JP7833331B2 - Resin compositions, molded articles, and films - Google Patents
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Description
本発明は、樹脂組成物およびフィルムに関する。 This invention relates to resin compositions and films.
液晶、有機EL、電子ペーパー等の表示装置や、太陽電池、タッチパネル等のエレクトロニクスデバイスにおいて、薄型化や軽量化、さらにはフレキシブル化が要求されている。これらのデバイスに使用されるガラス材料をフィルム材料に代えることにより、フレキシブル化、薄型化、軽量化が図られる。ガラス代替材料として、透明ポリイミドフィルムが開発され、ディスプレイ用基板やカバーフィルム等に用いられている。 Display devices such as liquid crystal displays (LCDs), organic EL displays (OLEDs), and electronic paper, as well as electronic devices such as solar cells and touch panels, are required to be thinner, lighter, and more flexible. Replacing the glass materials used in these devices with film materials can achieve flexibility, thinning, and weight reduction. Transparent polyimide film has been developed as a glass substitute and is used in display substrates and cover films.
通常のポリイミドフィルムは、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸溶液を支持体上に膜状に塗布し、高温処理することにより、溶媒除去と同時に熱イミド化を行うことにより得られる。しかしながら、熱イミド化のための加熱温度は高く(例えば300℃以上)、加熱による着色(黄色度の上昇)が生じやすく、ディスプレイ用カバーフィルム等の高い透明性が要求される用途への適用が困難である。 Conventional polyimide films are obtained by coating a polyamic acid solution, a polyimide precursor, onto a support in a film-like manner and then subjecting it to high-temperature treatment, thereby removing the solvent and simultaneously performing thermal imidization. However, the heating temperature required for thermal imidization is high (e.g., 300°C or higher), and discoloration (increase in yellowness) is likely to occur due to heating, making it difficult to apply to applications requiring high transparency, such as display cover films.
高い透明性を有するポリイミドフィルムの製造方法として、有機溶媒に可溶であり、フィルム化後の高温でのイミド化を必要としないポリイミド樹脂を用いる方法が提案されている。例えば、特許文献1には、テトラカルボン酸二無水物成分としてビス無水トリメリット酸エステル類を含むポリイミドが、有機溶媒への溶解性に優れ、かつ透明性および機械強度に優れることが記載されている。 As a method for producing highly transparent polyimide films, a method using a polyimide resin that is soluble in organic solvents and does not require high-temperature imidation after film formation has been proposed. For example, Patent Document 1 describes a polyimide containing bis-trimellitic anhydride esters as a tetracarboxylic dianhydride component, which exhibits excellent solubility in organic solvents, as well as excellent transparency and mechanical strength.
ポリイミドは、剛直な構造を導入すると、機械強度が向上するものの、有機溶媒への溶解性の低下や着色の要因となり、ポリイミド単独で、透明性と高機械強度を両立することは容易ではない。かかる課題に鑑み、本発明は、優れた機械強度と透明性を両立可能な樹脂組成物の提供を目的とする。 While introducing a rigid structure to polyimide improves its mechanical strength, it also reduces its solubility in organic solvents and can cause discoloration. Therefore, achieving both transparency and high mechanical strength with polyimide alone is not easy. In view of these challenges, the present invention aims to provide a resin composition that can achieve both excellent mechanical strength and transparency.
本発明の一態様は、ポリイミドとアクリル系樹脂とを含む樹脂組成物に関する。樹脂組成物は、ポリイミドとアクリル系樹脂とを、98:2~2:98の範囲の重量比で含むものであってもよい。樹脂組成物は、好ましくは、ポリイミドとアクリル系樹脂が、ジメチルホルムアミド中で相溶可能である。樹脂組成物は、ジメチルホルムアミド以外の溶媒中で相溶可能であってもよい。 One aspect of the present invention relates to a resin composition comprising a polyimide and an acrylic resin. The resin composition may contain the polyimide and the acrylic resin in a weight ratio in the range of 98:2 to 2:98. Preferably, the polyimide and acrylic resin in the resin composition are miscible in dimethylformamide. The resin composition may also be miscible in solvents other than dimethylformamide.
ポリイミドは、一般式(IIa)で表されるジアミン由来構造、および一般式(IIIa)で表されるテトラカルボン酸二無水物由来構造を有し、ジアミン由来構造およびテトラカルボン酸二無水物由来構造の少なくともいずれか一方がフルオロアルキル基を有する。好ましくは、ジアミン由来構造として、フルオロアルキル基を有するジアミンに由来する構造を含む。 The polyimide has a diamine-derived structure represented by general formula (IIa) and a tetracarboxylic dianhydride-derived structure represented by general formula (IIIa), wherein at least one of the diamine-derived structure and the tetracarboxylic dianhydride-derived structure has a fluoroalkyl group. Preferably, the diamine-derived structure includes a structure derived from a diamine having a fluoroalkyl group.
Yは2価の有機基であり、ジアミン残基である。Xは4価の有機基であり、テトラカルボン酸二無水物残基である。 Y is a divalent organic group and is a diamine residue. X is a tetravalent organic group and is a tetracarboxylic dianhydride residue.
ポリイミドは、ジアミン由来構造およびテトラカルボン酸二無水物由来構造に加えて、一般式(Va)で表されるジカルボン酸由来構造を含んでいてもよい。 Polyimides may contain structures derived from diamines and tetracarboxylic dianhydrides, as well as structures derived from dicarboxylic acids represented by the general formula (Va).
Zは2価の有機基であり、ジカルボン酸残基である。 Z is a divalent organic group, specifically a dicarboxylic acid residue.
好ましくは、ポリイミドは、ジアミン由来構造として、フルオロアルキル基を有するジアミンに由来する構造を含み、テトラカルボン酸二無水物由来構造として、フルオロアルキル基を有するテトラカルボン酸二無水物に由来する構造、ビス(無水トリメリット酸)エステルに由来する構造およびエーテル結合を有するテトラカルボン酸二無水物に由来する構造からなる群から選択される1種以上を含む。 Preferably, the polyimide includes, as a diamine-derived structure, a structure derived from a diamine having a fluoroalkyl group, and as a tetracarboxylic dianhydride-derived structure, one or more selected from the group consisting of a structure derived from a tetracarboxylic dianhydride having a fluoroalkyl group, a structure derived from a bis(trimellitic anhydride) ester, and a structure derived from a tetracarboxylic dianhydride having an ether linkage.
フルオロアルキル基を有するジアミンの例としては、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン等のフルオロアルキル置換ベンジジンが挙げられる。フルオロアルキル基を有するテトラカルボン酸二無水物の例としては、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン二無水物が挙げられる。ビス(無水トリメリット酸)エステルの例としては、式(3)で表される化合物が挙げられる。 Examples of diamines having a fluoroalkyl group include fluoroalkyl-substituted benzidines such as 2,2'-bis(trifluoromethyl)benzidine. Examples of tetracarboxylic dianhydrides having a fluoroalkyl group include 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)-1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride. Examples of bis(trimellitic anhydride) esters include compounds represented by formula (3).
ポリイミドのジアミン由来構造の全量に対する、フルオロアルキル基を有するジアミンに由来する構造の比率は、50モル%以上が好ましい。ポリイミドのテトラカルボン酸二無水物由来構造の全量に対する、フルオロアルキル基を有するテトラカルボン酸二無水物に由来する構造、ビス(無水トリメリット酸)エステルに由来する構造、およびエーテル結合を有するテトラカルボン酸二無水物に由来する構造の合計の比率は、40モル%以上が好ましい。 The ratio of structures derived from diamines having fluoroalkyl groups to the total amount of diamine-derived structures in the polyimide is preferably 50 mol% or more. The total ratio of structures derived from tetracarboxylic dianhydrides having fluoroalkyl groups, structures derived from bis(trimellitic anhydride) esters, and structures derived from tetracarboxylic dianhydrides having ether links to the total amount of tetracarboxylic dianhydride-derived structures in the polyimide is preferably 40 mol% or more.
樹脂組成物に含まれるポリイミドとアクリル系樹脂が相溶性を示すため、低ヘイズで透明性の高いフィルム等の成形体を作製できる。 Because the polyimide and acrylic resin contained in the resin composition are compatible, molded articles such as films with low haze and high transparency can be produced.
[樹脂組成物]
本発明の一実施形態は、ポリイミドとアクリル系樹脂とを含む相溶系の樹脂組成物である。
[Resin composition]
One embodiment of the present invention is a compatible resin composition comprising polyimide and an acrylic resin.
<ポリイミド>
ポリイミドは、一般式(I)で表される構造単位を有するポリマーであり、テトラカルボン酸二無水物(以下、「酸二無水物」と記載する場合がある)とジアミンとの付加重合により得られるポリアミド酸を脱水環化することにより得られる。すなわち、ポリイミドは、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとの重縮合物であり、酸二無水物由来構造(酸二無水物成分)とジアミン由来構造(ジアミン成分)とを有する。なお、ポリイミドは、ジイソシアネートと酸二無水物との脱炭酸による縮合により合成することもできる。
<Polyimide>
Polyimide is a polymer having a structural unit represented by general formula (I), and is obtained by dehydrating and cyclizing polyamic acid, which is obtained by addition polymerization of tetracarboxylic dianhydride (hereinafter sometimes referred to as "acid dianhydride") and diamine. In other words, polyimide is a polycondensate of tetracarboxylic dianhydride and diamine, and has an acid dianhydride-derived structure (acid dianhydride component) and a diamine-derived structure (diamine component). Polyimide can also be synthesized by decarboxylation condensation of diisocyanate and acid dianhydride.
一般式(I)において、Yは2価の有機基であり、Xは4価の有機基である。Yはジアミン残基であり、下記一般式(II)で表されるジアミンから2つのアミノ基を除いた有機基である。なお、ジイソシアネートを用いてポリイミドを合成する場合、Yはジイソシアネート残基であり、ジイソシアネート化合物から2つのイソシアネート基を除いた有機基である。Xは、テトラカルボン酸二無水物残基であり、下記一般式(III)で表されるテトラカルボン酸二無水物から、2つの無水カルボキシ基を除いた有機基である。 In general formula (I), Y is a divalent organic group, and X is a tetravalent organic group. Y is a diamine residue, an organic group obtained by removing two amino groups from the diamine represented by general formula (II) below. Note that when synthesizing polyimide using diisocyanate, Y is a diisocyanate residue, an organic group obtained by removing two isocyanate groups from the diisocyanate compound. X is a tetracarboxylic dianhydride residue, an organic group obtained by removing two anhydride carboxyl groups from the tetracarboxylic dianhydride represented by general formula (III) below.
換言すると、ポリイミドは、下記一般式(IIa)で表される構造単位と下記一般式(IIIa)で表される構造単位を含み、ジアミン由来構造(IIa)とテトラカルボン酸二無水物由来構造(IIIa)がイミド結合を形成することにより、一般式(I)で表される構造単位を有している。 In other words, polyimide contains structural units represented by the following general formula (IIa) and structural units represented by the following general formula (IIIa). The diamine-derived structure (IIa) and the tetracarboxylic dianhydride-derived structure (IIIa) form imide bonds, resulting in the structural unit represented by general formula (I).
ポリイミドは、一般式(I)で表されるイミド構造単位に加えて、下記一般式(IV)で表される構造単位(アミド構造単位)を含んでいてもよい。イミド構造単位に加えてアミド構造単位を含むポリイミドは、ポリアミドイミドとも称される。 Polyimides may contain not only the imide structural units represented by general formula (I), but also structural units represented by general formula (IV) below (amide structural units). Polyimides containing amide structural units in addition to imide structural units are also called polyamideimides.
一般式(IV)において、YおよびZは2価の有機基である。Yは、一般式(I)と同様、ジアミン残基である。Zはジカルボン酸残基であり、下記一般式(V)で表されるジカルボン酸から2つのカルボキシ基を除いた有機基である。なお、ポリアミドイミドの合成においては、ジカルボン酸に代えて、一般式(V’)で表されるジカルボン酸ジクロリドが好ましく用いられる。ジカルボン酸に代えてジカルボン酸無水物を用いてもよい。 In general formula (IV), Y and Z are divalent organic groups. Y is a diamine residue, similar to general formula (I). Z is a dicarboxylic acid residue, an organic group obtained by removing two carboxyl groups from a dicarboxylic acid represented by general formula (V) below. In the synthesis of polyamide-imides, dicarboxylic acid dichlorides represented by general formula (V') are preferably used instead of dicarboxylic acids. Dicarboxylic acid anhydrides may also be used instead of dicarboxylic acids.
上記の一般式(IIa)で表されるジアミン由来構造と、下記一般式(Va)で表されるジカルボン酸由来構造がアミド結合を形成することにより、一般式(V)で表されるアミド構造単位が形成される。すなわち、ポリアミドイミドは、ジアミン由来構造(IIa)と、テトラカルボン酸二無水物由来構造(IIIa)と、ジカルボン酸由来構造(Va)を含む。 The amide structural unit represented by general formula (V) is formed when the diamine-derived structure represented by the above general formula (IIa) and the dicarboxylic acid-derived structure represented by the following general formula (Va) form an amide bond. That is, polyamide-imide contains a diamine-derived structure (IIa), a tetracarboxylic dianhydride-derived structure (IIIa), and a dicarboxylic acid-derived structure (Va).
なお、ポリアミドイミドは、ジカルボン酸由来構造(Va)の両端にジアミン由来構造(IIa)が結合した下記一般式(VI)の構造を含んでいる。 Furthermore, polyamide-imides contain the structure shown in the following general formula (VI), in which a dicarboxylic acid-derived structure (Va) is bonded to both ends of a diamine-derived structure (IIa).
一般式(VI)において、Y1およびY2はジアミン残基であり、Z1はジカルボン酸残基である。一般式(VI)における[-Y1-NH-CO-Z1-CO-NH-Y2-]の部分を1つの2価の有機基としてみた場合、この2価の有機基は、2つのアミド結合を含むジアミン残基Yであると捉えることができる。すなわち、一般式(I)において、ジアミン残基Yがアミド結合を含むポリイミドがポリアミドイミドであり、ポリアミドイミドは、ポリイミドの一種であるといえる。以下では、特に断りがない限り、「ポリイミド」との記載は、「ポリアミドイミド」を含むものとする。 In general formula (VI), Y1 and Y2 are diamine residues, and Z1 is a dicarboxylic acid residue. If we consider the portion [ -Y1 -NH-CO- Z1 -CO-NH- Y2- ] in general formula (VI) as a single divalent organic group, this divalent organic group can be considered as diamine residue Y containing two amide bonds. That is, in general formula (I), a polyimide in which diamine residue Y contains an amide bond is a polyamideimide, and polyamideimide can be said to be a type of polyimide. Hereafter, unless otherwise specified, the term "polyimide" includes "polyamideimide".
前述のように、ポリイミドは、ジアミン由来構造(ジアミン成分)と酸二無水物由来構造(酸二無水物成分)を含む。本実施形態で用いるポリイミドは、ジアミン由来構造およびテトラカルボン酸二無水物由来構造の少なくともいずれか一方がフルオロアルキル基を有する。すなわち、ポリイミドを構成するモノマー成分として、フルオロアルキル基を有するジアミンおよび/またはフルオロアルキル基を有する酸二無水物を含む。 As mentioned above, polyimides contain a diamine-derived structure (diamine component) and an acid dianhydride-derived structure (acid dianhydride component). The polyimide used in this embodiment has at least one of the diamine-derived structure and the tetracarboxylic dianhydride-derived structure having a fluoroalkyl group. That is, the monomer components constituting the polyimide include a diamine having a fluoroalkyl group and/or an acid dianhydride having a fluoroalkyl group.
