KR100782932B1 - Method for making polyetherimide precursor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 폴리에테르이미드 전구체 물질의 합성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 임프린트 절연재료의 기계적, 열적 특성을 개선시키기 위하여 첨가되는 폴리에테르이미드 전구체 물질의 합성방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for synthesizing a polyetherimide precursor material, and more particularly, to a method for synthesizing a polyetherimide precursor material added to improve the mechanical and thermal properties of an imprint insulating material.
임프린트용 절연재료로서 일반적으로 유전율이 높고 연신율이 낮은 에폭시 수지가 많이 사용되고 있다. 이와 같은 절연재료의 기계적 강도 및 열적 특성을 개선시키기 위하여 여러가지 방법이 적용되어 왔고, 이중 엔지니어링 플라스틱의 첨가가 이슈화되었다. In general, epoxy resins having a high dielectric constant and low elongation are used as insulating materials for imprints. Various methods have been applied to improve the mechanical strength and thermal properties of such insulating materials, and the addition of double engineering plastics has been an issue.
그 중 폴리에테르이미드(polyether imide, PEI)는 높은 기계적 강도 및 열적 특성을 가지고 있기 때문에 고분자의 특성 향상을 위한 첨가제로 각광받고 있다. 그러나, 폴리에테르이미드 자체는 용해도가 매우 낮기 때문에, 고분자 수지의 기계적 물성 향상을 위하여 지금까지 폴리에테르이미드를 첨가하는 방법은 폴리에테르이미드를 NaOH 용액으로 처리하고 이를 NMP(N-methyl pyrrolidone), MC(dichloromethane)과 같은 독성 용매에 용해시켜 이를 첨가하는 방법을 사용하였다. Among them, polyether imide (PEI) has been in the spotlight as an additive for improving the properties of a polymer because of its high mechanical strength and thermal properties. However, since polyetherimide itself has a very low solubility, a method of adding polyetherimide to improve the mechanical properties of polymer resins has been to treat polyetherimide with NaOH solution and use NMP (N-methyl pyrrolidone), MC. A method of dissolving in a toxic solvent such as (dichloromethane) and adding it was used.
그러나, 이와 같은 방법은 폴리에테르이미드의 카르보닐 작용기를 합성하기 어렵고 사용하는 용매의 상분리 및 낮은 용해도 문제로 인하여 에폭시 시스템과의 용액 블렌딩에 제약이 많다. However, such a method is difficult to synthesize the carbonyl functional groups of the polyetherimide, and is limited in solution blending with the epoxy system due to the problem of phase separation and low solubility of the solvent used.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 독성이 낮은 안정한 용매를 이용하여 임프린트 절연재료의 기계적, 열적 특성을 개선시키기 위하여 첨가되는 폴리에테르이미드 전구체 물질의 합성방법을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to synthesize a polyetherimide precursor material is added to improve the mechanical and thermal properties of the imprint insulating material using a stable solvent with low toxicity To provide.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, In order to solve the above technical problem, the present invention,
하기 화학식 1로 표시되는 용매 내에 아닐린기를 포함하는 제1모노머를 첨가하여 혼합액을 준비하는 단계; 및 Preparing a mixed solution by adding a first monomer including an aniline group in a solvent represented by Formula 1 below; And
상기 혼합액에 무수물기를 포함하는 제2모노머를 첨가하여 반응시키는 단계;Reacting the mixed solution by adding a second monomer including an anhydride group;
를 포함하는 폴리에테르이미드 전구체 물질의 합성방법을 제공한다. It provides a method for synthesizing a polyetherimide precursor material comprising a.
[화학식 1][Formula 1]
상기 식중, R은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고, n은 2 내지 10의 정수이다.In said formula, R is a substituted or unsubstituted C1-C3 alkyl group, n is an integer of 2-10.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학식 1의 용매는 2-메톡시 에탄올, 2-메톡시 프로판올, 2-에톡시 에탄올 및 2-에톡시 프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the solvent of Formula 1 may be at least one selected from the group consisting of 2-methoxy ethanol, 2-methoxy propanol, 2-ethoxy ethanol and 2-ethoxy propanol.
상기 아닐린기를 포함하는 제1모노머는 4,4-옥시디아닐린 및 m-페닐렌디아민로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. The first monomer including the aniline group may be at least one selected from the group consisting of 4,4-oxydianiline and m-phenylenediamine.
