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JP7143555B1 - ポリイミド樹脂およびその製造方法、ポリイミド樹脂溶液、コーティング材料ならびに成形材料 - Google Patents

ポリイミド樹脂およびその製造方法、ポリイミド樹脂溶液、コーティング材料ならびに成形材料 Download PDF

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Abstract

溶媒に対する溶解性、機械特性および電気特性に優れるポリイミド樹脂を提供する。上記ポリイミド樹脂は、ジアミン成分と酸成分とを重合させることによって得られ、ジアミン成分中、下記式(A)で表されるジアミン化合物Aが30.0~93.0mol%、4,4′-オキシジアニリンが7.0~65.0mol%であり、酸成分中、ピロメリット酸二無水物が1.0~70.0mol%、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物が23.0~92.0mol%である。JPEG0007143555000014.jpg3457上記式(A)中のR1、R2、R3およびR4は、水素または炭素数1~4の有機基を表し、R1とR2とは閉環していてもよい。

Description

本発明は、ポリイミド樹脂およびその製造方法、ポリイミド樹脂溶液、コーティング材料ならびに成形材料に関する。
従来、電子機器のプリント基板などに用いる材料として、ポリイミド樹脂が知られている(特許文献1)。
特許第5027514号公報
電子機器に使用されるポリイミド樹脂には、低誘電率化が要求される場合がある。
信号の伝送損失は誘電率の増加に伴い増大するため、信号の周波数が高いほど、要求レベルも高い。
また、近年、電子機器の小型化、高精細化が進んでいる。この場合、フィルム状の材料を加工して使用するには限度があることから、ポリイミド樹脂は、溶媒に溶解した溶液状態で塗工されて使用される。つまり、この技術分野で使用されるポリイミド樹脂には、溶媒に対する溶解性も高いレベルで要求される。
特許文献1には、ポリイミド樹脂の溶媒に対する溶解性を確保するため、ポリマー(ポリイミド樹脂)の直線性を損ねる軟質な成分(モノマー)を多量に導入する技術が開示されている。しかし、この場合、ポリイミド樹脂の機械特性が毀損される傾向が大きい。
そこで、これを補うことを目的として、例えば、剛直な芳香族モノマーの比率を上げることが考えられる。しかし、この場合、ポリマー(ポリイミド樹脂)自身の結晶性や分子間配向の影響から、溶媒に対する溶解性が低下したり、誘電率などの電気特性が低下したりする場合がある。
すなわち、機械特性と電気特性とを高いレベルで両立したうえで、溶媒に対する溶解性も良好なポリイミド樹脂を得ることは難しい。
本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであり、溶媒に対する溶解性、機械特性および電気特性に優れるポリイミド樹脂を提供することを目的とする。
更に、本発明は、上記ポリイミド樹脂を製造する方法を提供することを目的とする。
更に、本発明は、上記ポリイミド樹脂を用いた、ポリイミド樹脂溶液、コーティング材料および成形材料を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討した結果、下記構成を採用することにより、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の[1]~[10]を提供する。
[1]下記式(A)で表されるジアミン化合物Aおよび4,4′-オキシジアニリンを含むジアミン成分と、ピロメリット酸二無水物および3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を含む酸成分と、を重合させることによって得られるポリイミド樹脂であって、上記ジアミン成分中、上記ジアミン化合物Aの含有量が30.0~93.0mol%であり、上記4,4′-オキシジアニリンの含有量が7.0~65.0mol%であり、かつ、上記酸成分中、上記ピロメリット酸二無水物の含有量が1.0~70.0mol%であり、上記3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物の含有量が23.0~92.0mol%である、ポリイミド樹脂。
Figure 0007143555000001
上記式(A)中のR、R、RおよびRは、水素または炭素数1~4の有機基を表し、RとRとは閉環していてもよい。
[2]下記式(A)で表されるジアミン化合物Aおよび4,4′-オキシジアニリンを含むジアミン成分と、ピロメリット酸二無水物、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物および3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を含む酸成分と、を重合させることによって得られるポリイミド樹脂であって、上記ジアミン成分中、上記ジアミン化合物Aの含有量が30.0~93.0mol%であり、上記4,4′-オキシジアニリンの含有量が7.0~65.0mol%であり、かつ、上記酸成分中、上記ピロメリット酸二無水物の含有量が1.0~40.0mol%であり、上記3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物の含有量が29.0~80.0mol%であり、上記3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の含有量が10.0~70.0mol%である、ポリイミド樹脂。
Figure 0007143555000002
上記式(A)中のR、R、RおよびRは、水素または炭素数1~4の有機基を表し、RとRとは閉環していてもよい。
[3]下記式(A)で表されるジアミン化合物A、4,4′-オキシジアニリンおよび1,-フェニレンジアミンを含むジアミン成分と、ピロメリット酸二無水物および3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を含む酸成分と、を重合させることによって得られるポリイミド樹脂であって、上記ジアミン成分中、上記ジアミン化合物Aの含有量が35.0~89.0mol%であり、上記4,4′-オキシジアニリンの含有量が10.0~60.0mol%であり、上記1,-フェニレンジアミンの含有量が1.0~10.0mol%であり、かつ、上記酸成分中、上記ピロメリット酸二無水物の含有量が1.0~70.0mol%であり、上記3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物の含有量が23.0~92.0mol%である、ポリイミド樹脂。
Figure 0007143555000003
上記式(A)中のR、R、RおよびRは、水素または炭素数1~4の有機基を表し、RとRとは閉環していてもよい。
[4]下記式(A)で表されるジアミン化合物A、4,4′-オキシジアニリンおよび1,-フェニレンジアミンを含むジアミン成分と、ピロメリット酸二無水物、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物および3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を含む酸成分と、を重合させることによって得られるポリイミド樹脂であって、上記ジアミン成分中、上記ジアミン化合物Aの含有量が30.0~90.0mol%であり、上記4,4′-オキシジアニリンの含有量が7.0~65.0mol%であり、上記1,-フェニレンジアミンの含有量が1.0~10.0mol%であり、かつ、上記酸成分中の、上記ピロメリット酸二無水物の含有量が1.0~40.0mol%であり、上記3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物の含有量が23.0~80.0mol%であり、上記3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の含有量が10.0~70.0mol%である、ポリイミド樹脂。
Figure 0007143555000004
上記式(A)中のR、R、RおよびRは、水素または炭素数1~4の有機基を表し、RとRとは閉環していてもよい。
[5]上記ジアミン化合物Aが、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンおよび1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンからなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記[1]~[4]のいずれかに記載のポリイミド樹脂。
[6]上記酸成分と上記ジアミン成分とのモル比(酸成分/ジアミン成分)が、0.90~1.10である、上記[1]~[5]のいずれかに記載のポリイミド樹脂。