(フルオロアルキル基を有するジアミン)
フルオロアルキル基を有するジアミンとしては、フルオロアルキル置換ベンジジンが挙げられる。フルオロアルキル置換ベンジジンの具体例としては、2-(トリフルオロメチル)ベンジジン、3-(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,3-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,5-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2、6-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,3,5-トリス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,3,6-トリス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,3,5,6-テトラキス(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)ベンジジン、3,3’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,3’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,2’,3-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,3,3’-トリス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,2’,5-トリス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,2’,6-トリス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,3’,5-トリス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,3’,6,-トリス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,2’,3,3’-テトラキス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,2’,5,5’-テトラキス(トリフルオロメチル)ベンジジン、2,2’,6,6’-テトラキス(トリフルオロメチル)ベンジジン等が挙げられる。
(Diamines containing fluoroalkyl groups)
Examples of diamines having a fluoroalkyl group include fluoroalkyl-substituted benzidines. Specific examples of fluoroalkyl-substituted benzidines include 2-(trifluoromethyl)benzidine, 3-(trifluoromethyl)benzidine, 2,3-bis(trifluoromethyl)benzidine, 2,5-bis(trifluoromethyl)benzidine, 2,6-bis(trifluoromethyl)benzidine, 2,3,5-tris(trifluoromethyl)benzidine, 2,3,6-tris(trifluoromethyl)benzidine, 2,3,5,6-tetrakis(trifluoromethyl)benzidine, 2,2'-bis(trifluoromethyl)benzidine, 3,3'-bis(trifluoromethyl)benzidine, and 2,3'-bis(trifluoro Examples include methyl(benzidine), 2,2',3-bis(trifluoromethyl)benzidine, 2,3,3'-tris(trifluoromethyl)benzidine, 2,2',5-tris(trifluoromethyl)benzidine, 2,2',6-tris(trifluoromethyl)benzidine, 2,3',5-tris(trifluoromethyl)benzidine, 2,3',6-tris(trifluoromethyl)benzidine, 2,2',3,3'-tetrakis(trifluoromethyl)benzidine, 2,2',5,5'-tetrakis(trifluoromethyl)benzidine, and 2,2',6,6'-tetrakis(trifluoromethyl)benzidine.
中でも、ビフェニルの2位にフルオロアルキル基を有するフルオロアルキル置換ベンジジンが好ましく、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(以下「TFMB」と記載)が特に好ましい。ビフェニルの2位および2’位にフルオロアルキル基を有することにより、フルオロアルキル基の電子求引性によるπ電子密度の低下に加えて、フルオロアルキル基の立体障害によって、ビフェニルの2つのベンゼン環の間の結合がねじれてπ共役の平面性が低下するため、吸収端波長が短波長シフトして、ポリイミドの着色が低減するとともに、有機溶媒への溶解性が高められる傾向がある。 Among these, fluoroalkyl-substituted benzidines having a fluoroalkyl group at the 2-position of biphenyl are preferred, and 2,2'-bis(trifluoromethyl)benzidine (hereinafter referred to as "TFMB") is particularly preferred. Having fluoroalkyl groups at the 2- and 2' positions of biphenyl reduces the π-electron density due to the electron-withdrawing properties of the fluoroalkyl group. Furthermore, the steric hindrance of the fluoroalkyl group causes the bond between the two benzene rings of biphenyl to twist, reducing the planarity of the π-conjugation. This shifts the absorption edge wavelength to a shorter wavelength, reducing the coloration of the polyimide and tending to improve its solubility in organic solvents.
フルオロアルキル置換ベンジジン以外の、フルオロアルキル基を有するジアミンとしては、1,4-ジアミノ-2-(トリフルオロメチル)ヘンゼン、1,4-ジアミノ-2,3-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、1,4-ジアミノ-2,5-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、1、4-ジアミノ-2,6-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン、1,4-ジアミノ-2,3,5-トリス(トリフルオロメチル)ベンゼン、1、4-ジアミノ、2,3,5,6-テトラキス(トリフルオロメチル)ベンゼン等のフルオロアルキル基が結合した芳香環を有するジアミン;2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、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等の芳香環に直接結合していないフルオロアルキル基を有するジアミンが挙げられる。 Examples of diamines having fluoroalkyl groups other than fluoroalkyl-substituted benzidines include diamines having aromatic rings to which fluoroalkyl groups are bonded, such as 1,4-diamino-2-(trifluoromethyl)benzene, 1,4-diamino-2,3-bis(trifluoromethyl)benzene, 1,4-diamino-2,5-bis(trifluoromethyl)benzene, 1,4-diamino-2,6-bis(trifluoromethyl)benzene, 1,4-diamino-2,3,5-tris(trifluoromethyl)benzene, and 1,4-diamino, 2,3,5,6-tetrakis(trifluoromethyl)benzene; and diamines having fluoroalkyl groups not directly bonded to the aromatic ring, such as 2,2-bis(4-aminophenyl)hexafluoropropane, 2,2-bis(3-aminophenyl)hexafluoropropane, and 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluoropropane.
ジアミンとして、フルオロアルキル基を有するジアミンとジカルボン酸の縮合構造を含むジアミンを用いてもよい。上記の様に、ジカルボン酸の両端にジアミンが結合して生成したアミドは、一般式(IV)の構造を含み、両端にアミノ基を有することから、アミド構造を含むジアミンと捉えることもできる。そのため、フルオロアルキル基を有するジアミンとジカルボン酸との縮合物も、フルオロアルキル基を有するジアミンの一種といえる。 As the diamine, a diamine containing a condensation structure of a diamine with a fluoroalkyl group and a dicarboxylic acid may be used. As described above, the amide formed by bonding diamines to both ends of a dicarboxylic acid contains the structure of general formula (IV) and has amino groups at both ends, so it can also be considered a diamine containing an amide structure. Therefore, a condensate of a diamine with a fluoroalkyl group and a dicarboxylic acid can also be considered a type of diamine containing a fluoroalkyl group.
一般式(VI)では、1つのジカルボン酸と2つのジアミンが縮合した構造を示しているが、2つのジカルボン酸と3つのジアミンが縮合していてもよく、3以上のジカルボン酸と4以上のジアミンが縮合していてもよい。 While general formula (VI) shows a structure in which one dicarboxylic acid and two diamines are condensed, it may also be a structure in which two dicarboxylic acids and three diamines are condensed, or a structure in which three or more dicarboxylic acids and four or more diamines are condensed.
ジカルボン酸としては、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸等の脂肪族ジカルボン酸;テレフタル酸、イソフタル酸、2-クロロテレフタル酸、2-メチルテレフタル酸、5-メチルイソフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、4,4’-オキシビス安息香酸、ビフェニル-4,4’-ジカルボン酸、2―フルオロテレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸;1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、1,2-ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロペンタンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸;2,5-チオフェンジカルボン酸、2,5-フランジカルボン酸等の複素環式ジカルボン酸が挙げられる。ジアミンとジカルボン酸の縮合構造を含む化合物の調製においては、ジカルボン酸に代えて、ジカルボン酸ジクロリドまたはジカルボン酸無水物を用いてもよい。 Examples of dicarboxylic acids include aliphatic dicarboxylic acids such as adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, and dodecanedioic acid; aromatic dicarboxylic acids such as terephthalic acid, isophthalic acid, 2-chloroterephthalic acid, 2-methylterephthalic acid, 5-methylisophthalic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 4,4'-oxybisbenzoic acid, biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid, and 2-fluoroterephthalic acid; alicyclic dicarboxylic acids such as 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,2-hexahydroterephthalic acid, hexahydroisophthalic acid, cyclohexanedicarboxylic acid, and 1,3-cyclopentanedicarboxylic acid; and heterocyclic dicarboxylic acids such as 2,5-thiophenedicarboxylic acid and 2,5-franzicarboxylic acid. In the preparation of compounds containing a condensation structure of a diamine and a dicarboxylic acid, dicarboxylic acid dichlorides or dicarboxylic acid anhydrides may be used instead of dicarboxylic acids.
フルオロアルキル基を有するジアミンとジカルボン酸の縮合構造を含むジアミンの具体例として、TFMB等のフルオロアルキル置換ベンジジンと、ジカルボン酸との縮合物が挙げられる。ジカルボン酸としては、テレフタル酸および/またはイソフタル酸が、特に好ましい。例えば、テレフタル酸の両端にTFMBが縮合したジアミンは、下記式(4)の構造を有する。 Specific examples of diamines containing a condensation structure of a diamine with a fluoroalkyl group and a dicarboxylic acid include condensates of fluoroalkyl-substituted benzidines such as TFMB and dicarboxylic acids. Terephthalic acid and/or isophthalic acid are particularly preferred as the dicarboxylic acid. For example, a diamine in which TFMB is condensed at both ends of terephthalic acid has the structure of formula (4) below.
(フルオロアルキル基を有する酸二無水物)
フルオロアルキル基を有するテトラカルボン酸二無水物としては、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2-ビス{4-[4-(1,2-ジカルボキシ)フェノキシ]フェニル}-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン二無水物、1,4-ビス(トリフルオロメチル)ピロメリット酸二無水物、4-トリフルオロメチルピロメリット酸二無水物、3,6-ジ[3’,5’-ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ピロメリット酸二無水物、1-[3’,5’-ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ピロメリット酸二無水物、N,N’-[[2,2,2―トリフルオロ-1-(トリフルオロメチル)エチリデン]ビス(6-ヒドロキシ-3,1-フェニレン)]ビス[1,3―ジハイドロ-1,3―ジオキソ-5-イソベンゾフランカルボキサミド]等が挙げられる。中でも、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン二無水物(以下「6FDA」と記載)が特に好ましい。
(Acid dianhydrides containing fluoroalkyl groups)
Examples of tetracarboxylic dianhydrides having a fluoroalkyl group include 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)-1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride, 2,2-bis{4-[4-(1,2-dicarboxy)phenoxy]phenyl}-1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride, 1,4-bis(trifluoromethyl)pyromellitic acid dianhydride, and 4-trifluoromethylpyromellitic acid di Examples include anhydrides, 3,6-di[3',5'-bis(trifluoromethyl)phenyl]pyromellitic dianhydride, 1-[3',5'-bis(trifluoromethyl)phenyl]pyromellitic dianhydride, N,N'-[[2,2,2-trifluoro-1-(trifluoromethyl)ethylidene]bis(6-hydroxy-3,1-phenylene)]bis[1,3-dihydro-1,3-dioxo-5-isobenzofurancarboxamide], etc. Among these, 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)-1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride (hereinafter referred to as "6FDA") is particularly preferred.
(他のジアミン)
ポリイミドは、ジアミン成分として、フルオロアルキル基を有さないジアミンを含んでいてもよい。フルオロアルキル基を有さないジアミンの中で、アクリル系樹脂との相溶性に優れるジアミン成分の例として、脂環式構造を有するジアミン、フルオレン構造を有するジアミン、スルホン基を有するジアミン、フルオロアルキル基以外のフッ素含有基を有するジアミンが挙げられる。
(Other diamines)
Polyimides may contain diamines without fluoroalkyl groups as diamine components. Examples of diamine components without fluoroalkyl groups that exhibit excellent compatibility with acrylic resins include diamines having an alicyclic structure, diamines having a fluorene structure, diamines having a sulfone group, and diamines having a fluorine-containing group other than a fluoroalkyl group.
脂環式構造を有するジアミンとしては、イソホロンジアミン、1,2-シクロヘキサンジアミン、1,3-シクロヘキサンジアミン、1,4-シクロヘキサンジアミン、1,2-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ビス(アミノメチル)ノルボルネン、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、4,4’-メチレンビス(2-メチルシクロヘキシルアミン)、アダマンタン-1,3-ジアミン、2,6-ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2,5-ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、1,1-ビス(4-アミノフェニル)シクロヘキサン等が挙げられる。 Examples of diamines having an alicyclic structure include isophorone diamine, 1,2-cyclohexanediamine, 1,3-cyclohexanediamine, 1,4-cyclohexanediamine, 1,2-bis(aminomethyl)cyclohexane, 1,3-bis(aminomethyl)cyclohexane, 1,4-bis(aminomethyl)cyclohexane, bis(aminomethyl)norbornene, 4,4'-methylenebis(cyclohexylamine), bis(4-aminocyclohexyl)methane, 4,4'-methylenebis(2-methylcyclohexylamine), adamantane-1,3-diamine, 2,6-bis(aminomethyl)bicyclo[2.2.1]heptane, 2,5-bis(aminomethyl)bicyclo[2.2.1]heptane, and 1,1-bis(4-aminophenyl)cyclohexane.
フルオレン構造を有するジアミンの例として、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレンが挙げられる。 An example of a diamine having a fluorene structure is 9,9-bis(4-aminophenyl)fluorene.
スルホン基を有するジアミンとしては、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、3,4’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、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、4,4’-ビス[4-(4-アミノ-α,α-ジメチルベンジル)フェノキシ]ジフェニルスルホン、4,4’-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ]ジフェニルスルホン等が挙げられる。これらの中でも、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等のジアミノジフェニルスルホンが好ましい。 Examples of diamines having a sulfone group include 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 3,4'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, bis[4-(3-aminophenoxy)phenyl] sulfone, bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl] sulfone, 4,4'-bis[4-(4-amino-α,α-dimethylbenzyl)phenoxy] diphenyl sulfone, and 4,4'-bis[4-(4-aminophenoxy)phenoxy] diphenyl sulfone. Among these, diaminodiphenyl sulfones such as 3,3'-diaminodiphenyl sulfone and 4,4'-diaminodiphenyl sulfone are preferred.
フッ素含有ジアミンとしては、2-フルオロベンジジン、3-フルオロベンジジン、2,3-ジフルオロベンジジン、2,5-ジフルオロベンジジン、2、6-ジフルオロベンジジン、2,3,5-トリフルオロベンジジン、2,3,6-トリフルオロベンジジン、2,3,5,6-テトラフルオロベンジジン、2,2’-ジフルオロベンジジン、3,3’-ジフルオロベンジジン、2,3’-ジフルオロベンジジン、2,2’,3-トリフルオロベンジジン、2,3,3’-トリフルオロベンジジン、2,2’,5-トリフルオロベンジジン、2,2’,6-トリフルオロベンジジン、2,3’,5-トリフルオロベンジジン、2,3’,6-トリフルオロベンジジン、2,2’,3,3’-テトラフルオロベンジジン、2,2’,5,5’-テトラフルオロベンジジン、2,2’,6,6’-テトラフルオロベンジジン、2,2’,3,3’,6,6’-ヘキサフルオロベンジジン、2,2’,3,3’,5,5’、6,6’-オクタフルオロベンジジン、1,4-ジアミノ-2-フルオロベンゼン、1,4-ジアミノ-2,3-ジフルオロベンゼン、1,4-ジアミノ-2,5-ジフルオロベンゼン、1、4-ジアミノ-2,6-ジフルオロベンゼン、1,4-ジアミノ-2,3,5-トリフルオロベンゼン、1,4-ジアミノ-2,3,5,6-テトラフルオロベンゼン、2,2’-ジメチルベンジジン等が挙げられる。 Examples of fluorine-containing diamines include 2-fluorobenzidine, 3-fluorobenzidine, 2,3-difluorobenzidine, 2,5-difluorobenzidine, 2,6-difluorobenzidine, 2,3,5-trifluorobenzidine, 2,3,6-trifluorobenzidine, 2,3,5,6-tetrafluorobenzidine, 2,2'-difluorobenzidine, 3,3'-difluorobenzidine, 2,3'-difluorobenzidine, 2,2',3-trifluorobenzidine, 2,3,3'-trifluorobenzidine, 2,2',5-trifluorobenzidine, 2,2',6-trifluorobenzidine, 2,3',5-trifluorobenzidine, and 2,3',6-trifluorobenzidine. Examples include din, 2,2',3,3'-tetrafluorobenzidine, 2,2',5,5'-tetrafluorobenzidine, 2,2',6,6'-tetrafluorobenzidine, 2,2',3,3',6,6'-hexafluorobenzidine, 2,2',3,3',5,5',6,6'-octafluorobenzidine, 1,4-diamino-2-fluorobenzene, 1,4-diamino-2,3-difluorobenzene, 1,4-diamino-2,5-difluorobenzene, 1,4-diamino-2,6-difluorobenzene, 1,4-diamino-2,3,5-trifluorobenzene, 1,4-diamino-2,3,5,6-tetrafluorobenzene, and 2,2'-dimethylbenzidine.