상기 무수물기를 포함하는 제2모노머는 4,4-(헥사플루오로-이소프로필리덴)디프탈산 무수물 및 비스[4-(3,4-디카르복시페녹시)페닐]프로판 이무수물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. The second monomer comprising the anhydride group is selected from the group consisting of 4,4- (hexafluoro-isopropylidene) diphthalic anhydride and bis [4- (3,4-dicarboxyphenoxy) phenyl] propane dianhydride It may be at least one.
가장 바람직하게는 상기 아닐린기를 포함하는 제1모노머로서 4,4-옥시디아닐린을 사용하고, 상기 무수물기를 포함하는 제2모노머로서 4,4-(헥사플루오로-이소프로필리덴)디프탈산 무수물을 사용할 수 있다. Most preferably, 4,4-oxydianiline is used as the first monomer containing the aniline group, and 4,4- (hexafluoro-isopropylidene) diphthalic anhydride is used as the second monomer containing the anhydride group. Can be used.
상기 제1모노머 및 제2모노머의 총함량은 10 내지 20 중량%이고, 상기 용매의 함량은 80 내지 90 중량%인 것이 바람직하며, 상기 제1모노머와 제2모노머의 몰비는 1:1인 것이 바람직하다. The total content of the first monomer and the second monomer is 10 to 20% by weight, the content of the solvent is preferably 80 to 90% by weight, the molar ratio of the first monomer and the second monomer is 1: 1. desirable.
상기 반응단계는 상기 혼합액에 아닐린기를 포함하는 제1모노머를 서서히 첨가한 뒤 5 내지 30시간 동안 반응을 진행시켜 수행되는 것이 바람직하다. The reaction step is preferably performed by slowly adding the first monomer containing the aniline group to the mixed solution for 5 to 30 hours.
또한, 상기 반응단계는 상기 혼합액을 냉각시키면서 반응시키는 것이 보다 더 바람직하다. In addition, the reaction step is more preferably reacted while cooling the mixture.
본 발명에 따른 합성방법은 비활성 분위기에서 진행되는 것이 보다 바람직하다. The synthesis method according to the invention is more preferably carried out in an inert atmosphere.
이하, 본 발명에 따른 폴리에테르이미드 전구체 물질 합성방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for synthesizing the polyetherimide precursor material according to the present invention will be described in more detail.
임프린팅시 사용되는 절연재료의 하나인 에폭시 수지는 우수한 열안정성, 내부식성, 내화학성, 절연성, 접착특성 및 기계적 특성으로 인하여 코팅, 접착제, 전기전자재료, 복합재료용 매트릭스 수지로 널리 사용되고 있다. 그러나 에폭시 수지는 경화과정을 통해 선상구조가 3차원 망상구조로 변하는 대표적인 열경화성 수지로서 높은 가교도로 인하여 취성을 지니게 된다. 따라서, 낮은 강인성에 의한 에폭시 수지의 사용이 제한되므로, 이러한 취성의 개선을 위해 많은 연구가 진행되어 왔다. 그중의 하나가 에폭시 수지의 경화시 강인화제로서 폴리에테르이미드를 첨가하는 것이다. 그러나, 이와 같은 방법은 독성의 휘발성 용매를 사용하기 때문에 작업 안정성이 떨어지고, 용매의 상분리 및 낮은 용해도로 인하여 용액 블렌딩에 제약이 많다. 이와는 달리 본 발명에서는 에폭시 수지와의 상용성이 뛰어나 상분리를 억제시킬 수 있고 독성이 없어 작업안정성이 뛰어난 용매를 이용하여 임프린트용 절연재료에 첨가하기 위한 폴리에테르이미드 전구체 물질을 합성한다. Epoxy resin, which is one of the insulating materials used for imprinting, is widely used as a matrix resin for coatings, adhesives, electrical and electronic materials, and composite materials due to its excellent thermal stability, corrosion resistance, chemical resistance, insulation, adhesive properties, and mechanical properties. However, epoxy resin is brittle due to its high degree of crosslinking as a representative thermosetting resin whose linear structure is changed into a three-dimensional network through the curing process. Therefore, since the use of the epoxy resin due to the low toughness is limited, much research has been conducted to improve such brittleness. One of them is to add polyetherimide as a toughening agent in curing the epoxy resin. However, this method uses a toxic volatile solvent, which results in poor working stability, and is constrained in solution blending due to the phase separation and low solubility of the solvent. In contrast, the present invention synthesizes a polyetherimide precursor material for adding to an insulating material for imprint using a solvent having excellent compatibility with epoxy resins, which can suppress phase separation and have no toxicity and excellent work stability.
