いてここにPMDA21.491g(0.0985モル)を添加してさらに1時間反応させポリアミド酸溶液を得た。尚この重合で各原料の添加モル比は、表2に示す割合で行い、このポリアミド酸溶液から厚さ約25μmのポリイミドフィルムを得た。このフィルムの各特性の評価を行い、表2に示した。
実施例1と同様の原料で、ただし、PDA3.27g(30.2mmol)とN,N−ジメチルアセトアミド223.58gとを入れ、PMDA6.54g(30.0mmol)を数回に分けて投入し窒素雰囲気下、室温で1時間撹拌した。次に、これにODA24.25g(121.1mmol)を入れ、30分攪拌した後、BPDA、1.34g(4.5mmol)を数回に分けて投入し、さらに30分攪拌した後、PMDA、24.51g(112.4mmol)を数回に分けて投入した。1時間撹拌した後、PMDAのN,N’−ジメチルアセトアミド溶液(6重量%)12.68gを30分かけて滴下し、さらに1時間撹拌した。得られたポリアミド酸組成物から、延伸を行わず実施例1と同様の方法を用いて、ポリイミドフィルム(平均膜厚30μm)を得た。
比較例7と同様に、ただし表2に示すモノマーモル比でポリアミド酸組成物を重合した。得られたポリアミド酸組成物から、比較例7と同様にポリイミドフイルム(平均膜厚30μm)を得た。
Claims (7)
- パラフェニレンジアミン:50mol%超〜90mol%以下および
4,4´−ジアミノジフェニルエーテル:50mol%未満〜10mol%以上からなるジアミン成分ならびに
3,3´,4,4´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物:45〜87mol%および
ピロメリット酸二無水物:55〜13mol%からなるテトラカルボン酸成分からなるポリアミド酸組成物であって、
前記パラフェニレンジアミンと前記3,3´,4,4´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の共重合体からなるブロック成分と
前記4,4´−ジアミノジフェニルエーテルと前記ピロメリット酸二無水物の共重合体からなるブロック成分とを含むことを特徴とするポリアミド酸組成物。 - 請求項1に記載のポリアミド酸組成物が硬化されてなるポリイミド。
- 請求項2に記載のポリイミドがフィルムであるポリイミド。
- 400℃から50℃への降温過程における熱膨張率が−18〜−25ppm/℃、
ガラス転移温度が350℃以上であり、
引張弾性率が5.8GPa以下である請求項2または3に記載のポリイミド。 - 請求項1に記載のポリアミド酸組成物の製造方法であって、
前記パラフェニレンジアミン100mol%に対して前記3,3´,4,4´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物が90〜100mol%となる比率で、溶媒中で混合、反応させて、該パラフェニレンジアミンと該3,3´,4,4´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物のブロック共重合部分を得た後、
前記4,4´−ジアミノジフェニルエーテルを添加し、続いて前記ピロメリット酸二無水物を添加し、反応させて、該4,4´−ジアミノジフェニルエーテルと該ピロメリット酸二無水物のブロック共重合部分を得ることを特徴とするポリアミド酸組成物の製造方法。 - 請求項5で製造されたポリアミド酸組成物を硬化させて、ポリイミドを得ることを特徴とするポリイミドの製造方法。
- 請求項5で製造されたポリアミド酸組成物を基板に塗布後、乾燥してゲルフィルムを得た後、前記ゲルフィルムを加熱してポリイミドフィルムを得ることを特徴とするポリイミドフィルムの製造方法。
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