上記以外のジアミンの例として、p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、o-フェニレンジアミン、p-キシレンジアミン、m-キシレンジアミン、o-キシレンジアミン、3,3’-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、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,3’-ジアミノジフェニルスルフィド、3,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、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、3,4’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、2,2-ジ(3-アミノフェニル)プロパン、2,2-ジ(4-アミノフェニル)プロパン、2-(3-アミノフェニル)-2-(4-アミノフェニル)プロパン、1,1-ジ(3-アミノフェニル)-1-フェニルエタン、1,1-ジ(4-アミノフェニル)-1-フェニルエタン、1-(3-アミノフェニル)-1-(4-アミノフェニル)-1-フェニルエタン、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、1,4-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-アミノベンゾイル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノベンゾイル)ベンゼン、1,4-ビス(3-アミノベンゾイル)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノベンゾイル)ベンゼン、1,3-ビス(3-アミノ-α,α-ジメチルベンジル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノ-α,α-ジメチルベンジル)ベンゼン、1,4-ビス(3-アミノ-α,α-ジメチルベンジル)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノ-α,α-ジメチルベンジル)ベンゼン、2,6-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゾニトリル、2,6-ビス(3-アミノフェノキシ)ピリジン、4,4’-ビス(3-アミノフェノキシ)ビフェニル、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]ケトン、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、2,2-ビス[4-(3-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]プロパン、1,3-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,3-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,4-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,4-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,3-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)-α,α-ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-α,α-ジメチルベンジル]ベンゼン、1,4-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)-α,α-ジメチルベンジル]ベンゼン、1,4-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-α,α-ジメチルベンジル]ベンゼン、4,4’-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ジフェニルエーテル、4,4’-ビス[4-(4-アミノ-α,α-ジメチルベンジル)フェノキシ]ベンゾフェノン、3,3’-ジアミノ-4,4’-ジフェノキシベンゾフェノン、3,3’-ジアミノ-4,4’-ジビフェノキシベンゾフェノン、3,3’-ジアミノ-4-フェノキシベンゾフェノン、3,3’-ジアミノ-4-ビフェノキシベンゾフェノン、6,6’-ビス(3-アミノフェノキシ)-3,3,3’,3’-テトラメチル-1,1’-スピロビインダン、6,6’-ビス(4-アミノフェノキシ)-3,3,3’,3’-テトラメチル-1,1’-スピロビインダン等の芳香族ジアミンが挙げられる。 Examples of diamines other than those listed above include p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, o-phenylenediamine, p-xylenediamine, m-xylenediamine, o-xylenediamine, 3,3'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 3,3'-diaminodiphenyl sulfide, 3,4'-diaminodiphenyl sulfide, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide, and 3,3'-diaminoben Zophenone, 4,4'-diaminobenzophenone, 3,4'-diaminobenzophenone, 3,3'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,4'-diaminodiphenylmethane, 2,2-di(3-aminophenyl)propane, 2,2-di(4-aminophenyl)propane, 2-(3-aminophenyl)-2-(4-aminophenyl)propane, 1,1-di(3-aminophenyl)-1-phenylethane, 1,1-di(4-aminophenyl)-1 - Phenylethane, 1-(3-aminophenyl)-1-(4-aminophenyl)-1-phenylethane, 1,3-bis(3-aminophenoxy)benzene, 1,3-bis(4-aminophenoxy)benzene, 1,4-bis(3-aminophenoxy)benzene, 1,4-bis(4-aminophenoxy)benzene, 1,3-bis(3-aminobenzoyl)benzene, 1,3-bis(4-aminobenzoyl)benzene, 1,4-bis(3-aminobenzoyl)benzene, 1,4- Bis(4-aminobenzoyl)benzene, 1,3-bis(3-amino-α,α-dimethylbenzyl)benzene, 1,3-bis(4-amino-α,α-dimethylbenzyl)benzene, 1,4-bis(3-amino-α,α-dimethylbenzyl)benzene, 1,4-bis(4-amino-α,α-dimethylbenzyl)benzene, 2,6-bis(3-aminophenoxy)benzonitrile, 2,6-bis(3-aminophenoxy)pyridine, 4,4'-bis(3-aminophenoxy)bis(4-aminophenoxy) Phenyl, 4,4'-bis(4-aminophenoxy)biphenyl, bis[4-(3-aminophenoxy)phenyl]ketone, bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]ketone, bis[4-(3-aminophenoxy)phenyl]sulfide, bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]sulfide, bis[4-(3-aminophenoxy)phenyl]ether, bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]ether, 2,2-bis[4-(3-aminophenoxy) phenyl]propane, 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane, 1,3-bis[4-(3-aminophenoxy)benzoyl]benzene, 1,3-bis[4-(4-aminophenoxy)benzoyl]benzene, 1,4-bis[4-(3-aminophenoxy)benzoyl]benzene, 1,4-bis[4-(4-aminophenoxy)benzoyl]benzene, 1,3-bis[4-(3-aminophenoxy)-α,α-dimethylbenzyl]benzene, 1,3- Bis[4-(4-aminophenoxy)-α,α-dimethylbenzyl]benzene, 1,4-bis[4-(3-aminophenoxy)-α,α-dimethylbenzyl]benzene, 1,4-bis[4-(4-aminophenoxy)-α,α-dimethylbenzyl]benzene, 4,4'-bis[4-(4-aminophenoxy)benzoyl]diphenyl ether, 4,4'-bis[4-(4-amino-α,α-dimethylbenzyl)phenoxy]benzophenone, 3,3'-diamino-4,4' Examples of aromatic diamines include -diphenoxybenzophenone, 3,3'-diamino-4,4'-diviphenoxybenzophenone, 3,3'-diamino-4-phenoxybenzophenone, 3,3'-diamino-4-biphenoxybenzophenone, 6,6'-bis(3-aminophenoxy)-3,3,3',3'-tetramethyl-1,1'-spirobidane, and 6,6'-bis(4-aminophenoxy)-3,3,3',3'-tetramethyl-1,1'-spirobidane.
ジアミンとして、ビス(アミノメチル)エーテル、ビス(2-アミノエチル)エーテル、ビス(3-アミノプロピル)エーテル、ビス(2-アミノメトキシ)エチル]エーテル、ビス[2-(2-アミノエトキシ)エチル]エーテル、ビス[2-(3-アミノプロトキシ)エチル]エーテル、1,2-ビス(アミノメトキシ)エタン、1,2-ビス(2-アミノエトキシ)エタン、1,2-ビス[2-(アミノメトキシ)エトキシ]エタン、1,2-ビス[2-(2-アミノエトキシ)エトキシ]エタン、エチレングリコールビス(3-アミノプロピル)エーテル、ジエチレングリコールビス(3-アミノプロピル)エーテル、トリエチレングリコールビス(3-アミノプロピル)エーテル、エチレンジアミン、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-ジアミノヘキサン、1,7-ジアミノヘプタン、1,8-ジアミノオクタン、1,9-ジアミノノナン、1,10-ジアミノデカン、1,11-ジアミノウンデカン、1,12-ジアミノドデカン、1,3-ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3-ビス(4-アミノブチル)テトラメチルジシロキサン、α,ω-ビス(3-アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン、α,ω-ビス(3-アミノブチル)ポリジメチルシロキサン等の鎖状ジアミンを用いることもできる。 Diamines include bis(aminomethyl) ether, bis(2-aminoethyl) ether, bis(3-aminopropyl) ether, bis(2-aminomethoxy)ethyl ether, bis[2-(2-aminoethoxy)ethyl] ether, bis[2-(3-aminoprotoxy)ethyl] ether, 1,2-bis(aminomethoxy)ethane, 1,2-bis(2-aminoethoxy)ethane, 1,2-bis[2-(aminomethoxy)ethoxy]ethane, 1,2-bis[2-(2-aminoethoxy)ethoxy]ethane, ethylene glycol bis(3-aminopropyl) ether, diethylene glycol bis(3-aminopropyl) ether, triethylene glycol Chain-like diamines such as rubis(3-aminopropyl) ether, ethylenediamine, 1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,5-diaminopentane, 1,6-diaminohexane, 1,7-diaminoheptane, 1,8-diaminooctane, 1,9-diaminononane, 1,10-diaminodecane, 1,11-diaminoundecane, 1,12-diaminododecane, 1,3-bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane, 1,3-bis(4-aminobutyl)tetramethyldisiloxane, α,ω-bis(3-aminopropyl)polydimethylsiloxane, and α,ω-bis(3-aminobutyl)polydimethylsiloxane can also be used.
(他の酸二無水物)
ポリイミドは、酸二無水物成分として、フルオロアルキル基を有さない酸二無水物を含んでいてもよい。フルオロアルキル基を有さない酸二無水物の中で、アクリル系樹脂との相溶性に優れる酸二無水物の例として、ビス(無水トリメリット酸)エステルが挙げられる。ビス(無水トリメリット酸)エステルは、下記一般式(1)で表される。
(Other acid dianhydrides)
Polyimide may contain an acid dianhydride without a fluoroalkyl group as an acid dianhydride component. Among acid dianhydrides without a fluoroalkyl group, bis(trimellitic anhydride) ester is an example of an acid dianhydride with excellent compatibility with acrylic resins. Bis(trimellitic anhydride) ester is represented by the following general formula (1).
一般式(1)におけるQは、任意の2価の有機基であり、Qの両端において、カルボキシ基とQの炭素原子が結合している。カルボキシ基に結合する炭素原子は、環構造を形成していてもよい。2価の有機基Qの具体例としては、下記(A)~(K)が挙げられる。 In general formula (1), Q is any divalent organic group, with carboxyl groups bonded to the carbon atoms of Q at both ends. The carbon atoms bonded to the carboxyl groups may form a ring structure. Specific examples of divalent organic group Q are listed below (A) to (K).
式(A)におけるR1は、フッ素原子、炭素原子数1~20のアルキル基、または炭素原子数1~20のフルオロアルキル基であり、mは1~4の整数である。式(A)で表される基は、ベンゼン環上に置換基を有するヒドロキノン誘導体から2つの水酸基を除いた基である。ベンゼン環上に置換基を有するヒドロキノンとしては、tert-ブチルヒドロキノン、2,5-ジ-tert-ブチルヒドロキノン、2,5-ジ-tert-アミルヒドロキノン等が挙げられる。なお、R1が炭素原子数1~20のフルオロアルキル基である場合、ビス(無水トリメリット酸)エステルはフルオロアルキル基を有するテトラカルボン酸二無水物に該当する。 In formula (A), R1 is a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a fluoroalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and m is an integer from 1 to 4. The group represented by formula (A) is a hydroquinone derivative having substituents on a benzene ring, with two hydroxyl groups removed. Examples of hydroquinones having substituents on a benzene ring include tert-butylhydroquinone, 2,5-di-tert-butylhydroquinone, and 2,5-di-tert-amylhydroquinone. When R1 is a fluoroalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, the bis(trimellitic anhydride) ester corresponds to a tetracarboxylic dianhydride having a fluoroalkyl group.
式(B)におけるR2は、フッ素原子、炭素原子数1~20のアルキル基、または炭素原子数1~20のフルオロアルキル基であり、nは0~4の整数である。式(B)で表される基は、ベンゼン環上に置換基を有していてもよいビフェノールから2つの水酸基を除いた基である。ベンゼン環上に置換基を有するビフェノール誘導体としては、2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジオール、3,3’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジオール、3,3’,5,5’-テトラメチルビフェニル-4,4’-ジオール、2,2’,3,3’,5,5’-ヘキサメチルビフェニル-4,4’-ジオール等が挙げられる。なお、R2が炭素原子数1~20のフルオロアルキル基である場合、ビス(無水トリメリット酸)エステルはフルオロアルキル基を有するテトラカルボン酸二無水物に該当する。 In formula (B), R2 is a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a fluoroalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and n is an integer from 0 to 4. The group represented by formula (B) is a biphenol which may have substituents on the benzene ring, with two hydroxyl groups removed. Examples of biphenol derivatives having substituents on the benzene ring include 2,2'-dimethylbiphenyl-4,4'-diol, 3,3'-dimethylbiphenyl-4,4'-diol, 3,3',5,5'-tetramethylbiphenyl-4,4'-diol, and 2,2',3,3',5,5'-hexamethylbiphenyl-4,4'-diol. When R2 is a fluoroalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, the bis(trimellitic anhydride) ester corresponds to a tetracarboxylic dianhydride having a fluoroalkyl group.
式(C)で表される基は、4,4’-イソプロピリデンジフェノール(ビスフェノールA)から2つの水酸基を除いた基である。式(D)で表される基は、レゾルシノールから2つの水酸基を除いた基である。 The group represented by formula (C) is the group obtained by removing two hydroxyl groups from 4,4'-isopropylidenediphenol (bisphenol A). The group represented by formula (D) is the group obtained by removing two hydroxyl groups from resorcinol.
式(E)におけるpは1~10の整数である。式(E)で表される基は、炭素数1~10の直鎖のジオールから2つの水酸基を除いた基である。炭素数1~10の直鎖のジオールとしては、エチレングリコール、1,4-ブタンジオール等が挙げられる。 In formula (E), p is an integer between 1 and 10. The group represented by formula (E) is a straight-chain diol with 1 to 10 carbon atoms from which two hydroxyl groups have been removed. Examples of straight-chain diols with 1 to 10 carbon atoms include ethylene glycol and 1,4-butanediol.
式(F)で表される基は、1,4-シクロヘキサンジメタノールから2つの水酸基を除いた基である。 The group represented by formula (F) is the group obtained by removing two hydroxyl groups from 1,4-cyclohexanedimethanol.
式(G)におけるR3は、水素原子、フッ素原子、炭素原子数1~20のアルキル基、または炭素原子数1~20のフルオロアルキル基であり、qは0~4の整数である。式(G)で表される基は、フェノール性水酸基を有するベンゼン環上に置換基を有していてもよいビスフェノールフルオレンから2つの水酸基を除いた基である。フェノール性水酸基を有するベンゼン環上に置換基を有するビスフェノールフルオレン誘導体としては、ビスクレゾールフルオレン等が挙げられる。なお、R3が炭素原子数1~20のフルオロアルキル基である場合、ビス(無水トリメリット酸)エステルはフルオロアルキル基を有するテトラカルボン酸二無水物に該当する。 In formula (G), R3 is a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a fluoroalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and q is an integer from 0 to 4. The group represented by formula (G) is a group obtained by removing two hydroxyl groups from bisphenol fluorene, which may have substituents on a benzene ring having phenolic hydroxyl groups. Examples of bisphenol fluorene derivatives having substituents on a benzene ring having phenolic hydroxyl groups include biscresol fluorene. When R3 is a fluoroalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, the bis(trimellitic anhydride) ester corresponds to a tetracarboxylic dianhydride having a fluoroalkyl group.
ビス(無水トリメリット酸)エステルは芳香族エステルであることが好ましく、Qとしては、上記(A)~(K)の中では、(A)(B)(C)(D)(G)(H)(I)が好ましい。中でも、(A)~(D)が好ましく、(B)および(C)が特に好ましい。Qが一般式(B)で表される基である場合、ポリイミドの溶解性の観点から、Qは、下記の式(B1)で表される2,2’,3,3’,5,5’-ヘキサメチルビフェニル-4,4’-ジイルであること好ましい。 The bis(trimellitic anhydride) ester is preferably an aromatic ester, and among (A) to (K) above, (A), (B), (C), (D), (G), (H), and (I) are preferred as Q. Of these, (A) to (D) are preferred, and (B) and (C) are particularly preferred. When Q is a group represented by general formula (B), from the viewpoint of polyimide solubility, Q is preferably 2,2',3,3',5,5'-hexamethylbiphenyl-4,4'-diyl represented by the following formula (B1).
一般式(1)においてQが式(B1)で表される基である酸二無水物は、下記の式(3)で表されるビス(1,3-ジオキソ-1,3-ジヒドロイソベンゾフラン-5-カルボン酸)-2,2’,3,3’,5,5’-ヘキサメチルビフェニル-4,4’ジイル(略称:TAHMBP)である。 In general formula (1), the acidic dianhydride in which Q is the group represented by formula (B1) is bis(1,3-dioxo-1,3-dihydroisobenzofuran-5-carboxylic acid)-2,2',3,3',5,5'-hexamethylbiphenyl-4,4'diyl (abbreviation: TAHMBP), represented by the following formula (3).
上記以外に、アクリル系樹脂との相溶性に優れる酸二無水物成分の例として、脂環式テトラカルボン酸二無水物、エーテル結合を有する酸二無水物、および芳香族酸二無水物が挙げられる。脂環式テトラカルボン酸二無水物は、少なくとも1つの脂環構造を有していればよく、1分子中に脂環と芳香環の両方を有していてもよい。脂環は多環でもよく、スピロ構造を有していてもよい。 In addition to the above, examples of acid dianhydride components with excellent compatibility with acrylic resins include alicyclic tetracarboxylic dianhydrides, acid dianhydrides having ether bonds, and aromatic acid dianhydrides. Alicyclic tetracarboxylic dianhydrides only need to have at least one alicyclic structure, and may have both alicyclic and aromatic rings in a single molecule. The alicyclic ring may be polycyclic and may have a spiro structure.