본 발명에 따른 폴리에테르이미드 전구체 물질의 합성방법은 하기 화학식 1로 표시되는 용매 내에 아닐린기를 포함하는 제1모노머를 첨가하여 혼합액을 준비하는 단계; 및 상기 혼합액에 무수물기를 포함하는 제2모노머를 첨가하여 반응시키는 단계;를 포함한다. Synthesis method of a polyetherimide precursor material according to the present invention comprises the steps of preparing a mixed solution by adding a first monomer containing an aniline group in a solvent represented by the formula (1); And adding and reacting a second monomer including an anhydride group to the mixed solution.
[화학식 1][Formula 1]
상기 식중, R은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고, n은 2 내지 10의 정수이다.In said formula, R is a substituted or unsubstituted C1-C3 alkyl group, n is an integer of 2-10.
우선, 본 발명에 사용되는 화합물질에 대하여 설명하면 다음과 같다. First, the compound used in the present invention will be described.
상기 화학식 1의 용매의 보다 구체적인 예로는 2-메톡시 에탄올, 2-메톡시 프로판올, 2-에톡시 에탄올, 2-에톡시 프로판올 등을 들 수 있다. 이와 같은 용매는 상업적으로 상용화된 용매를 포함하는 것으로서 작업 안정성이 뛰어나고, 나중에 에폭시 수지와의 용액 블렌딩시 상분리 현상을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 용매에 비하여 낮은 끓는점을 가지기 때문에 에폭시 수지의 블렌딩 및 경화를 용이하게 할 수 있다. More specific examples of the solvent of Formula 1 include 2-methoxy ethanol, 2-methoxy propanol, 2-ethoxy ethanol, 2-ethoxy propanol and the like. These solvents include commercially available solvents, and thus have excellent work stability, and can not only prevent phase separation in solution blending with the epoxy resin, but also have a lower boiling point than conventional solvents. Curing can be facilitated.
상기 화학식 1에서 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기라 함은 직쇄형 또는 분지형일 수 있는데, 구체적인 예로는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필 등이 있다. The unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms in Chemical Formula 1 may be linear or branched, and specific examples thereof include methyl, ethyl, n-propyl, and isopropyl.
상기 화학식 1 중 작용기 R의 적어도 하나 이상의 수소원자는 할로겐원자, 할로알킬기, 카보닐기, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염 등으로 치환될 수 있다. At least one hydrogen atom of the functional group R in Formula 1 may be substituted with a halogen atom, a haloalkyl group, a carbonyl group, a hydroxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, a carboxyl group or a salt thereof, a sulfonic acid group or a salt thereof, a phosphoric acid or a salt thereof, or the like. Can be.
상기 아닐린기를 포함하는 제1모노머는 사슬의 양 말단에 이미드화 반응을 할 수 있도록 아닐린기를 포함하는 화합물이라면 제한없이 사용할 수 있다. 구체적인 예로는 4,4-옥시디아닐린, m-페닐렌디아민 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The first monomer including the aniline group can be used without limitation so long as it is a compound containing an aniline group so as to imidize both ends of the chain. Specific examples include 4,4-oxydianiline, m-phenylenediamine, and the like, but are not limited thereto.
상기 무수물기를 포함하는 제2모노머는 사슬의 양 말단에 이미드화 반응을 할 수 있도록 무수물기를 포함하는 화합물이라면 제한없이 사용할 수 있다. 구체적인 예로는 4,4-(헥사플루오로-이소프로필리덴)디프탈산 무수물, 비스[4-(3,4-디카르복시페녹시)페닐]프로판 이무수물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The second monomer including the anhydride group can be used without limitation so long as it is a compound including an anhydride group so as to imidize both ends of the chain. Specific examples include, but are not limited to, 4,4- (hexafluoro-isopropylidene) diphthalic anhydride, bis [4- (3,4-dicarboxyphenoxy) phenyl] propane dianhydride, and the like. .