[7]上記[1]~[6]のいずれかに記載のポリイミド樹脂を含有するコーティング材料。
[8]上記[1]~[6]のいずれかに記載のポリイミド樹脂を含有する成形材料。
[9]上記[1]~[6]のいずれかに記載のポリイミド樹脂が溶媒に溶解したポリイミド樹脂溶液。
[10]上記酸成分と上記ジアミン成分とを溶媒中で脱水縮合させて、上記[1]~[6]のいずれかに記載のポリイミド樹脂を得る、ポリイミド樹脂の製造方法。
本発明によれば、溶媒に対する溶解性、機械特性および電気特性に優れるポリイミド樹脂を提供できる。
[ポリイミド樹脂]
ポリイミド樹脂について、第1~第4態様を説明する。
〈第1態様〉
ポリイミド樹脂は、ジアミン成分と酸成分とを重合(脱水縮合)させることによって得られる。
《ジアミン成分》
ジアミン成分は、ジアミン化合物Aおよび4,4′-オキシジアニリンを含む。
(ジアミン化合物A)
ジアミン化合物Aは、下記式(A)で表される。
Figure 0007143555000005
上記式(A)中のR、R、RおよびRは、水素または炭素数1~4の有機基を表し、RとRとは閉環していてもよい。
、R、RおよびRが表す炭素数1~4の有機基としては、例えば、炭素数1~4のアルキル基が挙げられ、その具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基が挙げられる。
とRとが閉環して形成される基としては、例えば、炭素数2~8のアルキレン基が挙げられ、その具体例としては、エチレン基、n-プロピレン基、n-ブチレン基などの直鎖状アルキレン基;イソプロピレン基、イソブチレン基などの分岐鎖アルキレン基;等が挙げられる。
ジアミン化合物Aは、中央部に剛性を備えた脂肪族基を持つことにより、適切な量の配合で、ポリイミド樹脂の強度および溶解性発現に寄与する。
ジアミン化合物Aとしては、例えば、下記式(a1)で表される1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミン、下記式(a2)で表される1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミン、下記式(a3)で表される3,3,3′,3′-テトラメチル-1,1′-スピロビインダン-6,6′-ジアミンなどが挙げられる。
Figure 0007143555000006
Figure 0007143555000007
Figure 0007143555000008
これらのうち、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンおよび1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
ジアミン成分中、ジアミン化合物Aの含有量は、30.0~93.0mol%であり、35.0~90.0mol%が好ましく、40.0~90.0mol%がより好ましく、45.0~90.0mol%が更に好ましく、50.0~90.0mol%が特に好ましい。
(4,4′-オキシジアニリン)
ジアミン成分中、4,4′-オキシジアニリン(ODA)の含有量は、7.0~65.0mol%であり、10.0~60.0mol%が好ましく、10.0~50.0mol%がより好ましく、10.0~45.0mol%が更に好ましい。
(その他のジアミン)
得られるポリイミド樹脂の溶媒に対する溶解性、機械特性および電気特性が損なわれない限り、ジアミン成分は、その他のジアミンを含んでいてもよい。
その他のジアミンの具体例としては、1,4-フェニレンジアミン(PDA)、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,7-ジアミノフルオレン、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-アミノフェノキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス(3-メチル-4-アミノフェニル)フルオレン、9,9-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス(3-フルオロ-4-アミノフェニル)フルオレン、9,9-ビス[4-(アミノフェノキシ)フェニル]フルオレン、4,4′-ジアミノジフェニルプロパン、4,4′-ジアミノジフェニルメタン、4,4′-ジアミノジフェニルスルフィド、3,3′-ジアミノジフェニルスルホン、4,4′-ジアミノジフェニルスルホン、3,3′-オキシジアニリン、3,4′-オキシジアニリン、4,4′-ジアミノジフェニルジエチルシラン、4,4′-ジアミノジフェニルシラン、4,4′-ジアミノジフェニルエチルホスフィンオキシド、4,4′-ジアミノジフェニルN-メチルアミン、4,4′-ジアミノジフェニルN-フェニルアミン、1,4-ジアミノベンゼン(p-フェニレンジアミン)、ビス{4-(4-アミノフェノキシ)フェニル}スルホン、ビス{4-(3-アミノフェノキシ)フェニル}スルホン、4,4′-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4′-ビス(3-アミノフェノキシ)ビフェニル、1,3-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、3,3′-ジアミノベンゾフェノン、4,4′-ジアミノベンゾフェノン、2,2-ビス(4-アミノフェノキシフェニル)プロパン、4,4′-ジアミノ-2,2-ジメチルビフェニルなどの芳香族ジアミンが挙げられる。これらのうち、1,4-フェニレンジアミンが好ましい。
得られるポリイミド樹脂の機械特性や耐熱性などを損なわない点に注意すれば、1,2-ジアミノエタン、1,3-ジアミノプロパン、1,4-ジアミノブタン、1,5-ジアミノペンタン、1,6-ヘキサンジアミン、1,7-ヘプタンジアミン、1,8-オクタンジアミン、1,9-ノナンジアミン、1,10-デカンジアミン、1,11-ウンデカンジアミン、1,12-ドデカンジアミン、イソホロンジアミンなどの脂肪族ジアミンを使用してもよい。
これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。更に、一般的に公知のトリアミンを併用してもよい。
《酸成分》
酸成分は、ピロメリット酸二無水物および3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を含む。
(ピロメリット酸二無水物)
酸成分中、ピロメリット酸二無水物(PMDA)の含有量は、1.0~70.0mol%であり、1.0~55.0mol%が好ましく、1.0~40.0mol%がより好ましい。
(3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物)
酸成分中、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)の含有量は、23.0~92.0mol%であり、25.0~92.0mol%が好ましく、29.0~90.0mol%がより好ましく、50.0~90.0mol%が更に好ましく、65.0~90.0mol%が特に好ましい。
(その他の酸)
ジアミン成分と同様の理由から、酸成分は、その他の酸(酸二無水物)を含んでいてもよい。その具体例としては、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)、4,4′-オキシジフタル酸無水物(ODPA)、3,3′,4,4′-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物(DSDA)9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二酸無水物などの芳香族テトラカルボン酸二酸無水物が挙げられる。これらのうち、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物が好ましい。
得られるポリイミド樹脂の機械特性や耐熱性などを損なわない点に注意すれば、(1S,2R,4S,5R)-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(シス、シス、シス-1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物)、(1S,2S,4R,5R)-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、(1R,2S,4S,5R)-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、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、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,4-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、ノルボルナン-2-スピロ-2′-シクロペンタノン-5′-スピロ-2″-ノルボルナン-5,5″,6,6″-テトラカルボン酸二無水物などの脂肪族テトラカルボン酸二酸無水物を使用してもよい。
これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
酸二無水物の全部または一部が、水やアルコール等によって開環したジカルボン酸、テトラカルボン酸、これらのエステル誘導体についても、重合(脱水縮合)より前の工程であれば、共存させることができる。
〈第2態様〉
第1態様と異なる点のみ説明する。
《ジアミン成分》
第2態様では、ジアミン成分は、ジアミン化合物Aおよび4,4′-オキシジアニリンを含む。
ジアミン成分中、ジアミン化合物Aの含有量は、30.0~93.0mol%であり、40.0~80.0mol%が好ましく、45.0~75.0mol%がより好ましく、50.0~70.0mol%が更に好ましい。
ジアミン成分中、4,4′-オキシジアニリンの含有量は、7.0~65.0mol%であり、15.0~60.0mol%が好ましく、25.0~50.0mol%がより好ましく、30.0~45.0mol%が更に好ましい。
《酸成分》
第2態様では、酸成分が、ピロメリット酸二無水物および3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物のほかに、更に、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を含む。
酸成分中、ピロメリット酸二無水物(PMDA)の含有量は、1.0~40.0mol%の任意の範囲で設定すればよく、1.0~30.0mol%が好ましく、1.0~20.0mol%がより好ましく、1.0~10.0mol%が更に好ましい。
酸成分中、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)の含有量は、29.0~80.0mol%であり、29.0~75.0mol%が好ましく、29.0~65.0mol%がより好ましく、30.0~55.0mol%が更に好ましい。
酸成分中、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)の含有量は、10.0~70.0mol%の任意の範囲で設定すればよく、25.0~70.0mol%が好ましく、30.0~70.0mol%がより好ましく、35.0~68.0mol%が更に好ましい。
〈第3態様〉
第1態様と異なる点のみ説明する。
《ジアミン成分》
第3態様では、ジアミン成分が、ジアミン化合物Aおよび4,4′-オキシジアニリンのほかに、更に、1,-フェニレンジアミンを含む。
ジアミン成分中、ジアミン化合物Aの含有量は、35.0~89.0mol%であり、40.0~75.0mol%が好ましく、50.0~75.0mol%がより好ましく、60.0~75.0mol%が更に好ましい。
ジアミン成分中、4,4′-オキシジアニリン(ODA)の含有量は、10.0~60.0mol%であり、20.0~55.0mol%が好ましく、20.0~40.0mol%がより好ましい。
ジアミン成分中、1,-フェニレンジアミン(PDA)の含有量は、1.0~10.0mol%であり、1.0~8.0mol%が好ましく、1.0~5.0mol%がより好ましい。
《酸成分》
第3態様では、酸成分は、ピロメリット酸二無水物および3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を含む。
酸成分中、ピロメリット酸二無水物(PMDA)の含有量は、1.0~70.0mol%であり、1.0~50.0mol%が好ましく、2.0~35.0mol%がより好ましく、5.0~25.0mol%が更に好ましい。
酸成分中、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)の含有量は、23.0~92.0mol%であり、50.0~92.0mol%が好ましく、65.0~92.0mol%がより好ましく、75.0~91.0mol%が更に好ましい。
〈第4態様〉
第1態様と異なる点のみ説明する。
《ジアミン成分》
第4態様では、ジアミン成分が、ジアミン化合物Aおよび4,4′-オキシジアニリンのほかに、更に、1,-フェニレンジアミンを含む。
ジアミン成分中、ジアミン化合物Aの含有量は、30.0~90.0mol%であり、35.0~89.0mol%が好ましく、35.0~80.0mol%がより好ましく、35.0~65.0mol%が更に好ましい。
ジアミン成分中、4,4′-オキシジアニリン(ODA)の含有量は、7.0~65.0mol%であり、19.0~65.0mol%が好ましく、30.0~65.0mol%がより好ましい。
ジアミン成分中、1,-フェニレンジアミン(PDA)の含有量は、1.0~10.0mol%であり、1.0~8.0mol%が好ましく、1.0~6.0mol%がより好ましい。
《酸成分》
第4態様では、酸成分が、ピロメリット酸二無水物および3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物のほかに、更に、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を含む。
酸成分中、ピロメリット酸二無水物(PMDA)の含有量は、1.0~40.0mol%であり、好ましくは1.0~38.0mol%である。
酸成分中、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)の含有量は、23.0~80.0mol%であり、24.0~70.0mol%が好ましく、25~65mol%がより好ましい。
酸成分中、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)の含有量は、10.0~70.0mol%であり、10.0~65.0mol%が好ましい。
[ポリイミド樹脂の製造方法およびポリイミド樹脂溶液]
次に、上述したポリイミド樹脂(第1~第4態様)を製造する方法(以下、便宜的に、「本製造方法」ともいう)を説明する。
なお、以下の説明は、ポリイミド樹脂が溶媒に溶解した溶液(ポリイミド樹脂溶液)の説明も兼ねる。ポリイミド樹脂溶液は、ポリイミド樹脂を含有するコーティング材料でもある。
本製造方法は、概略的には、上述したジアミン成分と酸成分とを溶媒中で重合(脱水縮合)させて、上述したポリイミド樹脂(第1~第4態様)を得る方法である。
すなわち、本製造方法では、ジアミン化合物A、4,4′-オキシジアニリン(ODA)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)および3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)の4成分を必須成分とする。
そのうえで、適量のモル比で配合したジアミン成分と酸成分とを、溶媒中で加熱することにより脱水縮合させる。これにより、ポリイミド樹脂溶液が得られる。
なお、個別の脱水縮合を経た複数のポリイミド樹脂溶液を混合することで、必須の4成分を含むポリイミド樹脂溶液を得てもよい。
ジアミン成分と酸成分とを溶媒中で加熱する際の温度(加熱温度)は、共沸溶媒を留去できる温度が選定されていれば特に限定されないが、140~220℃が好ましく、170~200℃がより好ましい。
この加熱温度での保持時間(加熱時間)は、0.5~10時間とするのが好ましく、0.5~5時間とするのがより好ましい。また、温度管理は、必要に応じて不活性ガス吹き込み環境下や減圧環境下で行なってもよい。
本製造方法においては、ディーンスターク型トラップやコンデンサなど各種の冷却装置を備える容器を用いることが好ましい。そのうえで、脱水縮合の進行に応じて生じる水分を除去しながら、所望のポリイミド樹脂溶液を得ればよい。
酸成分とジアミン成分とのモル比(酸成分/ジアミン成分)は、例えば、塗工して使用されるポリイミド樹脂溶液の粘度などに応じて任意に設定してよく、0.90~1.10が好ましく、0.95~1.05がより好ましい。
得られるポリイミド樹脂の重量平均分子量は、1,500以上が好ましい。分子量がこの範囲であれば、ポリイミド樹脂溶液が充分な粘性を示し、所望する膜厚を得やすい。
一方、この分子量は、20万以下が好ましい。分子量がこの範囲であれば、攪拌設備に不具合を与えることが抑制される。また、溶媒を効率的に除去しやすい。
本製造方法に使用する溶媒としては、得られるポリイミド樹脂が充分な溶解性を示すという理由から、極性有機溶媒を用いることが好ましい。
なお、溶媒中でポリイミド樹脂を得る際には、脱水縮合によって生成する水分を除去する。そのため、水との共沸作用が知られている公知の助溶剤(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンなど)を共存させ、加熱等により除去することが好ましい。
また、脱水縮合により得られるポリイミド樹脂を含有するポリイミド樹脂溶液は、塗工相応の流動性を有し、かつ、析出物の無い均一透明な溶液であることが好ましい。