脂環式テトラカルボン酸二無水物としては、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,3-ジメチルシクロブタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-テトラメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物、メソ-ブタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸二無水物、1,1’-ビシクロヘキサン-3,3’,4,4’テトラカルボン酸-3,4:3’,4’-二無水物、ノルボルナン-2-スピロ-α-シクロペンタノン-α’-スピロ-2”-ノルボルナン-5,5”,6,6”-テトラカルボン酸二無水物、2,2’-ビノルボルナン-5,5’,6,6’テトラカルボン酸二無水物、3-(カルボキシメチル)-1,2,4-シクロペンタントリカルボン酸1,4:2,3-二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタ-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、4-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-1,2-ジカルボン酸無水物、シクロヘキサン-1,4-ジイルビス(メチレン)ビス(1,3-ジオキソ-1,3-ジハイドロイソベンゾフラン-5-カルボキシレート)、5-(2,5-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、5,5’-[シクロヘキシリデンビス(4,1-フェニレンオキシ)]ビス-1,3-イソベンゾフランジオン、5-イソベンゾフランカルボン酸,1,3-ジハイドロ-1,3-ジオキソ-,5,5’-[1,4-シクロヘキサンジイルビス(メチレン)]エステル、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、3,5,6-トリカルボキシノルボルナン-2-酢酸2,3:5,6-二無水物、デカハイドロ-1,4,5,8-ジメタノナフタレン-2,3,6,7-テトラカルボン酸二無水物、トリシクロ[6.4.0.0(2,7)]ドデカン-1,8:2,7-テトラカルボン酸二無水物、オクタヒドロ-1H,3H,8H,10H-ビフェニレノ[4a,4b-c:8a,8b-c’]ジフラン-1,3,8,10-テトロン、エチレングリコールビス(水素化トリメリット酸無水物)エステル、デカハイドロ[2]ベンゾピラノ[6,5,4,-def][2]ベンゾピラン-1,3、6,8-テトロン、等が挙げられる。 Examples of alicyclic tetracarboxylic dianhydrides include 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, 1,3-dimethylcyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-tetramethyl-1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-butanetetracarboxylic dianhydride, meso-butane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, and 1,1'-bicyclohexane-3,3',4,4'tetracarboxylic-3,4:3',4'-dianhydride. Norbornane-2-spiro-α-cyclopentanone-α'-spiro-2"-norbornane-5,5",6,6"-tetracarboxylic dianhydride, 2,2'-binorbornane-5,5',6,6'tetracarboxylic dianhydride, 3-(carboxymethyl)-1,2,4-cyclopentanetricarboxylic acid 1,4:2,3-dianhydride, bicyclo[2.2.2]octa-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, 4-(2,5-dioxotetrahydrofuran-3-yl)-1,2,3,4-tetrahydronaphthalene-1,2-dicarboxylic anhydride, cyclohexane-1,4-diylbis(methylene)bis(1,3-dioxy So-1,3-dihydroisobenzofuran-5-carboxylate), 5-(2,5-dioxotetrahydrofuryl)-3-methyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic acid anhydride, 5,5'-[cyclohexyllidenebis(4,1-phenyleneoxy)]bis-1,3-isobenzofranion, 5-isobenzofurancarboxylic acid, 1,3-dihydro-1,3-dioxo-,5,5'-[1,4-cyclohexanediylbis(methylene)]ester, bicyclo[2.2.1]heptane-2,3,5,6-tetracarboxylic acid dianhydride, bicyclo[2.2.2]octane-2,3,5,6-tetracarboxylic acid dianhydride, 3 Examples include 5,6-tricarboxynorbornane-2-acetic acid 2,3:5,6-dianhydride, decahydro-1,4,5,8-dimethanonaphthalene-2,3,6,7-tetracarboxylic acid dianhydride, tricyclo[6.4.0.0(2,7)]dodecane-1,8:2,7-tetracarboxylic acid dianhydride, octahydro-1H,3H,8H,10H-biphenyleno[4a,4b-c:8a,8b-c']difuran-1,3,8,10-tetron, ethylene glycol bis(hydrogenated trimellitic anhydride) ester, decahydro[2]benzopyrano[6,5,4,-def][2]benzopyran-1,3,6,8-tetron, etc.
脂環式テトラカルボン酸二無水物の中でも、ポリイミドの透明性および機械強度の観点から、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物(CPDA)、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(H-PMDA)または1,1’-ビシクロヘキサン-3,3’,4,4’テトラカルボン酸-3,4:3’,4’-二無水物(H-BPDA)が好ましく、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物が特に好ましい。 Among alicyclic tetracarboxylic dianhydrides, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride (CBDA), 1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic dianhydride (CPDA), 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride (H-PMDA), or 1,1'-bicyclohexane-3,3',4,4'tetracarboxylic-3,4:3',4'-dianhydride (H-BPDA) are preferred from the viewpoint of polyimide transparency and mechanical strength, with 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride being particularly preferred.
アクリル系樹脂との相溶性に優れるエーテル結合を有する酸二無水物としては、3,4’-オキシジフタル酸無水物、4,4’-オキシジフタル酸無水物、4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸無水物、等が挙げられる。エーテル結合を有する酸二無水物の中でも、アクリル樹脂との相溶性の観点から、4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸無水物が好ましい。 Examples of acid dianhydrides having ether bonds that exhibit excellent compatibility with acrylic resins include 3,4'-oxydiphthalic anhydride, 4,4'-oxydiphthalic anhydride, and 4,4'-(4,4'-isopropylidenediphenoxy)diphthalic anhydride. Among these ether-bonded acid dianhydrides, 4,4'-(4,4'-isopropylidenediphenoxy)diphthalic anhydride is preferred from the viewpoint of compatibility with acrylic resins.
アクリル系樹脂との相溶性に優れる酸二無水物成分としての芳香族酸無水物としては、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、2,2’,3,3’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、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’-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、5,5’-ジメチルメチレンビス(フタル酸無水物)、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、ターフェニルテトラカルボン酸二無水物、9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物、N,N’-(9H-フルオレン-9-イリデンジ-4,1-フェニレン)ビス[1,3-ジハイドロ-1,3-ジオキソ-5-イソベンゾフランカルボキサミド]、1,4-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパンジベンゾエート-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物、11,11-ジメチル-1H-ジフロ[3,4-b:3’,4’-i]キサンテン-1,3,7,9(11H)-テトロン、4-(2,5―ジオキソテトラハイドロフラン-3-イル)-1,2,3,4-テトラハイドロナフタレン-1,2-ジカルボン酸二無水物、等が挙げられる。 Aromatic acid anhydrides that have excellent compatibility with acrylic resins as acid dianhydrides include pyromellitic acid dianhydride, 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic acid dianhydride, 2,2',3,3'-benzophenonetetracarboxylic acid dianhydride, 2,2',3,3'-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride, 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride, 3,3',4,4'-diphenylsulfonetetracarboxylic acid dianhydride, 5,5'-dimethylmethylenebis(phthalic acid anhydride), 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic acid dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid dianhydride, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic acid dianhydride, terphenyltetracarboxylic acid dianhydride, Examples include 9,9-bis(3,4-dicarboxyphenyl)fluorenodioanhydride, N,N'-(9H-fluorene-9-ylidenedi-4,1-phenylene)bis[1,3-dihydro-1,3-dioxo-5-isobenzofurancarboxamide], 1,4-bis(3,4-dicarboxyphenoxy)benzene dianhydride, 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propanedibenzoate-3,3',4,4'-tetracarboxylic dianhydride, 11,11-dimethyl-1H-difluoro[3,4-b:3',4'-i]xanthene-1,3,7,9(11H)-tetron, and 4-(2,5-dioxotetrahydrofuran-3-yl)-1,2,3,4-tetrahydronaphthalene-1,2-dicarboxylic dianhydride.
上記以外の芳香族酸二無水物の例として、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、1,1-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、1,3-ビス[(3,4-ジカルボキシ)ベンゾイル]ベンゼン二無水物、1,4-ビス[(3,4-ジカルボキシ)ベンゾイル]ベンゼン二無水物、2,2-ビス{4-[4-(1,2-ジカルボキシ)フェノキシ]フェニル}プロパン二無水物、2,2-ビス{4-[4-(3,4-ジカルボキシ)フェノキシ]フェニル}プロパン二無水物、2,2-ビス{4-[3-(1,2-ジカルボキシ)フェノキシ]フェニル}プロパン二無水物、ビス{4-[4-(1,2-ジカルボキシ)フェノキシ]フェニル}ケトン二無水物、ビス{4-[3-(1,2-ジカルボキシ)フェノキシ]フェニル}ケトン二無水物、4,4’-ビス[4-(1,2-ジカルボキシ)フェノキシ]ビフェニル二無水物、4,4’-ビス[3-(1,2-ジカルボキシ)フェノキシ]ビフェニル二無水物、ビス{4-[4-(1,2-ジカルボキシ)フェノキシ]フェニル}ケトン二無水物、ビス{4-[3-(1,2-ジカルボキシ)フェノキシ]フェニル}ケトン二無水物、ビス{4-[4-(1,2-ジカルボキシ)フェノキシ]フェニル}スルホン二無水物、ビス{4-[3-(1,2-ジカルボキシ)フェノキシ]フェニル}スルホン二無水物、ビス{4-[4-(1,2-ジカルボキシ)フェノキシ]フェニル}スルフィド二無水物、ビス{4-[3-(1,2-ジカルボキシ)フェノキシ]フェニル}スルフィド二無水物、1,2,3,4-ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7-アントラセンテトラカルボン酸二無水物、1,2,7,8-フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、ビス(1,3-ジヒドロ-1,3-ジオキソ-5-イソベンゾフランカルボン酸)-1,4-フェニレンエステルが挙げられる。酸二無水物として、エチレンテトラカルボン酸二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物等の鎖状脂肪族酸二無水物を用いてもよい。 Examples of aromatic acid dianhydrides other than those listed above include 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)propane dianhydride, 2,2-bis(2,3-dicarboxyphenyl)propane dianhydride, bis(3,4-dicarboxyphenyl)ether dianhydride, bis(3,4-dicarboxyphenyl)sulfone dianhydride, 1,1-bis(2,3-dicarboxyphenyl)ethane dianhydride, bis(2,3-dicarboxyphenyl)methane dianhydride, bis(3,4-dicarboxyphenyl)methane dianhydride, and 1,3-bis[(3,4-dicarboxy)benzoyl]be Benzene dianhydride, 1,4-bis[(3,4-dicarboxy)benzoyl]benzene dianhydride, 2,2-bis{4-[4-(1,2-dicarboxy)phenoxy]phenyl}propane dianhydride, 2,2-bis{4-[4-(3,4-dicarboxy)phenoxy]phenyl}propane dianhydride, 2,2-bis{4-[3-(1,2-dicarboxy)phenoxy]phenyl}propane dianhydride, bis{4-[4-(1,2-dicarboxy)phenoxy]phenyl}ketone dianhydride, bis{4-[3-(1,2-dicarboxy)phenoxy]phenyl} Ketone dianhydride, 4,4'-bis[4-(1,2-dicarboxy)phenoxy]biphenyl dianhydride, 4,4'-bis[3-(1,2-dicarboxy)phenoxy]biphenyl dianhydride, bis{4-[4-(1,2-dicarboxy)phenoxy]phenyl}ketone dianhydride, bis{4-[3-(1,2-dicarboxy)phenoxy]phenyl}ketone dianhydride, bis{4-[4-(1,2-dicarboxy)phenoxy]phenyl}sulfone dianhydride, bis{4-[3-(1,2-dicarboxy)phenoxy]phenyl}sulfone dianhydride, bis Examples include {4-[4-(1,2-dicarboxy)phenoxy]phenyl} sulfide dianhydride, bis{4-[3-(1,2-dicarboxy)phenoxy]phenyl} sulfide dianhydride, 1,2,3,4-benzenetetracarboxylic acid dianhydride, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic acid dianhydride, 2,3,6,7-anthracenetetracarboxylic acid dianhydride, 1,2,7,8-phenanthrenetetracarboxylic acid dianhydride, and bis(1,3-dihydro-1,3-dioxo-5-isobenzofurancarboxylic acid)-1,4-phenylene ester. As the acid dianhydride, chain-like aliphatic acid dianhydrides such as ethylenetetracarboxylic acid dianhydride and butanetetracarboxylic acid dianhydride may also be used.
(ジカルボン酸)
前述のように、ポリイミドは、一般式(Va)で表されるジカルボン酸由来の構造を含むポリアミドイミドであってもよい。ジカルボン酸としては、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸等の脂肪族ジカルボン酸;テレフタル酸、イソフタル酸、2-クロロテレフタル酸、2-メチルテレフタル酸、5-メチルイソフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、4,4’-オキシビス安息香酸、ビフェニル-4,4’-ジカルボン酸、2―フルオロテレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸;1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、1,2-ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロペンタンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸;2,5-チオフェンジカルボン酸、2,5-フランジカルボン酸等の複素環式ジカルボン酸が挙げられる。ジカルボン酸としては、テレフタル酸および/またはイソフタル酸が好ましく、テレフタル酸が特に好ましい。
(Dicarboxylic acid)
As mentioned above, polyimides may also be polyamide-imides containing structures derived from dicarboxylic acids represented by the general formula (Va). Examples of dicarboxylic acids include aliphatic dicarboxylic acids such as adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, and dodecanedioic acid; aromatic dicarboxylic acids such as terephthalic acid, isophthalic acid, 2-chloroterephthalic acid, 2-methylterephthalic acid, 5-methylisophthalic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 4,4'-oxybisbenzoic acid, biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid, and 2-fluoroterephthalic acid; alicyclic dicarboxylic acids such as 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,2-hexahydroterephthalic acid, hexahydroisophthalic acid, cyclohexanedicarboxylic acid, and 1,3-cyclopentanedicarboxylic acid; and heterocyclic dicarboxylic acids such as 2,5-thiophenedicarboxylic acid and 2,5-franzicarboxylic acid. As the dicarboxylic acid, terephthalic acid and/or isophthalic acid are preferred, and terephthalic acid is particularly preferred.
ポリアミドイミド(ジカルボン酸由来構造を含むポリイミド)の調製においては、モノマーとして、ジカルボン酸ジクロリドを用いることが好ましい。また、前述のように、ジカルボン酸(またはジカルボン酸ジクロリド等の誘導体)とジアミンを縮合させた化合物をモノマーとしてポリイミドを調製してもよい。 In the preparation of polyamide-imides (polyimides containing structures derived from dicarboxylic acids), it is preferable to use dicarboxylic acid dichlorides as monomers. Alternatively, as described above, polyimides may be prepared using compounds obtained by condensing dicarboxylic acids (or derivatives such as dicarboxylic acid dichlorides) with diamines as monomers.
(ポリイミドの組成)
前述のように、本実施形態で用いるポリイミドは、ジアミンおよび酸二無水物の少なくとも一方がフルオロアルキル基を含む。フルオロアルキル基を含むジアミンとフルオロアルキル基を含む酸二無水物の両方を用いてもよい。酸二無水物およびジアミンの少なくとも一方がフルオロアルキル基を含むことにより、有機溶媒への溶解性およびアクリル系樹脂との相溶性が向上する傾向がある。
(Composition of polyimide)
As described above, the polyimide used in this embodiment contains a fluoroalkyl group in at least one of the diamine and the dianhydride. Both a diamine containing a fluoroalkyl group and a dianhydride containing a fluoroalkyl group may be used. The inclusion of a fluoroalkyl group in at least one of the dianhydride and the diamine tends to improve solubility in organic solvents and compatibility with acrylic resins.
特に、多様な溶媒中でアクリル系樹脂との相溶性を示すことから、ポリイミドは、ジアミン成分としてフルオロアルキル基を有するジアミンを含むことが好ましく、TFMB等のフルオロアルキル置換ベンジジンを含むことが好ましい。ポリイミドのジアミン成分全量に対するフルオロアルキル基を有するジアミンの比率は、30モル%以上が好ましく、50モル%以上がより好ましく、70モル%以上がさらに好ましく、80モル%以上、85モル%以上または90モル%以上であってもよい。フルオロアルキル置換ベンジジンの量が上記範囲であることが好ましく、TFMBの量が上記範囲であることが特に好ましい。 In particular, because it exhibits compatibility with acrylic resins in a variety of solvents, polyimides preferably contain a diamine having a fluoroalkyl group as the diamine component, and preferably contain a fluoroalkyl-substituted benzidine such as TFMB. The ratio of the diamine having a fluoroalkyl group to the total amount of the diamine component in the polyimide is preferably 30 mol% or more, more preferably 50 mol% or more, even more preferably 70 mol% or more, and may be 80 mol% or more, 85 mol% or more, or 90 mol% or more. The amount of fluoroalkyl-substituted benzidine is preferably within the above range, and the amount of TFMB is particularly preferably within the above range.
