企業技術者のためのポリイミド高性能化・機能化設計

商品説明

企業技術者のためのポリイミド　高性能化・機能化設計
～ポリイミド固有の構造と特性理解からの指針～

ポリイミドに関する基礎的な知識から高性能化・機能化に向けたポイントを解説！
多様なモノマー・重合方法、構造設計による機能化技術の詳細

【概要】

■ポリイミドの特徴、基本物性、合成方法、使用されるモノマーなど基礎知識を整理整頓！
　◆ポリイミドの物性を決定づけるイミド基構造・剛直性構造・CT錯体について解説
　◆目的のポリイミドを得るための最適な合成法
　◆現在入手可能な ”酸二無水物” と ”ジアミン” モノマーの物性比較！
　　∟各種モノマーの構造や融点から見る合成時に期待できる特性
　◆熱的性質・力学的性質をもたらす構造・官能基の影響とその序列
　　∟Tg（ガラス転移温度）、熱分解温度、熱線膨張係数
　　∟弾性率、強度、靭性

■ポリイミドの製品応用に向けたモノマーの選定ポイントと高性能化／機能化に向けた技術
　◆フィルムとしての加工性向上、剥離などを起こさないためには
　　∟溶解性を付与するためのモノマー選定、合成法
　　∟成形性・加工性向上に向けた熱可塑性ポリイミドの開発
　　∟温度変化による物性値（弾性率・Tg）の挙動変化

　◆FPR・CFRPなどの繊維複合材料に適した熱硬化性ポリイミド
　　∟溶解性に優れており、低粘度のモノマー選択
　　∟脱離成分がなく加工時に不良が起きないポリイミド設計

　◆熱制御材料（断熱性／高熱伝導性）ポリイミド
　　∟多孔化による断熱性の確保、発泡プロセス・反応機構
　　∟グラファイト化による高熱伝導・電気伝導性の発現、放熱部材としての事例

　◆5G対応材料としても注目を集める低誘電率ポリイミドの開発　　　
　　∟官能基へのフッ素原子の導入、吸水性の低減化
　　∟芳香環構造、脂環族構造によるイミド基濃度の制御
　　∟ナノ空孔（多孔）化による低誘電率化と耐久性のバランス
　　∟特許情報から見る５G対応ポリイミドの構造予測と特性値

　◆耐熱性や屈折率の制御による透明ポリイミドの開発
　　∟透明性と耐熱性・高強度の両面をもつポリイミドの開発
　　∟金属化合物とポリイミドのハイブリッド化
　　∟低CTEかつ屈曲性（耐折性）に向けたブロック共重合体の考え方

　◆液晶配向膜における表面状態とバルク性質、ラビング工程
　　∟代表的な液晶化合物とプレチルト角の関係性
　　∟液晶配向膜の電気的特性への要求：電圧保持率・残留DC電圧

発刊にあたって

著者
後藤技術事務所　代表　後藤 幸平　氏
　
【専門】
　ポリイミドを含む芳香族系高分子の機能化設計
【経歴】
　1972年　日本合成ゴム（現JSR）入社
　　　　　　(東京研究所・四日市研究所・筑波研究所の主任研究員・主幹研究員を経て)
　2001年　リサーチフェロー　特別研究室室長
　2004年　フェロー
　2010年　同社退職
　2011年　技術事務所開設
【学位・資格など】
　1989年　工学博士
　1994年　技術士（化学部門）
　2000年　Chartered Chemist (Royal Society of Chemistry)
　2008年　高分子学会フェロー
　2008年　岩手大学客員教授
【受賞歴】
　(1) 1995年 市村産業功績賞 “低温処理型LCD用配向膜用ポリイミド”
 
　(2) 2002年 Photopolymer Science & Technology Award “低誘電率ポリイミド”
 
　(3) 2008年 高分子学会賞 (技術) “燃料電池用芳香族系高分子電解質膜”
　(4) 2008年 高分子学会フェロー “機能性高分子の創製による光・電子材料の産業発展に関する貢献”、
　(5) 2012年 Honorable Mention Poster Award @ Asia-Pacific Polyimides and
　　　　　　　High Performance Polymers Symposium　“透明ポリイミド
【著書】
　ポリイミド関係18冊を含め計28冊　（いずれも分担出版）