これらの観点から、極性有機溶媒としては、γ―ブチロラクトンなどのラクトン系溶媒;N,N-ジメチルフォルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドンなどのアミド系溶媒;等が好ましく、複数の溶媒を組み合わせてもよい。
ポリイミド樹脂溶液の固形分濃度は、特に限定されず、所望する粘度などに応じて適宜設定され、例えば、5~50質量%である。
ポリイミド樹脂溶液の粘度は、ポリイミド樹脂溶液を撹拌混合したり、ポンプを用いて送液したりすることができ、かつ、塗工に不都合の生じない範囲で適宜で設定すればよい。具体的には、25℃での粘度は、0.3~200Pa・sが好ましい。
本製造方法においては、ジアミン成分と酸成分との脱水縮合を促進するため、溶媒中に、脱水剤およびイミド化触媒を配合してもよい。
脱水剤としては、一般公知のものを任意で使用してよく、例えば、無水酢酸、無水シュウ酸などの酸無水物が挙げられる。
イミド化触媒としては、一般公知のものを任意で使用してよく、例えば、イソキノリン、β-ピコリン、ピリジンなどの第三級アミン類が挙げられる。
脱水剤やイミド化触媒は、複数種を混合して使用してもよい。
更に、得られるポリイミド樹脂の機械特性および電気特性などを損なわない範囲で、ポリイミド樹脂の主鎖を修飾して各種特性を付与することを目的として、架橋剤、カップリング剤などを配合してもよい。
架橋剤としては、一般公知のものを任意で使用してよく、例えば、オキサゾリン類、メラミン類、イソシアネート類、アジリジン類、ベンゾオキサジン類、ビスマレイミド類などが挙げられ、複数種を混合して使用してもよい。
工業的に使用する観点から、ポリイミド樹脂溶液は、重合(脱水縮合)後の状態が3日以上継続することが好ましく、粘度の変化も伴わないことがより好ましい。
このため、得られるポリイミド樹脂の機械特性および電気特性などを損なわない範囲で、粘度安定剤を配合してもよい。
[ポリイミド樹脂膜]
次に、ポリイミド樹脂溶液を用いて得られる硬化膜(ポリイミド樹脂膜)を説明する。
ポリイミド樹脂膜は、ポリイミド樹脂を含有する成形材料でもあり、厚みに応じて、フィルム、シート、パネルなどとして取り扱うことができる。また、継ぎ目のない筒状のチューブやベルトや金型を使用した成形部品に応用してもよい。また、ポリイミド樹脂溶液が硬化する温度以上の耐熱性を有する基材の上に塗工したコーティング層や、複数の基材の中間に位置する接着層に応用してもよい。
ポリイミド樹脂溶液からポリイミド樹脂膜を得るための条件は、ポリイミド樹脂の組成、溶媒の種類、塗工対象である基材などに応じて変動し得るが、その方法としては、公知の方法を採用でき、特に限定されない。
例えば、ポリイミド樹脂溶液を、基材上に塗工した後、乾燥することにより、硬化膜であるポリイミド樹脂膜が得られる。
基材は、ポリイミド樹脂溶液の溶媒に浸食されないことが好ましい。
具体的には、基材の材料としては、例えば、ガラス;木材;石材;トリアセテートセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ジアセチルセルロース、アセテートブチレートセルロース、ポリエーテルサルホン、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテル、トリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、(メタ)アクリロニトリルなどの樹脂;ゴム;SUS、銅などの金属;等が挙げられる。
基材が透明性に優れる場合、基材および硬化膜の複合体を透明材料として使用できる。
基材が有色であれば、基材の意匠性を損なうことなく使用ができる。
塗工方法としては、一般公知のものを任意で使用してよく、例えば、ロールコート法、グラビアコート法、スライドコート法、スプレー法、浸漬法、スクリーン印刷法などを適宜で採用すればよい。
乾燥方法としては、一般公知のものを任意で使用してよく、例えば、熱風乾燥、遠赤外線加熱炉、セラミックヒーター、マッフル炉などを用いた方法が挙げられ、複数の方法を組み合わせてもよい。
乾燥温度は、例えば、溶媒の沸点に合わせて設定する。ポリイミド樹脂や基材のガラス転移点を考慮して設定すればよい。
上述した本製造方法により得られるポリイミド樹脂溶液は、本製造方法において実施する溶媒の加熱によって既にイミド閉環が進行している。このため、硬化膜を形成するためには、ポリイミド樹脂溶液を塗工した後に、溶媒を揮発除去するだけでよい。時間や圧力を適宜で設定すれば、溶媒の沸点以下の条件でも硬化膜が得られる。
得られる硬化膜であるポリイミド樹脂膜は、一般的なポリイミド樹脂に必要とされる脱水縮合の工程が不要であるため、ポリイミド樹脂に特有の硬化収縮が起こらない。
このため、中間フィルムの端部を固定し延伸するなど従来のポリイミド樹脂に必要とされる工程を省略できる。
ポリイミド樹脂溶液からポリイミド樹脂膜を得るに際して、硬化膜の諸特性を改善する目的で、ポリイミド樹脂溶液にフィラーを添加してもよい。
フィラーとしては、一般公知のものを任意で使用してよく、例えば、シリカ、酸化チタン、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、リン酸水素カルシウム、リン酸カルシウム、雲母、カーボンブラックなどが挙げられ、複数種を混合して使用してもよい。また、これらには、導電成分、着色成分、接着付与成分などが共存していてもよい。
そのほか、必要に応じて、離型剤、消泡剤、レベリング剤、イオントラッパー、重合禁止剤、酸化防止剤、粘度調整剤、帯電防止剤などの公知の添加剤を添加してもよい。
ポリイミド樹脂膜は、従来公知のポリイミド樹脂の用途に使用できる。
例えば、ディスプレイ、タッチパネル、プロジェクタ、プリンタ、イヤホン、スピーカー、アンテナなどの電子機器に使用される。これら電子機器への搭載を前提として、基材を選定してもよい。
得られるポリイミド樹脂は、良好な機械特性のほか、耐熱性や硬度などの物理特性にも優れることから、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、金属ナノワイヤなどの結着剤(バインダー)にも適用して使用できる。
加熱の負荷を軽減できるため、基材を金属箔とする二次電池の電極類に適用できる。
硬化収縮を伴わず、寸法が安定するため、内部に空隙を持つ多孔質材料に適用できる。ポリイミド樹脂膜を筒状して、チューブ類やベルト類としても使用できる。
膜厚精度を確保して平滑に塗工し乾燥することで得られるポリイミド樹脂膜は、剥離したうえで、フィルム、シート、パネルなどとして取り扱うこともできる。
ポリイミド樹脂膜は、極性の低い溶媒や水分に対しては充分な耐久性が期待できるため、耐水性や耐薬品性などが要求される用途にも使用できる。
更に、この性質を応用して、アルコール等の貧溶媒と混合しながらポリイミド樹脂を沈殿させ、必要に応じて洗浄や乾燥を行なうことによって、ポリイミド樹脂の固形物(粉末)を得ることもできる。
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施例に限定されない。
〈実施例1-1〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)6.46g(24.3ミリモル、日本純良薬品社製)、4,4′-オキシジアニリン(ODA)2.44g(12.2ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン99.2gを加えて、40℃で1時間加熱した。こうして、ジアミン成分を溶媒に溶解させた。
次いで、ピロメリット酸二無水物(PMDA)2.57g(11.8ミリモル)、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)7.82g(24.3ミリモル)、シュウ酸0.31g(3.4ミリモル)、ピリジン0.92g(11.6ミリモル)、および、トルエン30.0gを加えた。
その後、2時間攪拌し、更に、シリコン浴の温度を185℃に設定して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度18質量%のポリイミド溶液樹脂Aを得た。
〈実施例1-2〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)9.60g(36.1ミリモル、日本純良薬品社製)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)2.05g(9.4ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン70.0gを加え、更に、シュウ酸0.41g(4.6ミリモル)、ピリジン1.24g(15.7ミリモル)、および、トルエン20.0gを加えて、60℃で1時間、加熱および攪拌した。
次いで、シリコン浴の温度を185℃に昇温して1時間、加熱および攪拌して、水-トルエン留分を除去した。得られた溶液を、一旦80℃まで冷却した。