ポリイミドが、ジアミン成分としてフルオロアルキル基を有さないジアミンを含む場合、フルオロアルキル基を有さないジアミンとしては、脂環式構造を有するジアミン、エーテル構造を有するジアミン、フルオレン構造を有するジアミン、スルホン基を有するジアミン、フルオロアルキル基以外のフッ素含有基を有するジアミンが好ましい。脂環式構造を有するジアミン、エーテル構造を有するジアミン、フルオロアルキル基以外のフッ素含有基を有するジアミン、およびフルオレン構造を有するジアミンは、含まれなくてもよく、それぞれ、ポリイミドのジアミン成分全量に対して、10モル%以上、30モル%以上、50モル%または70モル%以上、または100モル%であってもよい。スルホン基を有するジアミンは、ポリイミドのジアミン成分全量に対して、40モル%以下が好ましく、30モル%以下が好ましく、20モル%または10モル%以下であってもよく、含まれなくてもよい。スルホン基を有するジアミンのモル比率が高すぎる場合、アクリル樹脂との相溶性が悪化するおそれがある。 When polyimide contains a diamine without a fluoroalkyl group as a diamine component, preferred diamines without a fluoroalkyl group include diamines with an alicyclic structure, diamines with an ether structure, diamines with a fluorine structure, diamines with a sulfone group, and diamines with a fluorine-containing group other than a fluoroalkyl group. Diamines with an alicyclic structure, diamines with an ether structure, diamines with a fluorine-containing group other than a fluoroalkyl group, and diamines with a fluorine structure are not necessarily included, and their presence may be 10 mol% or more, 30 mol% or more, 50 mol% or 70 mol% or more, or 100 mol% or more, respectively, relative to the total amount of diamine components in the polyimide. Diamines with a sulfone group are preferably present in amounts of 40 mol% or less, preferably 30 mol% or less, and may be present in amounts of 20 mol% or 10 mol% or less, or may not be present at all, relative to the total amount of diamine components in the polyimide. If the molar ratio of diamines with a sulfone group is too high, the compatibility with acrylic resin may deteriorate.
ポリイミドが、ジアミン成分としてフルオロアルキル基を有するジアミンを含まない場合、アクリル系樹脂との相溶性を持たせる観点から、酸二無水物成分として、フルオロアルキル基を有する酸二無水物を含めることが必要である。この場合、ポリイミドの酸二無水物成分全量に対するフルオロアルキル基を有する酸二無水物の比率は、40モル%以上が好ましく、50モル%以上がより好ましく、60モル%以上がさらに好ましく、70モル%以上、80モル%以上または90モル%以上であってもよい。中でも、6FDAの量が上記範囲であることが特に好ましい。 If the polyimide does not contain a diamine having a fluoroalkyl group as its diamine component, it is necessary to include an acid dianhydride having a fluoroalkyl group as the acid dianhydride component to ensure compatibility with acrylic resins. In this case, the ratio of acid dianhydride having a fluoroalkyl group to the total amount of acid dianhydride component in the polyimide is preferably 40 mol% or more, more preferably 50 mol% or more, even more preferably 60 mol% or more, and may be 70 mol% or more, 80 mol% or more, or 90 mol% or more. Among these, it is particularly preferable that the amount of 6FDA be within the above range.
ポリイミドが、ジアミン成分としてフルオロアルキル基を有するジアミンを含む場合は、酸二無水物成分として、フルオロアルキル基を有する酸二無水物を含んでいなくてもよい。ポリイミドが、ジアミン成分としてフルオロアルキル基を有するジアミンを含む場合であっても、酸二無水物成分として、フルオロアルキル基を有する酸二無水物を含んでいてもよい。また、酸二無水物成分として、フルオロアルキル基を有する酸二無水物を含まない場合は、酸二無水物成分として、ビス(無水トリメリット酸)エステルまたはエーテル構造を有する酸二無水物を含むことが好ましい。すなわち、ポリイミドは、酸二無水物成分として、フルオロアルキル基を有する酸二無水物、ビス(無水トリメリット酸)エステル、およびエーテル構造を有する酸二無水物の少なくともいずれか1つを含むことが好ましい。前述のように、フルオロアルキル基を有する酸二無水物としては6FDAが好ましく、ビス(無水トリメリット酸)エステルとしては、TAHMBPが好ましく、エーテル結合を有する酸二無水物としてはBPADAが好ましい。 If the polyimide contains a diamine having a fluoroalkyl group as the diamine component, it does not need to contain an acid dianhydride having a fluoroalkyl group as the acid dianhydride component. Even if the polyimide contains a diamine having a fluoroalkyl group as the diamine component, it may still contain an acid dianhydride having a fluoroalkyl group as the acid dianhydride component. Furthermore, if the acid dianhydride component does not contain an acid dianhydride having a fluoroalkyl group, it is preferable that the acid dianhydride component contains a bis(trimellitic anhydride) ester or an acid dianhydride having an ether structure. That is, it is preferable that the polyimide contains at least one of the following as the acid dianhydride component: an acid dianhydride having a fluoroalkyl group, a bis(trimellitic anhydride) ester, and an acid dianhydride having an ether structure. As mentioned above, 6FDA is preferred as the acid dianhydride having a fluoroalkyl group, TAHMBP is preferred as the bis(trimellitic anhydride) ester, and BPADA is preferred as the acid dianhydride having an ether bond.
ポリイミドの酸二無水物成分全量に対するフルオロアルキル基を有するテトラカルボン酸二無水物とビス(無水トリメリット酸)エステルとエーテル構造を有する酸二無水物との合計の比率は、40モル%以上が好ましく、50モル%以上がより好ましく、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上または90モル%以上であってもよい。 The ratio of the total amount of tetracarboxylic acid dianhydrides having a fluoroalkyl group, bis(trimellitic anhydride) esters, and ether-structured dianhydrides to the total amount of acid dianhydride components in the polyimide is preferably 40 mol% or more, more preferably 50 mol% or more, and may be 60 mol% or more, 70 mol% or more, 80 mol% or more, or 90 mol% or more.
ポリイミドが、酸二無水物成分としてフルオロアルキル基を有する酸二無水物、ビス(無水トリメリット酸)エステル、およびエーテル構造を有する酸二無水物以外の酸二無水物を含む場合、当該酸二無水物としては、脂環式テトラカルボン酸二無水物、およびアクリル系樹脂との相溶性に優れる酸二無水物成分として前述した芳香族テトラカルボン酸二無水物が好ましい。フルオロアルキル基を有する酸二無水物、ビス(無水トリメリット酸)エステル、エーテル構造を有する酸二無水物、脂環式テトラカルボン酸二無水物および前述の芳香族テトラカルボン酸二無水物の合計は、ポリイミドの酸二無水物成分全量に対して、70モル%以上が好ましく、80モル%以上がより好ましく、90モル%以上がさらに好ましく、95モル%以上または100モル%であってもよい。 When the polyimide contains acid dianhydrides other than acid dianhydrides having a fluoroalkyl group, bis(trimellitic anhydride) esters, and acid dianhydrides having an ether structure as acid dianhydrides, alicyclic tetracarboxylic acid dianhydrides and the aforementioned aromatic tetracarboxylic acid dianhydrides are preferred as acid dianhydride components with excellent compatibility with acrylic resins. The total amount of acid dianhydrides having a fluoroalkyl group, bis(trimellitic anhydride) esters, acid dianhydrides having an ether structure, alicyclic tetracarboxylic acid dianhydrides, and the aforementioned aromatic tetracarboxylic acid dianhydrides is preferably 70 mol% or more, more preferably 80 mol% or more, even more preferably 90 mol% or more, and may be 95 mol% or more or 100 mol% based on the total amount of acid dianhydride components in the polyimide.
ポリイミドが一般式(Va)で表されるジカルボン酸由来構造を含む場合、すなわちポリアミドイミドである場合、ジカルボン酸由来構造の量は、一般式(IIIa)で表されるテトラカルボン酸二無水物由来構造100モル部に対して、10モル部以上、20モル部以上、30モル部以上、または40モル部以上であってもよい。ジカルボン酸由来構造の量は、テトラカルボン酸二無水物由来構造100モル部に対して、250モル部以下が好ましく、200モル部以下がより好ましく、100モル部以下、80モル部以下、60モル部以下または50モル部以下であってもよい。 When the polyimide contains a dicarboxylic acid-derived structure represented by general formula (Va), i.e., a polyamide-imide, the amount of the dicarboxylic acid-derived structure may be 10 moles or more, 20 moles or more, 30 moles or more, or 40 moles or more per 100 moles of the tetracarboxylic dianhydride-derived structure represented by general formula (IIIa). Preferably, the amount of the dicarboxylic acid-derived structure is 250 moles or less, more preferably 200 moles or less, and may also be 100 moles or less, 80 moles or less, 60 moles or less, or 50 moles or less per 100 moles of the tetracarboxylic dianhydride-derived structure.
ジカルボン酸由来構造の比率が増加すると、有機溶媒への溶解性が向上する傾向がある。一方で、ジカルボン酸由来構造の比率が過度に大きいと、アクリル系樹脂との相溶性の低下や、樹脂組成物の耐熱性低下の原因となる場合がある。 As the proportion of dicarboxylic acid-derived structures increases, solubility in organic solvents tends to improve. On the other hand, if the proportion of dicarboxylic acid-derived structures is excessively high, it may lead to decreased compatibility with acrylic resins and reduced heat resistance of the resin composition.
(ポリイミドの調製)
酸二無水物とジアミンとの反応によりポリイミド前駆体としてのポリアミド酸が得られ、ポリアミド酸の脱水環化(イミド化)によりポリイミドが得られる。ポリアミド酸の調製方法は特に限定されず、公知のあらゆる方法を適用できる。例えば、ジアミンとテトラカルボン酸二無水物とを、略等モル量(95:100~105:100のモル比)で有機溶媒中に溶解させ、攪拌することにより、ポリアミド酸溶液が得られる。
(Preparation of polyimide)
Polyamic acid, a precursor to polyimide, is obtained by the reaction of an acidic dianhydride with a diamine, and polyimide is obtained by dehydration cyclization (imidization) of the polyamic acid. The method for preparing polyamic acid is not particularly limited, and any known method can be applied. For example, a polyamic acid solution can be obtained by dissolving a diamine and a tetracarboxylic dianhydride in approximately equimolar amounts (molar ratio of 95:100 to 105:100) in an organic solvent and stirring.
ポリアミドイミドを調製する場合は、ジアミンとテトラカルボン酸二無水物に加えて、ジカルボン酸またはその誘導体(ジカルボン酸ジクロリド、ジカルボン酸無水物等)をモノマーとしてポリアミドイミドを調製すればよい。この場合、テトラカルボン酸二無水物とジカルボン酸またはその誘導体の合計が、ジアミンと略当モル量となるように各モノマーの量を調整すればよい。 When preparing polyamide-imides, polyamide-imides can be prepared using diamines and tetracarboxylic dianhydrides, along with dicarboxylic acids or their derivatives (dicarboxylic acid dichlorides, dicarboxylic acid anhydrides, etc.) as monomers. In this case, the amounts of each monomer should be adjusted so that the total amount of tetracarboxylic dianhydrides and dicarboxylic acids or their derivatives is approximately equivalent to the amount of diamine.
ポリアミド酸溶液の濃度は、通常5~35重量%であり、好ましくは10~30重量%である。この範囲の濃度である場合に、重合により得られるポリアミド酸が適切な分子量を有するとともに、ポリアミド酸溶液が適切な粘度を有する。 The concentration of the polyamic acid solution is typically 5 to 35% by weight, preferably 10 to 30% by weight. Within this concentration range, the polyamic acid obtained by polymerization has an appropriate molecular weight, and the polyamic acid solution has an appropriate viscosity.
ポリアミド酸の重合に際しては、酸二無水物の開環を抑制するため、ジアミンに酸二無水物を加える方法が好ましい。複数種のジアミンや複数種の酸二無水物を添加する場合は、一度に添加してもよく、複数回に分けて添加してもよい。モノマーの添加順序を調整することにより、ポリイミドの諸物性を制御することもできる。 In the polymerization of polyamic acids, it is preferable to add the dianhydride to the diamine to suppress ring-opening of the dianhydride. When adding multiple types of diamines or dianhydrides, they may be added all at once or in multiple stages. The properties of the polyimide can also be controlled by adjusting the order of monomer addition.
ポリアミド酸の重合に使用する有機溶媒は、ジアミンおよび酸二無水物と反応せず、ポリアミド酸を溶解させ得る溶媒であれば、特に限定されない。有機溶媒としては、メチル尿素、N,N-ジメチルエチルウレア等のウレア系溶媒、ジメチルスルホキシド、ジフェニルスルホン、テトラメチルスルフォン等のスルホキシドあるいはスルホン系溶媒、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N’-ジエチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、γ-ブチロラクトン、ヘキサメチルリン酸トリアミド等のアミド系溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラン、1,4-ジオキサン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、p-クレゾールメチルエーテル等のエーテル系溶媒が挙げられる。通常これらの溶媒を単独でまたは必要に応じて2種以上を適宜組み合わせて用いる。ポリアミド酸の溶解性および重合反応性の観点から、DMAc、DMF、NMP等が好ましく用いられる。 The organic solvent used for polymerization of polyamic acid is not particularly limited, as long as it does not react with diamines and acidic dianhydrides and can dissolve polyamic acid. Examples of organic solvents include urea-based solvents such as methylurea and N,N-dimethylethylurea; sulfoxide or sulfone-based solvents such as dimethyl sulfoxide, diphenyl sulfone, and tetramethylsulfone; amide-based solvents such as N,N-dimethylacetamide (DMAc), N,N-dimethylformamide (DMF), N,N'-diethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), γ-butyrolactone, and hexamethylphosphate triamide; alkyl halogenated solvents such as chloroform and dichloromethane; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and toluene; and ether-based solvents such as tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, dimethyl ether, diethyl ether, and p-cresol methyl ether. These solvents are usually used individually or in appropriate combinations of two or more as needed. From the viewpoint of polyamic acid solubility and polymerization reactivity, DMAc, DMF, NMP, etc., are preferably used.
ポリアミド酸の脱水環化によりポリイミドが得られる。ポリアミド酸溶液からポリイミドを調製する方法として、ポリアミド酸溶液に脱水剤、イミド化触媒等を添加し、溶液中でイミド化を進行させる方法が挙げられる。イミド化の進行を促進するため、ポリアミド酸溶液を加熱してもよい。ポリアミド酸のイミド化により生成したポリイミドが含まれる溶液と貧溶媒とを混合することにより、ポリイミドが固形物として析出する。ポリイミドを固形物として単離することにより、ポリアミド酸の合成時に発生した不純物や、残存脱水剤およびイミド化触媒等を、貧溶媒により洗浄・除去可能であり、ポリイミドの着色や黄色度の上昇等を防止できる。また、ポリイミドを固形物として単離することにより、フィルム等の成形体を作製するための溶液を調製する際に、低沸点溶媒等のフィルム化に適した溶媒を適用できる。 Polyimides are obtained by the dehydration and cyclization of polyamic acids. One method for preparing polyimides from a polyamic acid solution involves adding a dehydrating agent, an imidation catalyst, etc., to the polyamic acid solution and allowing imidation to proceed in the solution. The polyamic acid solution may be heated to accelerate the imidation process. By mixing the solution containing the polyimide produced by the imidation of polyamic acid with a poor solvent, the polyimide precipitates as a solid. Isolating the polyimide as a solid allows for the washing and removal of impurities generated during the synthesis of polyamic acid, as well as residual dehydrating agents and imidation catalysts, using a poor solvent, thus preventing discoloration and increased yellowness of the polyimide. Furthermore, isolating the polyimide as a solid allows for the application of solvents suitable for film formation, such as low-boiling point solvents, when preparing solutions for producing molded articles such as films.
ポリイミドの分子量(ゲルろ過クロマトグラフィー(GPC)で測定されるポリエチレンオキシド換算の重量平均分子量)は、10,000~500,000が好ましく、20,000~400,000がより好ましく、40,000~300,000がさらに好ましい。分子量が過度に小さい場合、フィルムの強度が不足する場合がある。分子量が過度に大きい場合、アクリル系樹脂との相溶性に劣る場合や製膜性に劣る場合がある。 The molecular weight of the polyimide (weight-average molecular weight in terms of polyethylene oxide, measured by gel filtration chromatography (GPC)) is preferably 10,000 to 500,000, more preferably 20,000 to 400,000, and even more preferably 40,000 to 300,000. If the molecular weight is excessively low, the film strength may be insufficient. If the molecular weight is excessively high, compatibility with acrylic resins may be poor, and film-forming properties may be poor.