内容紹介

第１編 ポリイミドの基礎 

　第1章の序論では，ナイロンに始まる重縮合の歴史的な視点から，耐熱性高分子のポリイミドの開発の時代背景や開発経緯，特性の位置づけからも俯瞰的に理解できるようにした。第2章はポリイミドの固有構造と物性の関係の整理から，ポリイミドらしさを発現する特徴の理解を深め，この章以降のポリイミドの合成や第2編の応用と製品設計へと展開できる知識から知恵となるように解説した。さらに第3章でポリイミドの合成(重合からイミド化反応)の各合成法の特徴と選択の基準，第4章は展開可能なモノマー種とその構造からの特徴，第5章ではポリイミドの特長となる基本的特性の熱的性質(物理的耐熱性，化学的耐熱性，熱線膨張係数)や力学的性質を，構造との関係で解説した。（「はじめに」抜粋）

　第１章 ポリイミド序論
　　1. ポリイミドとは
　　2. 耐熱性高分子としてのポリイミドの位置づけと開発の歴史
　　　　［コラム1-1：耐熱性高分子の基本構造］
　　　　［コラム1-2：高分子の命名］
　　　　［コラム1-3：プロセスウインドウ］
　　　　［コラム1-4：化学構造式］
　　　　［コラム1-5：熱たわみ温度（HDT）］
　　　　【補講1-1：連鎖重合（付加重合）と逐次重合（重縮合）】
　　　　【補講1-2：W. H. カローザース】
　　　　［コラム1-6：共役ジエンの重合からの合成ゴムの化学構造］
　　　　［コラム1-7：セレンディピティ(serendupity)］
　　3. ポリイミドの分類
　　　3.1 化学構造から
　　　3.2 ビジネスから見たポリイミドの製品形態の分類
　　　　［コラム1-8：分類すること］

　第２章 ポリイミドを特徴づける構造
　　1. イミド基構造
　　　1.1 イミド基の特長
　　　　［コラム2-1：耐熱性の定義］
　　　1.2 イミド基濃度
　　2. 剛直鎖構造
　　　　［コラム2-2：剛直高分子の特長］
　　3. 分子内･分子間相互作用：CT錯体

　第３章 ポリイミドの合成
　　1. ポリイミドの重合反応
　　　1.1 ジエステルカルボン酸，およびその誘導体から
　　　　　1.1.1 ジエステルジカルボン酸とジアミンの溶融重縮合（1段重合）
　　　　　1.1.2 ジエステルジカルボン酸クロリドとジアミンの溶液重縮合（2段重合）
　　　1.2 テトラカルボン酸二無水物から
　　　　　1.2.1 テトラカルボン酸二無水物とジアミンからの低温溶液重縮合（2段重合）
　　　　　1.2.2 テトラカルボン酸二無水物とジアミンの高温溶液重縮合（1段重合）
　　　　　1.2.3 テトラカルボン酸二無水物とジイソシアナートの高温溶液重縮合（1段重合）
　　　　　1.2.4 テトラカルボン酸二無水物とN-シリル化ジアミンの低温溶液重縮合（2段重合）
　　　　　1.2.5 ポリイソイミド経由（2段重合）
　　　　　1.2.6 蒸着（気相）重合（1段重合）
　　　1.3 重合にイミド基生成が関与しないポリイミド合成
　　　　　1.3.1 芳香族ジニトロ化合物へのビスフェノラートの求核置換による
　　　　　　　　ポリエーテルイミドの合成（1段重合）
　　　　　1.3.2 アミンのビスマレイミドの求核付加（マイケル付加）反応
　　2. イミド化反応
　　　2.1 熱イミド化
　　　2.2 化学イミド化