冷却した溶液に、4,4′-オキシジアニリン(ODA)5.01g(25.1ミリモル)を加え、更に、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)12.62g(39.2ミリモル)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)2.58g(11.7ミリモル)、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン96.0g、および、トルエン20.0gを加え、1時間保温した。
その後、シリコン浴の温度を再び185℃に昇温して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Bを得た。
〈実施例1-3〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)13.48g(50.7ミリモル、日本純良薬品社製)、および、ピロメリット酸二無水物(PMDA)1.21g(5.6ミリモル)、N-メチル-2-ピロリドン70.0gを加え、更に、シュウ酸0.41g(4.6ミリモル)、ピリジン1.22g(15.4ミリモル)、および、トルエン20.0gを加えて、60℃で1時間、加熱および攪拌した。
次いで、シリコン浴の温度を185℃に昇温して1時間、加熱および攪拌して、水-トルエン留分を除去した。得られた溶液を、一旦80℃まで冷却した。
冷却した溶液に、4,4′-オキシジアニリン(ODA)1.13g(5.7ミリモル)を加え、更に、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)15.78g(49.0ミリモル)、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン96.0g、および、トルエン20.0gを加え、1時間保温した。
その後、シリコン浴の温度を再び185℃に昇温して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Cを得た。
〈実施例2-1〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)9.32g(35.0ミリモル、日本純良薬品社製)、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)2.01g(6.8ミリモル)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)0.14g(0.6ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン70.0gを加え、更に、シュウ酸0.42g(4.7ミリモル)、ピリジン1.24g(15.7ミリモル)、および、トルエン20.0gを加えて、60℃で1時間、加熱および攪拌した。
次いで、シリコン浴の温度を185℃に昇温して1時間、加熱および攪拌して、水-トルエン留分を除去した。得られた溶液を、一旦80℃まで冷却した。
冷却した溶液に、4,4′-オキシジアニリン(ODA)4.87g(24.4ミリモル)を加え、更に、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)6.19g(19.2ミリモル)、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)9.30g(31.6ミリモル)、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン96.0g、および、トルエン20.0gを加え、1時間保温した。
その後、シリコン浴の温度を再び185℃に昇温して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Dを得た。
〈実施例2-2〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)12.05g(45.3ミリモル、日本純良薬品社製)、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)12.07g(37.5ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン110.0gを加え、更に、シュウ酸0.68g(7.5ミリモル)、ピリジン2.03g(25.9ミリモル)、および、トルエン25.0gを加えて、60℃で1時間、加熱および攪拌した。
次いで、シリコン浴の温度を185℃に昇温して1時間、加熱および攪拌して、水-トルエン留分を除去した。得られた溶液を、一旦80℃まで冷却した。
冷却した溶液に、4,4′-オキシジアニリン(ODA)4.26g(21.3ミリモル)を加え、更に、ピロメリット酸二無水物(PMDA)1.16g(5.3ミリモル)、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)6.85g(23.3ミリモル)、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン82.5g、および、トルエン35.0gを加え、1時間保温した。
その後、シリコン浴の温度を再び185℃に昇温して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Eを得た。
〈実施例3-1〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)10.85g(40.8ミリモル、日本純良薬品社製)、1,-フェニレンジアミン(PDA)0.25g(2.3ミリモル)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)1.24g(5.7ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン70.0gを加え、更に、シュウ酸0.38g(4.2ミリモル)、ピリジン1.21g(15.3ミリモル)、および、トルエン20.0gを加えて、60℃で1時間、加熱および攪拌した。
次いで、シリコン浴の温度を185℃に昇温して1時間、加熱および攪拌して、水-トルエン留分を除去した。得られた溶液を、一旦80℃まで冷却した。
冷却した溶液に、4,4′-オキシジアニリン(ODA)3.02g(15.1ミリモル)を加え、更に、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)16.48g(51.2ミリモル)、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン96.0g、および、トルエン20.0gを加え、1時間保温した。
その後、シリコン浴の温度を再び185℃に昇温して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Fを得た。
〈実施例3-2〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)10.81g(40.6ミリモル、日本純良薬品社製)、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)16.79g(52.1ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン100.0gを加え、更に、シュウ酸0.68g(7.5ミリモル)、ピリジン2.03g(25.9ミリモル)、および、トルエン30.0gを加えて60℃で1時間、加熱および攪拌した。
次いで、シリコン浴の温度を185℃に昇温して1時間、加熱および攪拌して、水-トルエン留分を除去した。得られた溶液を、一旦80℃まで冷却した。
冷却した溶液に、4,4′-オキシジアニリン(ODA)4.80g(23.9ミリモル)、および、1,-フェニレンジアミン(PDA)0.22g(2.0ミリモル)を加え、更に、ピロメリット酸二無水物(PMDA)3.05g(14.0ミリモル)、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン88.7g、および、トルエン35.0gを加え、1時間保温した。
その後、シリコン浴の温度を再び185℃に昇温して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Gを得た。
〈実施例4-1〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)13.63g(51.2ミリモル、日本純良薬品社製)、4,4′-オキシジアニリン(ODA)5.53g(27.6ミリモル)、1,-フェニレンジアミン(PDA)0.45g(4.2ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン173.0gを加えて、40℃で1時間加熱した。こうして、ジアミン成分を溶媒に溶解させた。