樹脂組成物およびフィルムの熱安定性および光安定性の観点から、ポリイミドは反応性が低いことが好ましい。ポリイミドの酸価は、0.4mmol/g以下が好ましく、0.3mmol/g以下がより好ましく、0.2mmol/g以下がさらに好ましい。ポリイミドの酸価は、0.1mmol/g以下、0.05mmol/g以下または0.03mmol/g以下であってもよい。酸価を小さくする観点から、ポリイミドはイミド化率が高いことが好ましい。酸価が小さいことにより、ポリイミドの安定性が高められるとともに、アクリル系樹脂との相溶性が向上する傾向がある。 From the viewpoint of thermal and photostability of the resin composition and film, polyimide is preferably low in reactivity. The acid value of polyimide is preferably 0.4 mmol/g or less, more preferably 0.3 mmol/g or less, and even more preferably 0.2 mmol/g or less. The acid value of polyimide may also be 0.1 mmol/g or less, 0.05 mmol/g or less, or 0.03 mmol/g or less. From the viewpoint of reducing the acid value, polyimide is preferably high in imidization rate. A low acid value tends to improve the stability of polyimide and enhance its compatibility with acrylic resins.
<アクリル系樹脂>
アクリル系樹脂としては、ポリメタクリル酸メチル等のポリ(メタ)アクリル酸エステル、メタクリル酸メチル-(メタ)アクリル酸共重合、メタクリル酸メチル-(メタ)アクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸メチル-アクリル酸エステル-(メタ)アクリル酸共重合体、(メタ)アクリル酸メチル-スチレン共重合体等が挙げられる。アクリル系樹脂は、メタクリル酸メチルの含有量が上記範囲であるアクリル系ポリマーに、グルタルイミド構造やラクトン環構造を導入したものであってもよい。
<Acrylic resin>
Examples of acrylic resins include poly(meth)acrylic acid esters such as polymethyl methacrylate, methyl methacrylate-(meth)acrylic acid copolymers, methyl methacrylate-(meth)acrylic acid ester copolymers, methyl methacrylate-acrylic acid ester-(meth)acrylic acid copolymers, and (meth)acrylic acid-styrene copolymers. The acrylic resin may also be an acrylic polymer in which a glutarimide structure or a lactone ring structure has been introduced into an acrylic polymer having a methyl methacrylate content within the above range.
メタクリル酸メチル等のアクリル系ポリマーにグルタルイミド構造を導入することにより、アクリル系樹脂のガラス転移温度が向上する傾向がある。また、アクリル系樹脂がイミド構造を含むため、ポリイミドとの相溶性が向上する場合がある。例えば、特定のポリイミド樹脂は、ポリメタクリル酸メチルとは相溶性を示さない場合であっても、グルタルイミド構造を有するアクリル系樹脂とは相溶性を示し得る。グルタルイミド構造を有するアクリル系樹脂は、例えば、特開2010-261025号公報に記載されているように、ポリメタクリル酸メチル樹脂を加熱溶融し、イミド化剤で処理することにより得られる。 Introducing a glutarimide structure into acrylic polymers such as methyl methacrylate tends to improve the glass transition temperature of the acrylic resin. Furthermore, because the acrylic resin contains an imide structure, its compatibility with polyimides may improve. For example, a particular polyimide resin may not be compatible with polymethyl methacrylate, but may be compatible with an acrylic resin containing a glutarimide structure. An acrylic resin containing a glutarimide structure can be obtained, for example, by heating and melting a polymethyl methacrylate resin and treating it with an imidizing agent, as described in Japanese Patent Application Publication No. 2010-261025.
アクリル系ポリマーがグルタルイミド構造を有する場合、グルタルイミド含有量は、3重量%以上、10重量%以上、20重量%以上、30重量%以上または50重量%以上であってもよい。グルタルイミド含有量は、アクリル系樹脂の1H-NMRスペクトルから、メタクリル酸メチルのO-CH3プロトン由来のピークの面積Aと、グルタルイミドのN-CH3プロトン由来のピークの面積Bから、イミド化率Im=B/(A+B)を求め、イミド化率を重量換算することにより算出できる。アクリル樹脂にグルタルイミド構造を導入することで、ポリイミドとの相溶性の向上や得られる成形体の弾性率の向上が期待できる。 When an acrylic polymer has a glutarimide structure, the glutarimide content may be 3% by weight or more, 10% by weight or more, 20% by weight or more, 30% by weight or more, or 50% by weight or more. The glutarimide content can be calculated from the 1H -NMR spectrum of the acrylic resin, determining the imidation rate Im = B/(A + B) from the area A of the peak derived from the O- CH3 proton of methyl methacrylate and the area B of the peak derived from the N- CH3 proton of glutarimide, and then converting the imidation rate to weight. By introducing a glutarimide structure into an acrylic resin, improved compatibility with polyimide and improved elastic modulus of the resulting molded article can be expected.
樹脂組成物および成形体の耐熱性の観点から、アクリル系樹脂のガラス転移温度は100℃以上が好ましく、110℃以上がより好ましく、115℃以上または120℃以上であってもよい。 From the viewpoint of heat resistance of the resin composition and molded article, the glass transition temperature of the acrylic resin is preferably 100°C or higher, more preferably 110°C or higher, and may also be 115°C or higher or 120°C or higher.
有機溶媒への溶解性、上記のポリイミドとの相溶性および成形体の強度の観点から、アクリル系樹脂の重量平均分子量(ポリスチレン換算)は、5,000~5,000,000が好ましく、10,000~2,000,000がより好ましく、30,000~1,000,000や50,000~500,000であってもよい。アクリル樹脂の分子量が小さすぎる場合、得られるフィルムの耐久性が低下する場合がある。アクリル樹脂の分子量が高すぎる場合、製膜性に劣る場合がある。 From the viewpoint of solubility in organic solvents, compatibility with the above-mentioned polyimide, and strength of the molded article, the weight-average molecular weight (polystyrene equivalent) of the acrylic resin is preferably 5,000 to 5,000,000, more preferably 10,000 to 2,000,000, and may also be 30,000 to 1,000,000 or 50,000 to 500,000. If the molecular weight of the acrylic resin is too low, the durability of the resulting film may decrease. If the molecular weight of the acrylic resin is too high, the film-forming properties may be poor.
樹脂組成物および成形体の熱安定性および光安定性の観点から、アクリル系樹脂は、エチレン性不飽和基やカルボキシ基等の反応性官能基の含有量が少ないことが好ましい。アクリル系樹脂のヨウ素価は、10.16g/100g(0.4mmol/g)以下が好ましく、7.62g/100g(0.3mmol/g)以下がより好ましく、5.08g/100g(0.2mmol/g)以下がさらに好ましい。アクリル系樹脂のヨウ素価は、2.54g/100g(0.1mmol/g)以下または1.27g/100g(0.05mmol/g)以下であってもよい。アクリル系樹脂の酸価は、0.4mmol/g以下が好ましく、0.3mmol/g以下がより好ましく、0.2mmol/g以下がさらに好ましい。アクリル系樹脂の酸価は、0.1mmol/g以下、0.05mmol/g以下または0.03mmol/g以下であってもよい。酸価が小さいことにより、アクリル系樹脂の安定性が高められるとともに、ポリイミドとの相溶性が向上する傾向がある。 From the viewpoint of thermal and photostability of the resin composition and molded article, it is preferable that the acrylic resin has a low content of reactive functional groups such as ethylenically unsaturated groups and carboxyl groups. The iodine value of the acrylic resin is preferably 10.16 g/100 g (0.4 mmol/g) or less, more preferably 7.62 g/100 g (0.3 mmol/g) or less, and even more preferably 5.08 g/100 g (0.2 mmol/g) or less. The iodine value of the acrylic resin may also be 2.54 g/100 g (0.1 mmol/g) or less or 1.27 g/100 g (0.05 mmol/g) or less. The acid value of the acrylic resin is preferably 0.4 mmol/g or less, more preferably 0.3 mmol/g or less, and even more preferably 0.2 mmol/g or less. The acid value of the acrylic resin may also be 0.1 mmol/g or less, 0.05 mmol/g or less, or 0.03 mmol/g or less. A low acid value enhances the stability of acrylic resins and tends to improve their compatibility with polyimides.
<樹脂組成物の調製>
上記のポリイミドとアクリル系樹脂とを混合して、樹脂組成物を調製する。樹脂組成物におけるポリイミドとアクリル系樹脂との比率は特に限定されない。ポリイミドとアクリル系樹脂の混合比(重量比)は、98:2~2:98、95:5~10:90、または90:10~15:85であってもよい。ポリイミドの比率が高いほど、フィルム等の成形体の機械強度が高くなる傾向がある。アクリル系樹脂の比率が高いほど、フィルム等の成形体の着色が少なく透明性が高くなる傾向がある。
<Preparation of resin composition>
A resin composition is prepared by mixing the above-mentioned polyimide with an acrylic resin. The ratio of polyimide to acrylic resin in the resin composition is not particularly limited. The mixing ratio (by weight) of polyimide to acrylic resin may be 98:2 to 2:98, 95:5 to 10:90, or 90:10 to 15:85. The higher the proportion of polyimide, the higher the mechanical strength of the molded article, such as a film. The higher the proportion of acrylic resin, the less coloration the molded article, such as a film, tends to have, and the higher the transparency.
ポリイミドとアクリル系樹脂との混合による透明性向上の効果を十分に発揮するためには、ポリイミドとアクリル系樹脂の合計に対するアクリル系樹脂の比率は、10重量%以上が好ましく、15重量%以上、20重量%以上、25重量%以上、30重量%以上、35重量%以上、40重量%以上、45重量%以上または50重量%以上であってもよい。 To fully realize the effect of improving transparency through mixing polyimide and acrylic resin, the ratio of acrylic resin to the total amount of polyimide and acrylic resin is preferably 10% by weight or more, and may also be 15% by weight or more, 20% by weight or more, 25% by weight or more, 30% by weight or more, 35% by weight or more, 40% by weight or more, 45% by weight or more, or 50% by weight or more.
ポリイミドは特殊な分子構造を有するポリマーであり、一般には、有機溶媒に対する溶解性が低く、他のポリマーとは相溶性を示さない。本実施形態では、特定のポリイミドを用いることにより、有機溶媒に対して高い溶解性を示すとともに、アクリル系樹脂との相溶性を示す。ポリイミドとアクリル系樹脂が相溶性を示すか否かは、樹脂組成物を固形分濃度が10重量%となるようにジメチルホルムアミド(DMF)に溶解させて確認する。DMF溶液が相分離しておらず、透明であれば、樹脂組成物において、ポリイミドとアクリル系樹脂は相溶性を示すと判断し、DMF溶液が2相以上に分離している場合や濁っている場合は、ポリイミドとアクリル系樹脂は相溶性を示さないと判断する。ポリイミドおよびアクリル系樹脂を含む溶液の光路長1cmで測定したヘイズは、10%以下が好ましく、5%以下がより好ましく、2%以下がさらに好ましく、1%以下が特に好ましい。 Polyimide is a polymer with a special molecular structure and generally exhibits low solubility in organic solvents and poor compatibility with other polymers. In this embodiment, by using a specific polyimide, high solubility in organic solvents and compatibility with acrylic resins are achieved. Whether polyimide and acrylic resin are compatible is confirmed by dissolving the resin composition in dimethylformamide (DMF) to a solid content concentration of 10% by weight. If the DMF solution is transparent and does not undergo phase separation, it is determined that the polyimide and acrylic resin are compatible in the resin composition. If the DMF solution separates into two or more phases or is cloudy, it is determined that the polyimide and acrylic resin are not compatible. The haze of the solution containing polyimide and acrylic resin, measured at a path length of 1 cm, is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, even more preferably 2% or less, and particularly preferably 1% or less.
ポリイミドとアクリル系樹脂を含む樹脂組成物は、示唆走査熱量測定(DSC)および/または動的粘弾性測定(DMA)において単一のガラス転移温度を有することが好ましい。樹脂組成物が単一のガラス転移温度を有するとき、ポリイミドとアクリル系樹脂が完全に相溶しているとみなすことができる。ポリイミドとアクリル系樹脂を含む成形体も単一のガラス転移温度を有することが好ましい。 Resin compositions containing polyimide and acrylic resins preferably have a single glass transition temperature in suggested scanning calorimetry (DSC) and/or dynamic viscoelasticity measurement (DMA). When a resin composition has a single glass transition temperature, the polyimide and acrylic resin can be considered to be perfectly miscible. Molded articles containing polyimide and acrylic resins also preferably have a single glass transition temperature.
前述のように、ポリイミドがジアミン由来構造および/または酸二無水物由来構造に、フルオロアルキル基を有することにより、アクリル系樹脂との相溶性を示す。ポリイミドがアクリル系樹脂と相溶性を示すか否かは、フルオロアルキル基含有モノマーの種類および含有量、その他のモノマーの種類および含有量、ならびにアクリル系樹脂の種類等に左右される。 As mentioned above, polyimides exhibit compatibility with acrylic resins due to the presence of fluoroalkyl groups in their diamine-derived and/or acid dianhydride-derived structures. Whether or not a polyimide exhibits compatibility with an acrylic resin depends on the type and content of the fluoroalkyl group-containing monomer, the types and content of other monomers, and the type of acrylic resin.
ポリイミドとアクリル系樹脂が相溶性を示すか否かを予測するための指標として、溶解度パラメータ(SP値)を利用できる。ポリマーのSP値は、Fedors法(原子団寄与法)により算出する。Fedors法は、凝集エネルギー密度Ecohと分子容Vの両方が、原子団の種類および数に依存するとの前提で、溶解度パラメータδを、δ=[ΣEcoh/ΣV]1/2として算出する方法であり、ポリマーの分子構造が既知であれば、比較的簡便にSP値を推算可能である。 The solubility parameter (SP value) can be used as an indicator to predict whether polyimide and acrylic resins are compatible. The SP value of a polymer is calculated using the Fedors method (atomic group contribution method). The Fedors method assumes that both the cohesive energy density E coh and the molecular volume V depend on the type and number of atomic groups, and calculates the solubility parameter δ as δ = [ΣE coh / ΣV] 1/2 . If the molecular structure of the polymer is known, the SP value can be estimated relatively easily.
ポリイミドと、溶媒およびアクリル系樹脂とのSP値の差が小さいほど、溶解性・相溶性が高くなる傾向がある。Fedors法により算出したポリメタクリル酸メチルのSP値は20.15(J/cm3)1/2であり、グルタルイミド構造を導入するとSP値が大きくなる傾向がある。例えば、グルタルイミド含有量が30重量%のグルタルイミド変性ポリメタクリル酸メチルのSP値は20.9(J/cm3)1/2である。 The smaller the difference in SP values between polyimide and the solvent and acrylic resin, the higher the solubility and compatibility tend to be. The SP value of polymethyl methacrylate calculated by the Fedors method is 20.15 (J/ cm³ ) 1/2 , and the SP value tends to increase when a glutarimide structure is introduced. For example, the SP value of glutarimide-modified polymethyl methacrylate with a glutarimide content of 30% by weight is 20.9 (J/ cm³ ) 1/2 .
一般に、ポリイミドはアクリル系樹脂よりもSP値が大きい。そのため、ポリイミドのSP値が小さいほどアクリル系樹脂との相溶性に優れる傾向がある。アクリル系樹脂との相溶性の観点から、ポリイミドのSP値は、25.0(J/cm3)1/2以下が好ましく、24.0(J/cm3)1/2以下がより好ましく、23.2(J/cm3)1/2がさらに好ましい。 Generally, polyimide has a higher SP value than acrylic resin. Therefore, the smaller the SP value of polyimide, the better its compatibility with acrylic resin tends to be. From the viewpoint of compatibility with acrylic resin, the SP value of polyimide is preferably 25.0 (J/ cm³ ) 1/2 or less, more preferably 24.0 (J/ cm³ ) 1/2 or less, and even more preferably 23.2 (J/ cm³ ) 1/2 .