　第４章 製品に用いられている代表的なモノマー
　　1. テトラカルボン酸二無水物
　　　1.1 入手可能なテトラカルボン酸二無水物のリスト
　　　1.2 テトラカルボン酸二無水物の合成
　　　　　1.2.1 芳香族テトラカルボン酸二無水物の製法
　　　　　1.2.2 脂環族テトラカルボン酸二無水物の製法
　　2. ジアミン
　　　2.1 入手可能なジアミンのリスト
　　　2.2 ジアミンの合成
　　　　　2.2.1 芳香族アミン
　　　　　2.2.2 脂環族アミン
　　　2.3 ジアミンの安全性
　　　　［コラム4-1：製造コスト（固定費（人件費））］

　第５章 ポリイミドの主要特性 
　　1. 熱的性質
　　　1.1 ガラス転移温度
　　　1.2 熱分解温度
　　　　［コラム5-1：熱分解温度の測定］
　　　　［コラム5-2：自消性・不燃性］
　　　1.3　熱線膨張係数
　　2. 力学的性質（弾性率・強度，靭性）

 第２編 ポリイミドの応用と製品設計 

　第2編の応用と製品設計は，実用化されているポリイミドの高性能化・機能化について，どのような考え方で高分子設計が行われているかを，基礎編のポリイミドらしさの構造と関連づけて理解できる6つの章で構成している。製品設計への応用として，可溶性，熱可塑性や熱硬化性の加工性を第6章，耐宇宙環境耐性が要求される宇宙用ポリイミド材料を第7章，断熱性の多孔材や高熱伝性のグラファイトなどのポリイミド熱制御材料を第8章，耐熱性電子材料で常に注目される低誘電率ポリイミドを第9章，寸法安定性を含む耐熱性と屈折率の制御の透明ポリイミドを第10章，脂環族系ポリイミド特有の用途の液晶配向膜を配向機構も含めて第11章からの構成とした。　（「はじめに」抜粋）

　第６章 ポリイミドの加工性
　　1. 可溶性
　　2. 熱可塑性
　　　2.1 結晶性ポリイミド構造
　　3. 熱硬化性ポリイミド
　　　3.1 マレイミド型：ビスマレイミドへのジアミンのマイケル付加反応
　　　　［コラム6-1：マイケル（Michael）反応］　　　
　　　3.2 PMR（in situ Polymerization of Monomer Reactant）
　　　　［コラム6-2：ディールス・アルダー（Diels-Alder）反応とアルダー・エン（Alder Ene）反応］
　　　3.3 熱硬化ポリイミドの開発技術

　第７章 宇宙用ポリイミド材料
　　1. MLI膜（熱制御ポリイミド，熱保護膜）
　　2. 宇宙帆船IKAROS（熱可塑ポリイミド）
　　3. 原子状酸素耐性ポリイミド

　第８章 ポリイミド熱制御材料
　　1. 多孔化による断熱材
　　2. グラファイト化による高熱伝導

　第９章 低誘電率ポリイミド
　　1. 低誘電率化への要求とポリイミドの高分子設計のアプローチ
　　2. フッ素高含量置換基の導入
　　3. 整列しにくい構造の導入
　　4. かさ高い置換芳香環構造の導入
　　5. かさ高い脂環族構造の導入
　　6. ナノ空孔体（nanofoam　pored　polyimide）
　　　［コラム9-1：次世代移動通信システム5G対応の低誘電率，低誘電損失ポリイミド］

　第１０章 透明ポリイミド
　　1. ポリイミドの透明化設計
　　2. 屈折率の制御
　　3. 有機ELフレキシブルディスプレイ基板への応用
　　　3.1 技術開発の経緯
　　　3.2 透明性と低CTE化
　　　3.3 透明性と耐折性（靭性）
　　　［コラム10-1：分子複合材料］
　　　［コラム10-2：ブロック共重合体の合成］

　第１１章 液晶配向膜　
　　1. 液晶配向膜とは
　　　［コラム11-1：液晶］
　　2. 液晶配向膜の基本特性
　　　2.1 配向能としてのプレチルト角
　　　　2.1.1 ラビング工程
　　　　2.1.2 ポリイミドとプレチルト角
　　　2.2 液晶配向膜の電気的性質
　　　　2.2.1 電圧保持率と残留DC電圧