次いで、ピロメリット酸二無水物(PMDA)6.03g(27.7ミリモル)、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)8.67g(26.9ミリモル)、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)8.18g(27.8ミリモル)、シュウ酸0.68g(5.4ミリモル)、ピリジン2.03g(25.3ミリモル)、および、トルエン70.0gを加えた。
その後、2時間攪拌し、更に、シリコン浴の温度を185℃に設定して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度18質量%のポリイミド樹脂溶液Hを得た。
〈実施例4-2〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量200mLのセパラブルフラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)5.23g(19.7ミリモル、日本純良薬品社製)、4,4′-オキシジアニリン(ODA)2.10g(10.5ミリモル)、1,-フェニレンジアミン(PDA)0.17g(1.6ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン84.1gを加えて、40℃で1時間加熱した。こうして、ジアミン成分を溶媒に溶解させた。
次いで、ピロメリット酸二無水物(PMDA)2.55g(11.7ミリモル)、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)2.50g(7.8ミリモル)、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)3.45g(11.7ミリモル)、シュウ酸0.26g(2.9ミリモル)、ピリジン0.78g(9.9ミリモル)、および、トルエン30.0gを加えた。
その後、2時間攪拌し、更に、シリコン浴の温度を185℃に設定して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Iを得た。
〈実施例4-3〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)4.89g(18.4ミリモル、日本純良薬品社製)、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)3.02g(9.4ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン35.0gを加え、更に、シュウ酸0.26g(2.9ミリモル)、ピリジン0.78g(9.9ミリモル)、および、トルエン20.0gを加えて、60℃で1時間、加熱および攪拌した。
次いで、シリコン浴の温度を185℃に昇温して1時間、加熱および攪拌して、水-トルエン留分を除去した。得られた溶液を、一旦80℃まで冷却した。
冷却した溶液に、4,4′-オキシジアニリン(ODA)3.83g(19.2ミリモル)、および、1,-フェニレンジアミン(PDA)0.08g(0.7ミリモル)を加え、更に、ピロメリット酸二無水物(PMDA)2.70g(12.4ミリモル)、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)4.64g(15.8ミリモル)、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン65.62g、および、トルエン30.0gを加え、1時間保温した。
その後、シリコン浴の温度を再び185℃に昇温して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Jを得た。
〈実施例4-4〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)8.79g(33.0ミリモル、日本純良薬品社製)、1,-フェニレンジアミン(PDA)0.26g(2.4ミリモル)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)0.12g(0.6ミリモル)、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)5.00g(17.0ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン70.0gを加え、更に、シュウ酸0.41g(4.6ミリモル)、ピリジン1.22g(15.4ミリモル)、および、トルエン20.0gを加えて60℃で1時間、加熱および攪拌した。
次いで、シリコン浴の温度を185℃に昇温して1時間、加熱および攪拌して、水-トルエン留分を除去した。得られた溶液を、一旦80℃まで冷却した。
冷却した溶液に、4,4′-オキシジアニリン(ODA)4.93g(24.7ミリモル)を加え、更に、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)6.07g(18.9ミリモル)、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)6.08g(20.7ミリモル)、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン96.0g、および、トルエン20.0gを加え、1時間保温した。
その後、シリコン浴の温度を再び185℃に昇温して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Kを得た。
〈実施例4-5〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)5.86g(22.0ミリモル、日本純良薬品社製)、1,-フェニレンジアミン(PDA)0.34g(3.1ミリモル)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)3.22g(14.8ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン70.0gを加え、更に、シュウ酸0.44g(4.9ミリモル)、ピリジン1.22g(15.4ミリモル)、および、トルエン20.0gを加えて、60℃で1時間、加熱および攪拌した。
次いで、シリコン浴の温度を185℃に昇温して1時間、加熱および攪拌して、水-トルエン留分を除去した。得られた溶液を、一旦80℃まで冷却した。
冷却した溶液に、4,4′-オキシジアニリン(ODA)7.55g(37.8ミリモル)を加え、更に、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)12.12g(37.6ミリモル)、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)2.16g(7.3ミリモル)、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン96.0g、および、トルエン20.0gを加え、1時間保温した。
その後、シリコン浴の温度を再び185℃に昇温して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Lを得た。
〈実施例4-6〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)5.68g(21.4ミリモル、日本純良薬品社製)、1,-フェニレンジアミン(PDA)0.13g(1.2ミリモル)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)0.63g(2.9ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン70.0gを加え、更に、シュウ酸0.39g(4.3ミリモル)、ピリジン1.17g(14.8ミリモル)、および、トルエン20.0gを加えて60℃で1時間、加熱および攪拌した。
次いで、シリコン浴の温度を185℃に昇温して1時間、加熱および攪拌して、水-トルエン留分を除去した。得られた溶液を、一旦80℃まで冷却した。
冷却した溶液に、4,4′-オキシジアニリン(ODA)7.69g(38.5ミリモル)を加え、更に、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)10.27g(31.9ミリモル)、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)6.81g(23.2ミリモル)、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン96.0g、および、トルエン20.0gを加え、1時間保温した。
その後、シリコン浴の温度を再び185℃に昇温して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Mを得た。