一方で、DMFのSP値は24.6(J/cm3)1/2であり、ポリイミドのSP値が小さい場合はDMFに対する溶解性が低下するために、DMF中でのアクリル系樹脂との相溶性が低くなる場合がある。DMF中でのアクリル系樹脂との相溶性の観点において、ポリイミドのSP値は、22.0(J/cm3)1/2以上が好ましく、22.1(J/cm3)1/2以上がより好ましく、22.18(J/cm3)1/2以上がさらに好ましい。 On the other hand, the SP value of DMF is 24.6 (J/ cm³ ) 1/2 , and if the SP value of polyimide is small, its solubility in DMF decreases, which may result in low compatibility with acrylic resins in DMF. From the viewpoint of compatibility with acrylic resins in DMF, the SP value of polyimide is preferably 22.0 (J/ cm³ ) 1/2 or higher, more preferably 22.1 (J/ cm³ ) 1/2 or higher, and even more preferably 22.18 (J/ cm³ ) 1/2 or higher.
樹脂組成物は、固形分として析出させたポリイミドとアクリル系樹脂を単に混合したものでもよく、ポリイミドとアクリル系樹脂を混錬したものであってもよい。また、ポリイミド溶液を貧溶媒と混合してポリイミド樹脂を析出させる際に、溶液にアクリル系樹脂を混合して、ポリイミドとアクリル系樹脂を混合した樹脂組成物を固形物(粉末)として析出させてもよい。 The resin composition may simply be a mixture of polyimide and acrylic resin precipitated as solid components, or it may be a mixture of polyimide and acrylic resin. Alternatively, when precipitating the polyimide resin by mixing the polyimide solution with a poor solvent, the acrylic resin may be mixed into the solution, resulting in the precipitation of a resin composition containing both polyimide and acrylic resin as a solid (powder).
樹脂組成物は、ポリイミドとアクリル系樹脂とを含む混合溶液であってもよい。樹脂の混合方法は特に限定されず、固体の状態で混合してもよく、液体中で混合して混合溶液としてもよい。ポリイミド溶液およびアクリル系樹脂溶液を個別に調製し、両者を混合してポリイミドとアクリル系樹脂との混合溶液を調製してもよい。 The resin composition may be a mixed solution containing polyimide and an acrylic resin. The method of mixing the resins is not particularly limited; they may be mixed in a solid state or mixed in a liquid state to form a mixed solution. Alternatively, a polyimide solution and an acrylic resin solution may be prepared separately, and then mixed to prepare a mixed solution of polyimide and acrylic resin.
ポリイミドおよびアクリル系樹脂を含む溶液の溶媒としては、例えばDMFが挙げられる。上記の様に、本実施形態の樹脂組成物はDMF中で相溶性を示す。溶媒は、ポリイミドおよびアクリル系樹脂の両方に対する溶解性を示すものであればDMFに限定されず、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン等のアミド系溶媒;テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等のエーテル系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等のケトン系溶媒;クロロホルム、1,2-ジクロロエタン、1,1,2,2-テトラクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジクロロメタン等のハロゲン化アルキル系溶媒が挙げられる。 Examples of solvents for solutions containing polyimide and acrylic resins include DMF. As described above, the resin composition of this embodiment exhibits compatibility in DMF. The solvent is not limited to DMF, as long as it is soluble in both polyimide and acrylic resins. Examples include amide solvents such as N,N-dimethylacetamide and N-methyl-2-pyrrolidone; ether solvents such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane; ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, and methylcyclohexanone; and alkyl halogen solvents such as chloroform, 1,2-dichloroethane, 1,1,2,2-tetrachloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, and dichloromethane.
樹脂組成物には、有機または無機の低分子化合物、高分子化合物(例えばエポキシ樹脂)等を配合してもよい。樹脂組成物は、難燃剤、紫外線吸収剤、架橋剤、染料、顔料、界面活性剤、レベリング剤、可塑剤、微粒子、増感剤等を含んでいてもよい。微粒子には、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン等の有機微粒子、コロイダルシリカ、カーボン、層状珪酸塩等の無機微粒子等が含まれ、多孔質や中空構造であってもよい。繊維強化材には、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が含まれる。 The resin composition may contain organic or inorganic low-molecular-weight compounds, high-molecular-weight compounds (e.g., epoxy resins), etc. The resin composition may also contain flame retardants, UV absorbers, crosslinking agents, dyes, pigments, surfactants, leveling agents, plasticizers, fine particles, sensitizers, etc. Fine particles may include organic fine particles such as polystyrene and polytetrafluoroethylene, and inorganic fine particles such as colloidal silica, carbon, and layered silicates, and may have a porous or hollow structure. Fiber reinforcing materials may include carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, etc.
[成形体およびフィルム]
上記の組成物は、各種の成形体の形成に使用できる。成形法としては、射出成形、トランスファー成形、プレス成形、ブロー成形、インフレーション成形、カレンダー成形、溶融押出成形等の溶融法が挙げられる。ポリイミドとアクリル系樹脂を含む樹脂組成物は、ポリイミド単体に比べて溶融粘度が小さい傾向があり、射出成形、トランスファー成形、プレス成形、溶融押出成形等の成形性に優れている。
[Molded articles and films]
The above composition can be used to form various molded articles. Molding methods include injection molding, transfer molding, press molding, blow molding, inflation molding, calendering, and melt extrusion. Resin compositions containing polyimide and acrylic resins tend to have a lower melt viscosity than polyimide alone and exhibit excellent moldability in injection molding, transfer molding, press molding, and melt extrusion.
また、ポリイミドとアクリル系樹脂を含む樹脂組成物の溶液は、同一の固形分濃度のポリイミド単体の溶液に比べて溶液粘度が低い傾向がある。そのため、溶液の輸送等の取扱性に優れるとともに、コーティング性が高く、フィルムの厚みムラ低減等において有利である。 Furthermore, solutions of resin compositions containing polyimide and acrylic resins tend to have lower viscosity than solutions of polyimide alone at the same solid content concentration. Therefore, they offer superior handling advantages, such as easier transport, higher coating properties, and are advantageous in reducing film thickness variations.
一実施形態において成形体はフィルムである。フィルムの成形方法は、溶融法および溶液法のいずれでもよいが、透明性および均一性に優れるフィルムを作製する観点からは溶液法が好ましい。溶液法では、上記のポリイミドおよびアクリル系樹脂を含む溶液を、支持体上に塗布し、溶媒を乾燥除去することにより、フィルムが得られる。 In one embodiment, the molded body is a film. The film can be formed by either a melting method or a solution method, but the solution method is preferred from the viewpoint of producing a film with excellent transparency and uniformity. In the solution method, a film is obtained by coating a solution containing the above-mentioned polyimide and acrylic resin onto a support and drying off the solvent.
樹脂溶液を支持体上に塗布する方法としては、バーコーターやコンマコーター等を用いた公知の方法を適用できる。支持体としては、ガラス基板、SUS等の金属基板、金属ドラム、金属ベルト、プラスチックフィルム等を使用できる。生産性向上の観点から、支持体として、金属ドラム、金属ベルト等の無端支持体、または長尺プラスチックフィルム等を用い、ロールトゥーロールによりフィルムを製造することが好ましい。プラスチックフィルムを支持体として使用する場合、製膜ドープの溶媒に溶解しない材料を適宜選択すればよい。 As a method for applying the resin solution onto the support, known methods using bar coaters, comma coaters, etc., can be applied. As the support, glass substrates, metal substrates such as SUS, metal drums, metal belts, plastic films, etc., can be used. From the viewpoint of improving productivity, it is preferable to use an endless support such as a metal drum or metal belt, or a long plastic film, and manufacture the film by roll-to-roll. When using a plastic film as the support, a material that does not dissolve in the film-forming doping solvent should be appropriately selected.
溶媒の乾燥時には加熱を行うことが好ましい。加熱温度は溶媒が除去でき、かつ得られるフィルムの着色を抑制できる温度であれば特に制限されず、室温~250℃程度で適宜に設定され、50℃~220℃が好ましい。加熱温度は段階的に上昇させてもよい。溶媒の除去効率を高めるために、ある程度乾燥が進んだ後に、支持体から樹脂膜を剥離して乾燥を行ってもよい。溶媒の除去を促進するために、減圧下で加熱を行ってもよい。 Heating is preferable during solvent drying. The heating temperature is not particularly limited as long as it can remove the solvent and suppress discoloration of the resulting film; it can be appropriately set between room temperature and approximately 250°C, with 50°C to 220°C being preferred. The heating temperature may be increased in stages. To improve the efficiency of solvent removal, the resin film may be peeled from the support and dried after a certain degree of drying has occurred. Heating under reduced pressure may be performed to accelerate solvent removal.
アクリル系フィルムは、靭性が低い場合があるが、ポリイミドとアクリル系樹脂との相溶系を採用することによりフィルムの強度が向上する場合がある。フィルムの機械強度向上等を目的として、一方向または複数の方向に延伸を行ってもよい。フィルムを延伸するとポリマー鎖が延伸方向に配向するため、フィルムの面内方向の強度が向上し、フィルムの割れやクラックの発生が抑制される傾向がある。 Acrylic films may have low toughness, but their strength can be improved by using a compatible system of polyimide and acrylic resin. Stretching in one or more directions may be performed to improve the mechanical strength of the film. Stretching the film causes the polymer chains to orient in the stretching direction, improving the in-plane strength and tending to suppress cracking and fracture.
特に、ポリイミドとアクリル系樹脂との相溶系では、延伸方向の引張弾性率が大きくなりこれに伴って耐屈曲性が向上する傾向がある。アクリル系樹脂のモノマー成分におけるメタクリル酸メチルの比率が高いほど、延伸方向の引張弾性率の上昇傾向が顕著となる。 In particular, in compatible systems of polyimide and acrylic resins, the tensile modulus in the stretching direction increases, and consequently, the flexibility tends to improve. The higher the proportion of methyl methacrylate in the monomer components of the acrylic resin, the more pronounced the increase in the tensile modulus in the stretching direction becomes.
例えば、折りたたみ可能な表示装置(フォルダブルディスプレイ)のカバーフィルムや基板材料として用いられるフィルムは、同一箇所で折り曲げ軸に沿って折り曲げが繰り返されるため、折り曲げ軸と直交する方向の機械強度が高いことが求められる。そのため、フィルムの延伸方向が折り曲げ軸と直交するように配置することにより、折り曲げを繰り返しても、折り曲げ箇所でのフィルムの割れやクラックが生じ難く、折り曲げ耐性の高いデバイスを提供できる。 For example, films used as cover films or substrate materials for foldable displays require high mechanical strength in the direction perpendicular to the bending axis, as they are repeatedly folded along the same bending axis at the same point. Therefore, by arranging the film's stretching direction perpendicular to the bending axis, cracks and fractures are less likely to occur at the bending point even after repeated folding, providing a device with high bending resistance.
フィルムの延伸条件は特に限定されない。例えば、延伸温度は、フィルムのガラス転移温度±40℃程度であり、120~300℃、150~250℃または180~230℃程度であってもよい。延伸倍率は、1~200%程度であり、5~150%、10~120%、20~100%であってもよい。延伸倍率が大きいほど、延伸方向の引張弾性率が大きくなる傾向がある。一方、延伸倍率が過度に大きい場合は、延伸方向と直交する方向の機械強度が低下する傾向があり、フィルムのハンドリング性が低下する場合がある。 The stretching conditions for the film are not particularly limited. For example, the stretching temperature is approximately ±40°C of the film's glass transition temperature, and may be around 120-300°C, 150-250°C, or 180-230°C. The stretching ratio is approximately 1-200%, and may be 5-150%, 10-120%, or 20-100%. A larger stretching ratio tends to result in a higher tensile modulus in the stretching direction. On the other hand, if the stretching ratio is excessively high, the mechanical strength in the direction perpendicular to the stretching direction tends to decrease, which may reduce the film's handling properties.
面内の任意の方向における強度を高める観点から、フィルムを二軸延伸してもよい。二軸延伸は同時二軸延伸でもよく、逐次二軸延伸でもよい。二軸延伸では、一方向の延伸倍率と、その直交方向の延伸倍率とが、同一でもよく異なっていてもよい。延伸倍率に差を設けると、延伸倍率が大きい方向の機械強度が相対的に大きくなる傾向がある。延伸倍率に異方性がある二軸延伸フィルムをフォルダブルデバイスに使用する場合は、延伸倍率が大きい方向を折り曲げ軸と直交するように配置することが好ましい。 From the viewpoint of increasing strength in any direction within the plane, the film may be biaxially stretched. Biaxial stretching may be simultaneous or sequential. In biaxial stretching, the stretching ratio in one direction and the stretching ratio in the direction perpendicular to it may be the same or different. When there is a difference in stretching ratios, the mechanical strength tends to be relatively higher in the direction with the larger stretching ratio. When using a biaxially oriented film with anisotropic stretching ratios in a foldable device, it is preferable to position the direction with the larger stretching ratio perpendicular to the folding axis.
フィルムの厚みは特に限定されず、用途に応じて適宜設定すればよい。フィルムの厚みは、例えば5~300μmである。自己支持性と可撓性とを両立し、かつ透明性の高いフィルムとする観点から、フィルムの厚みは20μm~200μmが好ましく、30μm~150μm、40μm~100μm、または50μm~80μmであってもよい。ディスプレイのカバーフィルム用途としてのフィルムの厚みは、10μm以上が好ましい。フィルムを延伸する場合は、延伸後の厚みが上記範囲であることが好ましい。 The film thickness is not particularly limited and can be set appropriately according to the application. For example, the film thickness is 5 to 300 μm. From the viewpoint of achieving both self-supporting properties and flexibility, and high transparency, the film thickness is preferably 20 μm to 200 μm, and may also be 30 μm to 150 μm, 40 μm to 100 μm, or 50 μm to 80 μm. For use as a cover film for displays, a film thickness of 10 μm or more is preferred. When stretching the film, it is preferable that the thickness after stretching is within the above range.
フィルムのヘイズは10%以下が好ましく、5%以下がより好ましく、4%以下がさらに好ましく、3.5%以下、3%以下、2%以下または1%以下であってもよい。フィルムのヘイズは低いほど好ましい。上記の様に、ポリイミドとアクリル系樹脂が相溶性を示すため、ヘイズが低く、透明性の高いフィルムが得られる。ポリイミドとアクリル系樹脂を混合した樹脂組成物は、厚み10μmのフィルムを作製した際のヘイズが10%以下であることが好ましい。 The haze of the film is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, even more preferably 4% or less, and may also be 3.5% or less, 3% or less, 2% or less, or 1% or less. A lower haze is preferable. As described above, because polyimide and acrylic resin exhibit compatibility, a film with low haze and high transparency can be obtained. The resin composition obtained by mixing polyimide and acrylic resin preferably has a haze of 10% or less when a film with a thickness of 10 μm is produced.
フィルムの全光線透過率は85%以上が好ましく、90%以上が好ましい。ポリイミドとアクリル系樹脂を混合した樹脂組成物は、厚みが10μmのフィルムを作製した際の全光線透過率が85%以上であることが好ましい。 The total light transmittance of the film is preferably 85% or higher, and preferably 90% or higher. The resin composition, obtained by mixing polyimide and acrylic resin, preferably has a total light transmittance of 85% or higher when a film with a thickness of 10 μm is produced.
フィルムの黄色度(YI)は、5.0以下が好ましく、4.0以下、3.0以下、2.0以下、1.5以下または1.0以下であってもよい。ポリイミドとアクリル系樹脂を混合した樹脂組成物は、厚みが10μmのフィルムを作製した際の黄色度が5.0以下であることが好ましい。上記のように、ポリイミドとアクリル系樹脂とを混合することにより、ポリイミドを単独で用いる場合に比べて、着色が少なく、YIの小さいフィルムが得られる。 The yellowness (YI) of the film is preferably 5.0 or less, but may also be 4.0 or less, 3.0 or less, 2.0 or less, 1.5 or less, or 1.0 or less. The resin composition obtained by mixing polyimide and acrylic resin preferably has a yellowness of 5.0 or less when a film with a thickness of 10 μm is produced. As described above, by mixing polyimide and acrylic resin, a film with less coloration and a lower YI can be obtained compared to when polyimide is used alone.