바람직한 실시예에 따르면, 상기 아닐린기를 포함하는 제1모노머로서 4,4-옥시디아닐린을 사용하고, 상기 무수물기를 포함하는 제2모노머로서 4,4-(헥사플루오로-이소프로필리덴)디프탈산 무수물을 사용할 수 있다. According to a preferred embodiment, 4,4-oxydianiline is used as the first monomer containing the aniline group, and 4,4- (hexafluoro-isopropylidene) diphthalic acid is used as the second monomer containing the anhydride group. Anhydrides can be used.
본 발명에서 상기 제1모노머 및 제2모노머의 총함량은 10 내지 20 중량%이고, 상기 용매의 함량은 80 내지 90 중량%인 것이 바람직하다. 전체 반응용액 중에 모노머의 총함량이 10 중량% 미만이면 자체 폴리이미드화 반응 및 에폭시기와 반응을 위한 작용기가 너무 적어 바람직하지 아니하고, 20중량%를 초과하면 제1모노머 및 제2모노머의 용해가 충분히 이루어지지 않고, 합성물의 점도가 너무 높아져 균일성이 떨어지므로 바람직하지 않다. 또한, 상기 제1모노머와 제2모노머의 몰비는 1:1로 한다. 이는 정량으로 1:1 반응을 통하여 아미드산(amic acid)을 포함하는 폴리에테르이미드 전구체 물질을 제조하기 위함이다. In the present invention, the total content of the first monomer and the second monomer is 10 to 20% by weight, the content of the solvent is preferably 80 to 90% by weight. If the total content of the monomer in the total reaction solution is less than 10% by weight, it is not preferable because the functional group for the self-polyimidization reaction and the epoxy group reaction is too small, and if it exceeds 20% by weight, the first monomer and the second monomer are sufficiently dissolved It is not preferable because the viscosity of the compound is too high and uniformity is not achieved. In addition, the molar ratio of the first monomer and the second monomer is 1: 1. This is to prepare a polyetherimide precursor material including amic acid through a 1: 1 reaction in quantitative manner.
본 발명에 따른 폴리에테르이미드 전구체 물질 합성방법은 우선, 상기 화학식 1로 표시되는 용매 내에 아닐린기를 포함하는 제1모노머를 첨가하여 혼합액을 준비한 다음, 이어서 혼합액에 무수물기를 포함하는 제2모노머를 첨가하여 반응시켜 진행된다. In the method for synthesizing a polyetherimide precursor material according to the present invention, first, a mixed solution is prepared by adding a first monomer containing an aniline group in the solvent represented by Formula 1, and then adding a second monomer including anhydride groups to the mixed solution. It proceeds by reaction.
상기 혼합액에 제2모노머를 첨가한 때에는 제1모노머와의 균일한 반응을 일으키기 위하여 서서히 첨가하는 것이 바람직하며, 5 내지 30시간 동안 반응을 진행시키는 것이 바람직하다. 반응시간이 5시간 미만이면 중합도가 너무 낮아 기계적 물성 향상 효과가 저해되므로 바람직하지 못하고, 30시간을 초과하면 중합도가 너무 높아져 에폭시와 반응할 수 있는 작용기가 줄어들어 바람직하지 못하다. When the second monomer is added to the mixed solution, the second monomer is preferably added slowly to cause a uniform reaction with the first monomer, and the reaction is preferably performed for 5 to 30 hours. If the reaction time is less than 5 hours, the degree of polymerization is too low to inhibit the effect of improving mechanical properties, and if it exceeds 30 hours, the degree of polymerization is too high and the functional groups that can react with the epoxy are not preferable.
또한, 폴리에테르이미드 전구체의 합성반응은 발열반응이기 때문에 반응성을좋게 하기 위하여 상기 혼합액을 냉각시키면서 반응시키는 것이 보다 더 바람직하다. In addition, since the synthesis reaction of the polyetherimide precursor is exothermic, it is more preferable to react the mixture while cooling the mixture in order to improve reactivity.
본 발명에 따른 합성방법은 수분에 민감하기 때문에 비활성 분위기에서 반응을 진행시키는 것이 보다 바람직하다. Since the synthesis method according to the present invention is sensitive to moisture, it is more preferable to proceed with the reaction in an inert atmosphere.