〈比較例1〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量200mLのセパラブルフラスコに、2,4-ジアミノトルエン(DAT)4.58g(37.5ミリモル)、4,4′-オキシジアニリン(ODA)3.75g(18.7ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン96.8gを加えて、40℃で1時間加熱した。こうして、ジアミン成分を溶媒に溶解させた。
次いで、ピロメリット酸二無水物(PMDA)4.09g(18.7ミリモル)、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)12.07g(37.4ミリモル)、シュウ酸0.32g(3.6ミリモル)、ピリジン0.95g(12.0ミリモル)、および、トルエン30.0gを加えた。
その後、2時間攪拌し、更に、シリコン浴の温度を185℃に設定して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Nを得た。
〈比較例2〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)4.82g(18.1ミリモル、日本純良薬品社製)、4,4′-オキシジアニリン(ODA)3.33g(16.7ミリモル)、1,-フェニレンジアミン(PDA)0.16g(1.5ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン98.6gを加えて、40℃で1時間加熱した。こうして、ジアミン成分を溶媒に溶解させた。
次いで、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)3.79g(11.8ミリモル)、3,3′4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)7.04g(24.0ミリモル)、シュウ酸0.34g(3.8ミリモル)、ピリジン0.87g(11.0ミリモル)、および、トルエン30.0gを加えた。
その後、2時間攪拌し、更に、シリコン浴の温度を185℃に設定して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Oを得た。
〈比較例3〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量200mLのセパラブルフラスコに、2,4-ジアミノトルエン(DAT)2.96g(24.3ミリモル)、4,4′-オキシジアニリン(ODA)4.47g(22.4ミリモル)、1,4-フェニレンジアミン(PDA)0.21g(1.9ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン68.8gを加えて、40℃で1時間加熱した。こうして、ジアミン成分を溶媒に溶解させた。
次いで、ピロメリット酸二無水物(PMDA)3.49g(16.0ミリモル)、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)5.16g(16.0ミリモル)、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)4.85g(16.5ミリモル)、シュウ酸0.32g(3.6ミリモル)、ピリジン0.95g(12.0ミリモル)、および、トルエン30.0gを加えた。
その後、2時間攪拌し、更に、シリコン浴の温度を185℃に設定して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、ポリイミド樹脂溶液Pを得た。
しかし、得られたポリイミド樹脂溶液Pには、淡黄色沈殿が生じたため、後述する硬化膜を用いた評価は実施しなかった。
〈比較例4〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)5.03g(18.9ミリモル、日本純良薬品社製)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)3.91g(17.9ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン70.0gを加え、更に、シュウ酸0.41g(4.6ミリモル)、ピリジン1.22g(15.4ミリモル)、および、トルエン20.0gを加えて、60℃で1時間、加熱および攪拌した。
次いで、シリコン浴の温度を185℃に昇温して1時間、加熱および攪拌して、水-トルエン留分を除去した。得られた溶液を、一旦80℃まで冷却した。
冷却した溶液に、4,4′-オキシジアニリン(ODA)8.82g(44.1ミリモル)を加え、更に、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)13.49g(41.9ミリモル)、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン96.0g、および、トルエン20.0gを加え、1時間保温した。
その後、シリコン浴の温度を再び185℃に昇温して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Qを得た。
しかし、得られたポリイミド樹脂溶液Qには、淡黄色沈殿が生じたため、後述する硬化膜を用いた評価は実施しなかった。
〈比較例5〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)9.98g(37.5ミリモル、日本純良薬品社製)、1,-フェニレンジアミン(PDA)0.30g(2.8ミリモル)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)5.65g(25.9ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン70.0gを加え、更に、シュウ酸0.45g(5.0ミリモル)、ピリジン1.20g(15.2ミリモル)、および、トルエン20.0gを加えて、60℃で1時間、加熱および攪拌した。
次いで、シリコン浴の温度を185℃に昇温して1時間、加熱および攪拌して、水-トルエン留分を除去した。得られた溶液を、一旦80℃まで冷却した。
冷却した溶液に、4,4′-オキシジアニリン(ODA)5.59g(28.0ミリモル)を加え、更に、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)4.17g(13.0ミリモル)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)5.65g(25.9ミリモル)、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン96.0g、および、トルエン20.0gを加え、1時間保温した。
その後、シリコン浴の温度を再び185℃に昇温して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Rを得た。
〈比較例6〉
撹拌機、シリコン浴、温度測定用熱電対およびディーンスタークトラップを備えた容量300mLの四つ口フラスコに、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンと1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンとの混合物(化合物A)5.79g(21.8ミリモル、日本純良薬品社製)、1,-フェニレンジアミン(PDA)0.13g(1.2ミリモル)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)0.64g(2.9ミリモル)、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)5.00g(17.0ミリモル)、および、N-メチル-2-ピロリドン70.0gを加え、更に、シュウ酸0.41g(4.6ミリモル)、ピリジン1.22g(15.4ミリモル)、および、トルエン20.0gを加えて、60℃で1時間、加熱および攪拌した。
次いで、シリコン浴の温度を185℃に昇温して1時間、加熱および攪拌して、水-トルエン留分を除去した。得られた溶液を、一旦80℃まで冷却した。
冷却した溶液に、4,4′-オキシジアニリン(ODA)7.84g(39.2ミリモル)を加え、更に、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)3.81g(11.8ミリモル)、3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)8.03g(27.3ミリモル)、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン96.0g、および、トルエン20.0gを加え、1時間保温した。
その後、シリコン浴の温度を再び185℃に昇温して3時間、加熱および攪拌した。ディーンスタークトラップで捕捉された水-トルエン留分を除去した後、冷却し、濃度15質量%のポリイミド樹脂溶液Sを得た。