強度の観点から、フィルムの引張弾性率は3.5GPa以上が好ましく、4.0GPa以上であってもよい。上記のように、引張弾性率が異方性を有していてもよく、少なくとも一方向の引張弾性率が、4.5GPa以上、5.0GPa以上、5.5GPa以上、6.0GPa以上、6.5GPa以上または7.0GPa以上であってもよい。フィルムの鉛筆硬度は、F以上が好ましく、H以上または2H以上であってもよい。ポリイミドとアクリル系樹脂との相溶系においては、アクリル系樹脂の比率を高めても鉛筆硬度が低下し難い。そのため、ポリイミド特有の優れた機械強度を大きく低下させることなく、着色が少なく透明性に優れるフィルムを提供できる。 From the viewpoint of strength, the tensile modulus of the film is preferably 3.5 GPa or higher, and may be 4.0 GPa or higher. As described above, the tensile modulus may be anisotropic, and the tensile modulus in at least one direction may be 4.5 GPa or higher, 5.0 GPa or higher, 5.5 GPa or higher, 6.0 GPa or higher, 6.5 GPa or higher, or 7.0 GPa or higher. The pencil hardness of the film is preferably F or higher, and may be H or higher, or 2H or higher. In a compatible system of polyimide and acrylic resin, the pencil hardness does not easily decrease even if the ratio of acrylic resin is increased. Therefore, it is possible to provide a film with less coloration and excellent transparency without significantly reducing the excellent mechanical strength characteristic of polyimide.
ポリイミドとアクリル系樹脂を含む樹脂組成物により形成されるフィルムは、着色が少なく、透明性が高いことから、ディスプレイ材料として好適に用いられる。特に、機械的強度が高いフィルムは、ディスプレイのカバーウインドウ等の表面部材への適用が可能である。本発明のフィルムは、実用に際して、表面に帯電防止層、易接着層、ハードコート層、反射防止層等を設けてもよい。 Films formed from resin compositions containing polyimide and acrylic resins are suitable for use as display materials due to their low coloration and high transparency. In particular, films with high mechanical strength can be applied to surface components such as display cover windows. For practical use, the film of the present invention may be provided with an antistatic layer, an easy-adhesion layer, a hard coat layer, an anti-reflective layer, etc., on its surface.
以下、実施例を示して本発明の実施形態についてさらに具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The embodiments of the present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
[ポリイミド樹脂の調製]
セパラブルフラスコにジメチルホルムアミド(以下、DMFと記載)を投入し、窒素雰囲気下で撹拌した。そこに、表1および表2に示す比率(モル%)で、ジアミンおよびテトラカルボン酸二無水物を投入し、窒素雰囲気下にて5~10時間撹拌して反応させ、固形分濃度18重量%のポリアミド酸溶液を得た。ポリアミド酸溶液に、イミド化触媒としてピリジンを添加し、完全に分散させた後、無水酢酸を添加し、90℃で3時間攪拌した。室温まで冷却した後、溶液を攪拌しながら、2-プロピルアルコール(以下、IPAと記載)を滴下して、ポリイミド樹脂を析出させた。さらにIPAを添加し、約30分撹拌後、桐山ロートを使用して吸引ろ過を行った。得られた固体をIPAで洗浄した後、120℃に設定した真空オーブンで12時間乾燥させて、ポリイミド樹脂1~46を得た。なお、ジアミンとしてBTBAを用いたポリイミド樹脂42は、アミド結合を有するため、ポリアミドイミドに属するが、ここではポリイミド樹脂として記載する。
[Preparation of polyimide resin]
Dimethylformamide (hereinafter referred to as DMF) was placed in a separable flask and stirred under a nitrogen atmosphere. Diamine and tetracarboxylic dianhydride were then added in the ratios (mol%) shown in Tables 1 and 2, and the mixture was stirred under a nitrogen atmosphere for 5 to 10 hours to obtain a polyamic acid solution with a solid content of 18% by weight. Pyridine was added to the polyamic acid solution as an imidization catalyst and dispersed completely, then acetic anhydride was added and the mixture was stirred at 90°C for 3 hours. After cooling to room temperature, 2-propyl alcohol (hereinafter referred to as IPA) was added dropwise while stirring the solution to precipitate the polyimide resin. Further IPA was added and stirred for about 30 minutes, then suction filtration was performed using a Kiriyama funnel. The obtained solid was washed with IPA and dried in a vacuum oven set to 120°C for 12 hours to obtain polyimide resins 1 to 46. Note that polyimide resin 42, which uses BTBA as the diamine, has an amide bond and therefore belongs to the polyamide-imide category, but is described here as a polyimide resin.
[ポリアミドイミド樹脂の調製]
表3に示す比率(モル%)で、ジアミン、テトラカルボン酸二無水物およびジカルボン酸ジクロリドを投入した。それ以外はポリイミド樹脂の調製と同様に、重合(ポリアミド酸溶液の調製)、イミド化、樹脂の析出、洗浄および乾燥を行い、ポリアミドイミド樹脂101~113を得た。
[Preparation of polyamide-imide resin]
Diamine, tetracarboxylic dianhydride, and dicarboxylic acid dichloride were added in the proportions (mol%) shown in Table 3. Otherwise, polymerization (preparation of polyamic acid solution), imidization, resin precipitation, washing, and drying were carried out in the same manner as for the preparation of polyimide resin to obtain polyamide-imide resins 101 to 113.
[ポリアミド樹脂の調製]
DMFに、表3に示す比率(モル%)で、ジアミン(TFMB)とジカルボン酸ジクロリド(TPCおよびIPC)を投入し、窒素雰囲気下で反応させてポリアミド溶液を得た。この溶液に、IPAを滴下してポリアミド樹脂を析出させた。その後は、ポリイミド樹脂の調製と同様に、洗浄および乾燥を行い、ポリアミド樹脂114を得た。
[Preparation of polyamide resin]
Diamine (TFMB) and dicarboxylic acid dichlorides (TPC and IPC) were added to DMF in the ratios (mol%) shown in Table 3 and reacted under a nitrogen atmosphere to obtain a polyamide solution. IPA was added dropwise to this solution to precipitate the polyamide resin. Subsequently, washing and drying were performed in the same manner as for the preparation of polyimide resin to obtain polyamide resin 114.
[溶解度パラメータの算出]
上記で調製した樹脂について、Fedors法により溶解度パラメータ(SP)を算出した。算出には、BIOVIA NotebookおよびBIOVIA Pipeline Pilot Polymer Propertiesを使用した。具体的には、BIOVIA Pipeline Pilot Polymer Propertiesにおいて、図1に示すプロトコルを作成し、これをBIOVIA Notebookから呼び出して重合およびイミド化反応が完全に進行した後の構造を基に、溶解度パラメータを計算した。例えば、ポリイミド樹脂2(TFMB//6FDA/CBDA=100//95/5)は、下記の構造X1~X3を、X1:X2:X3=0.5:0.475:0.025の比で有するポリマーについて計算を行った。ポリイミド樹脂101(TFMB//6FDA/TPC=100//70/30)は、下記の構造X1,X2,X4を、X1:X2:X4=0.5:0.35:0.15の比で有するポリマーについて計算を行った。
[Calculation of solubility parameters]
The solubility parameter (SP) was calculated for the resin prepared above using the Fedors method. The calculation was performed using BIOVIA Notebook and BIOVIA Pipeline Pilot Polymer Properties. Specifically, the protocol shown in Figure 1 was created in BIOVIA Pipeline Pilot Polymer Properties, and this protocol was retrieved from BIOVIA Notebook to calculate the solubility parameter based on the structure after the polymerization and imidization reactions had completely proceeded. For example, for polyimide resin 2 (TFMB//6FDA/CBDA = 100//95/5), the calculation was performed for a polymer having the following structures X1 to X3 in a ratio of X1:X2:X3 = 0.5:0.475:0.025. The calculations for polyimide resin 101 (TFMB//6FDA/TPC = 100//70/30) were performed for a polymer having the following structures X1, X2, and X4 in the ratio X1:X2:X4 = 0.5:0.35:0.15.
[樹脂組成物(溶液)の調製およびフィルムの作製]
<ポリイミドとPMMAとの樹脂組成物>
DMFに、上記の樹脂と、市販のポリメタクリル酸メチル樹脂(クラレ製「パラペットHM1000」、ガラス転移温度:120℃、以下「アクリル1」)を、50:50の重量比で投入し、固形分10重量%のDMF溶液を調製した。
[Preparation of resin composition (solution) and production of film]
<Resin composition of polyimide and PMMA>
A DMF solution with a solid content of 10% by weight was prepared by adding the above-mentioned resin and a commercially available polymethyl methacrylate resin (Kuraray's "Parapet HM1000", glass transition temperature: 120°C, hereinafter referred to as "Acrylic 1") in a weight ratio of 50:50 to DMF.
上記の溶液を無アルカリガラス板上に塗布し、大気雰囲気下で加熱乾燥し、厚さ約10μmのフィルムを作製した。フィルムをガラス板から剥離し、3cm角に切り出し、スガ試験機製のヘイズメーター「HZ-V3」により、JIS K7136に従って、ヘイズを測定した。ヘイズが5%未満であったものを〇、ヘイズが5%を超えていたものを×とした。 The above solution was applied to an alkali-free glass plate and heated and dried in an atmospheric environment to produce a film approximately 10 μm thick. The film was peeled from the glass plate, cut into 3 cm squares, and the haze was measured using a Suga Test Instruments HZ-V3 haze meter according to JIS K7136. A haze of less than 5% was marked with a circle (○), and a haze exceeding 5% was marked with a cross (×).
<ポリイミドとグルタルイミド変性アクリル樹脂との樹脂組成物>
アクリル1に代えて、特開2018-70710号公報の「アクリル系樹脂製造例3」に従って作製したグルタルイミド含有量33重量%、ガラス転移温度131℃のグルタルイミド変性アクリル樹脂(以下「アクリル2」)を用い、上記と同様に、DMF溶液の調製およびフィルムの作製を行い、フィルムのヘイズを測定した。
<Resin composition of polyimide and glutarimide-modified acrylic resin>
Instead of Acrylic 1, a glutarimide-modified acrylic resin (hereinafter referred to as "Acrylic 2") with a glutarimide content of 33% by weight and a glass transition temperature of 131°C, prepared according to "Acrylic Resin Production Example 3" of Japanese Patent Application Publication No. 2018-70710, was used. The DMF solution was prepared and a film was made in the same manner as described above, and the haze of the film was measured.
[評価結果]
ポリイミドの組成およびSP値、ならびにアクリル樹脂との混合樹脂組成物から作製したフィルムの透明性の評価結果を表1~3に示す。
[Evaluation Results]
Tables 1 to 3 show the composition and SP value of the polyimide, as well as the evaluation results of the transparency of films made from mixed resin compositions with acrylic resin.
表1~3において、化合物は以下の略称により記載している。
<ジアミン>
TFMB:2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン
HFBAPP:2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン
BAFL:9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン
BAPP:2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン
m-PDA:m-フェニレンジアミン
m-XDA:m-キシレンジアミン
33DDS:3,3’-ジアミノジフェニルスルホン
14CHDA:1,4-シクロヘキサンジアミン
13CHDA:1,3-シクロヘキサンジアミン
BAMC:1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン
BAMN:ビス(アミノメチル)ノルボルナン
ISO:イソホロンジアミン
BTBA:以下の式(4)で表されるTFMBとTPCの縮合物
<Diamine>
TFMB: 2,2'-bis(trifluoromethyl)benzidine HFBAAPP: 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluoropropane BAFL: 9,9-bis(4-aminophenyl)fluorene BAPP: 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane m-PDA: m-phenylenediamine m-XDA: m-xylenediamine 33DDS: 3,3'-diaminodiphenylsulfone 14CHDA: 1,4-cyclohexanediamine 13CHDA: 1,3-cyclohexanediamine BAMC: 1,3-bis(aminomethyl)cyclohexane BAMN: bis(aminomethyl)norbornane ISO: Isophoronediamine BTBA: Condensate of TFMB and TPC represented by the following formula (4)
<テトラカルボン酸二無水物>
6FDA:2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン二無水物
PMDA:ピロメリット酸無水物
ODPA:4,4’-オキシジフタル酸二無水物
BPDA:3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
a-BPDA:2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
BTDA:3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物
BPAF:9,9-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)フルオレン二無水物
TMHQ:p-フェニレンビス(トリメリット酸モノエステル酸無水物)
BP-TME:ビス(1,3-ジオキソ-1,3-ジヒドロイソベンゾフラン-5-カルボン酸)-ビフェニル-4,4’ジイル
BPADA:4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸無水物
TAHMBP::ビス(1,3-ジオキソ-1,3-ジヒドロイソベンゾフラン-5-カルボン酸)-2,2’,3,3’,5,5’-ヘキサメチルビフェニル-4,4’ジイル
CBDA:1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
H-PMDA:1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物
H-BPDA:1,1’-ビシクロヘキサン-3,3’,4,4’テトラカルボン酸-3,4:3’,4’-二無水物
22BZ:4,4’-ジアミノ-2,2’-ジメチルビフェニル
<Tetracarboxylic acid dianhydride>
6FDA: 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)-1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride PMDA: pyromellitic anhydride ODPA: 4,4'-oxydiphthalic acid dianhydride BPDA: 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride a-BPDA: 2,3,3',4'-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride BTDA: 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic acid dianhydride BPAF: 9,9-bis(3,4-dicarboxyphenyl)fluorene dianhydride TMHQ: p-phenylenebis(trimellitic acid monoester acid anhydride)
BP-TME: Bis(1,3-dioxo-1,3-dihydroisobenzofuran-5-carboxylic acid)-biphenyl-4,4'diyl BPADA: 4,4'-(4,4'-isopropylidenediphenoxy)diphthalic anhydride TAHMBP: Bis(1,3-dioxo-1,3-dihydroisobenzofuran-5-carboxylic acid)-2,2',3,3',5,5'-hexamethylbiphenyl-4,4'diyl CBDA: 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride H-PMDA: 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride H-BPDA: 1,1'-bicyclohexane-3,3',4,4'tetracarboxylic acid-3,4:3',4'-dianhydride 22BZ: 4,4'-diamino-2,2'-dimethylbiphenyl
<ジカルボン酸ジクロリド>
TPC:テレフタル酸ジクロリド
IPC:イソフタル酸ジクロリド
H―TPC:1,4-シクロヘキサンジカルボン酸ジクロリド
BPC:4,4’-ビフェニルジカルボン酸ジクロリド
OBC:4,4’-オキシビス(ベンゾイルクロリド)
<Dicarboxylic acid dichloride>
TPC: Terephthalic acid dichloride IPC: Isophthalic acid dichloride H-TPC: 1,4-Cyclohexanedicarboxylic acid dichloride BPC: 4,4'-Biphenyldicarboxylic acid dichloride OBC: 4,4'-Oxybis(benzoyl chloride)
上記の結果から、特定の構造を有するポリイミドがアクリル系樹脂との相溶性を示し、低ヘイズのフィルムを作製可能であることが分かる。
The results above indicate that polyimides with specific structures exhibit compatibility with acrylic resins, making it possible to produce low-haze films.
Claims (15)
前記ポリイミドは、一般式(IIa)で表されるジアミン由来構造、および一般式(IIIa)で表されるテトラカルボン酸二無水物由来構造を有し、
前記ポリイミドは、下記(A)および(B)の少なくとも一方を満たし、
(A)前記ジアミン由来構造の全量に対するフルオロアルキル基を有するジアミンに由来する構造の比率が70モル%以上;
(B)前記テトラカルボン酸二無水物由来構造の全量に対するフルオロアルキル基を有するテトラカルボン酸二無水物に由来する構造の比率が70モル%以上、
前記アクリル系樹脂は、ポリメタクリル酸メチル、またはグルタルイミド構造を有するポリメタクリル酸メチルであり、
前記ポリイミドと前記アクリル系樹脂を、98:2~2:98の範囲の重量比で含み、
前記ポリイミドと前記アクリル系樹脂が、ジメチルホルムアミド中で相溶可能である、樹脂組成物。 A resin composition comprising polyimide and an acrylic resin,
The polyimide has a structure derived from a diamine represented by general formula (IIa) and a structure derived from a tetracarboxylic dianhydride represented by general formula (IIIa).
The polyimide satisfies at least one of the following (A) and (B):
(A) The ratio of structures derived from diamines having fluoroalkyl groups to the total amount of the diamine-derived structures is 70 mol% or more;
(B) The ratio of the structure derived from the tetracarboxylic dianhydride having a fluoroalkyl group to the total amount of the structure derived from the tetracarboxylic dianhydride is 70 mol% or more.
The aforementioned acrylic resin is polymethyl methacrylate or polymethyl methacrylate having a glutarimide structure.
The polyimide and the acrylic resin are contained in a weight ratio in the range of 98:2 to 2:98.
A resin composition in which the polyimide and the acrylic resin are compatible in dimethylformamide.
請求項1~10のいずれか1項に記載の樹脂組成物。 The polyimide further comprises a dicarboxylic acid-derived structure represented by the general formula (Va),
The resin composition according to any one of claims 1 to 10 .
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