이와 같이 합성과정에 통하여 모노머 간의 축합반응을 통하여 아미드산(amid acid)을 포함하는 폴리에테르이미드 전구체 물질을 합성할 수 있다. As such, the polyetherimide precursor material including amid acid may be synthesized through condensation reaction between monomers through the synthesis process.
상기 방법에 의하여 합성된 폴리에테르이미드 전구체 물질은 에폭시 수지 시스템에 첨가한 후 아미드산 그룹의 축합반응을 일으켜 에폭시 내에 이미드 도메인 을 형성하여 기계적, 열적 특성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 폴리에테르이미드 전구체 물질은 에폭시 수시 시스템에 30중량%이상 첨가될 수 있다. The polyetherimide precursor material synthesized by the above method can be added to an epoxy resin system to cause condensation reaction of amic acid groups to form imide domains in the epoxy to improve mechanical and thermal properties. The polyetherimide precursor material according to the present invention may be added at least 30% by weight to the epoxy receiving system.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 예시하기로 하되, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be illustrated by the following examples, but the protection scope of the present invention is not limited only to the following examples.
<실시예><Example>
먼저 용매로서 2-메톡시 에탄올 85중량%를 사용하였고, 모노머의 총함량은 15중량%로 하였다. 여기서 제1모노머로는 4,4-옥시디아닐린(ODA)을 사용하고, 제2모노머로는 4,4-(헥사플루오로-이소프로필리덴)디프탈산 무수물(FDA)을 사용하였으며, 1:1의 몰비로 준비하였다. 합성과정은 비활성 분위기에서 실온에서 실행하였다. 준비된 2-메톡시 에탄올에 ODA를 첨가하고 2시간동안 교반하여 완전히 녹였다. 여기에 FDA를 서서히 첨가한 다음에 12시간 이상 반응시켜 폴리에테르이미드 전구체 물질을 합성하였다. First, 85% by weight of 2-methoxy ethanol was used as the solvent, and the total content of the monomers was 15% by weight. Here, 4,4-oxydianiline (ODA) was used as the first monomer, and 4,4- (hexafluoro-isopropylidene) diphthalic anhydride (FDA) was used as the second monomer, and 1: It was prepared at a molar ratio of 1. The synthesis was carried out at room temperature in an inert atmosphere. ODA was added to the prepared 2-methoxy ethanol and stirred for 2 hours to dissolve completely. The FDA was slowly added thereto and then reacted for at least 12 hours to synthesize a polyetherimide precursor material.
본 발명에 의하여 합성된 전구체 물질을 에폭시 수지 모노머에 첨가하여 축합반응을 시킬 경우 종래의 페놀 노볼락 에폭시 수지를 사용한 에폭시 수지에 비하여 모듈러스가 10% 이상 향상되었다. When the precursor material synthesized according to the present invention was added to an epoxy resin monomer to perform condensation reaction, the modulus was improved by 10% or more compared with the epoxy resin using the conventional phenol novolac epoxy resin.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and many variations are possible by those skilled in the art within the spirit of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 폴리에테르이미드 전구체 물질의 합성방법은 독성이 없는 용매를 사용하여 작업안정성이 뛰어나고, 에폭시 수지와의 상용성이 뛰어나 상분리를 억제시킬 수 있고 낮은 끓는점을 가지고 있기 때문에 에폭시 수지 블렌딩 및 경화가 용이할 수 있다.As described above, the method for synthesizing the polyetherimide precursor material according to the present invention has excellent work stability by using a non-toxic solvent, and excellent compatibility with epoxy resins, which can inhibit phase separation and have a low boiling point. Resin blending and curing may be easy.
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KR1020060090419A KR100782932B1 (en) | 2006-09-19 | 2006-09-19 | Method for making polyetherimide precursor |
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
US4851495A (en) | 1987-02-20 | 1989-07-25 | The Boeing Company | Polyetherimide oligomer |
KR20000048059A (en) * | 1998-12-15 | 2000-07-25 | 마쉬 윌리엄 에프 | Fluid separation membranes formed from polyetherimides |
EP1478694A1 (en) * | 2002-02-19 | 2004-11-24 | General Electric Company | Polyetherimide composition, method, and article |
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2006
- 2006-09-19 KR KR1020060090419A patent/KR100782932B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4851495A (en) | 1987-02-20 | 1989-07-25 | The Boeing Company | Polyetherimide oligomer |
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