しかし、得られたポリイミド樹脂溶液Sは、流動性を消失したため、後述する硬化膜を用いた評価は実施しなかった。
〈評価〉
得られたポリイミド樹脂溶液について、以下の試験を行ない、各種特性を評価した。
《溶媒に対する溶解性》
得られたポリイミド樹脂溶液を、22℃の環境下で2週間静置した。その際のポリイミド樹脂溶液の挙動により、ポリイミド樹脂の溶媒に対する溶解性を評価した。
静置中にポリイミド樹脂溶液に異常が無かった場合は「○」を、静置中にポリイミド樹脂溶液が流動性を消失した場合は「△」を、ポリイミド樹脂溶液がその製造直後から流動性が無かった場合は「×」を下記表1に記載した。
実用上、「○」であった場合には、溶媒に対する溶解性に優れると判断した。
《硬化膜の作製》
得られたポリイミド樹脂溶液を、濃度を15質量%に調整してから、ドクターブレードを使用して、ガラス板上に、乾燥後の厚さが50μmとなるように、300~350μmの厚さで塗工した。その後、ホットプレートを用いて、90℃前後で150分間乾燥することにより、硬化膜(ポリイミド樹脂膜)を得た。硬化膜は、ガラス板から剥離し、更に、250℃、30分間の熱風乾燥に供した。
《機械特性》
作製した硬化膜を幅10mm×長さ90mmの短冊状に切り取り、試験片を得た。
得られた試験片について、島津製作所社製オートグラフ(500N)を用いて、つかみ具間50mm、引張り速度10mm/分の条件で、応力-ひずみ曲線を測定し、引張強さを求めた。試験は10回行ない、その平均値を採用した。
引張強さが200N/mm以上であった場合は「◎」を、引張強さが199~140N/mmであった場合は「○」を、引張強さが139N/mm以下であった場合は「×」を下記表1に記載した。
実用上、「◎」または「○」であった場合には、機械特性に優れると判断した。
《電気特性》
作製した硬化膜を幅1.5mm×長さ80mmの短冊状に切り取り、試験片を得た。
得られた試験片について、関東電子応用開発社製の1GHz用空洞共振器(CP431)を用いて、ASTM D2520に準拠して、比誘電率を求めた。試験は10回行ない、その平均値を採用した。
比誘電率が3.19以下であった場合には「○」を、比誘電率が3.20以上であった場合には「×」を下記表1に記載した。
実用上、「○」であった場合には、電気特性に優れると判断した。
Figure 0007143555000009
〈評価結果まとめ〉
上記表1に示すように、実施例のポリイミド樹脂は、溶媒に対する溶解性、機械特性および電気特性がいずれも良好であった。
これに対して、比較例では、これらの少なくともいずれかが不十分であった。

Claims (10)

  1. 下記式(A)で表されるジアミン化合物Aおよび4,4′-オキシジアニリンを含むジアミン成分と、
    ピロメリット酸二無水物および3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を含む酸成分と、を重合させることによって得られるポリイミド樹脂であって、
    前記ジアミン成分中、
    前記ジアミン化合物Aの含有量が30.0~93.0mol%であり、
    前記4,4′-オキシジアニリンの含有量が7.0~65.0mol%であり、かつ、
    前記酸成分中、
    前記ピロメリット酸二無水物の含有量が1.0~70.0mol%であり、
    前記3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物の含有量が23.0~92.0mol%である、ポリイミド樹脂。
    Figure 0007143555000010
    前記式(A)中のR、R、RおよびRは、水素または炭素数1~4の有機基を表し、RとRとは閉環していてもよい。
  2. 下記式(A)で表されるジアミン化合物Aおよび4,4′-オキシジアニリンを含むジアミン成分と、
    ピロメリット酸二無水物、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物および3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を含む酸成分と、を重合させることによって得られるポリイミド樹脂であって、
    前記ジアミン成分中、
    前記ジアミン化合物Aの含有量が30.0~93.0mol%であり、
    前記4,4′-オキシジアニリンの含有量が7.0~65.0mol%であり、かつ、
    前記酸成分中、
    前記ピロメリット酸二無水物の含有量が1.0~40.0mol%であり、
    前記3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物の含有量が29.0~80.0mol%であり、
    前記3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の含有量が10.0~70.0mol%である、ポリイミド樹脂。
    Figure 0007143555000011
    前記式(A)中のR、R、RおよびRは、水素または炭素数1~4の有機基を表し、RとRとは閉環していてもよい。
  3. 下記式(A)で表されるジアミン化合物A、4,4′-オキシジアニリンおよび1,-フェニレンジアミンを含むジアミン成分と、
    ピロメリット酸二無水物および3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を含む酸成分と、を重合させることによって得られるポリイミド樹脂であって、
    前記ジアミン成分中、
    前記ジアミン化合物Aの含有量が35.0~89.0mol%であり、
    前記4,4′-オキシジアニリンの含有量が10.0~60.0mol%であり、
    前記1,-フェニレンジアミンの含有量が1.0~10.0mol%であり、かつ、
    前記酸成分中、
    前記ピロメリット酸二無水物の含有量が1.0~70.0mol%であり、
    前記3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物の含有量が23.0~92.0mol%である、ポリイミド樹脂。
    Figure 0007143555000012
    前記式(A)中のR、R、RおよびRは、水素または炭素数1~4の有機基を表し、RとRとは閉環していてもよい。
  4. 下記式(A)で表されるジアミン化合物A、4,4′-オキシジアニリンおよび1,-フェニレンジアミンを含むジアミン成分と、
    ピロメリット酸二無水物、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物および3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を含む酸成分と、を重合させることによって得られるポリイミド樹脂であって、
    前記ジアミン成分中、
    前記ジアミン化合物Aの含有量が30.0~90.0mol%であり、
    前記4,4′-オキシジアニリンの含有量が7.0~65.0mol%であり、
    前記1,-フェニレンジアミンの含有量が1.0~10.0mol%であり、かつ、
    前記酸成分中の、
    前記ピロメリット酸二無水物の含有量が1.0~40.0mol%であり、
    前記3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物の含有量が23.0~80.0mol%であり、
    前記3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の含有量が10.0~70.0mol%である、ポリイミド樹脂。
    Figure 0007143555000013
    前記式(A)中のR、R、RおよびRは、水素または炭素数1~4の有機基を表し、RとRとは閉環していてもよい。
  5. 前記ジアミン化合物Aが、1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-5-アミンおよび1-(4-アミノフェニル)-1,3,-トリメチルインダン-6-アミンからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1~4のいずれか1項に記載のポリイミド樹脂。
  6. 前記酸成分と前記ジアミン成分とのモル比(酸成分/ジアミン成分)が、0.90~1.10である、請求項1~5のいずれか1項に記載のポリイミド樹脂。
  7. 請求項1~6のいずれか1項に記載のポリイミド樹脂を含有するコーティング材料。
  8. 請求項1~6のいずれか1項に記載のポリイミド樹脂を含有する成形材料。
  9. 請求項1~6のいずれか1項に記載のポリイミド樹脂が溶媒に溶解したポリイミド樹脂溶液。
  10. 前記酸成分と前記ジアミン成分とを溶媒中で脱水縮合させて、請求項1~6のいずれか1項に記載のポリイミド樹脂を得る、ポリイミド樹脂の製造方法。
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