JPH11263838A - ジアルキル置換基を有する液晶配向膜用の可溶性ポリイミド樹脂 - Google Patents

ジアルキル置換基を有する液晶配向膜用の可溶性ポリイミド樹脂

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JPH11263838A JP10375517A JP37551798A JPH11263838A JP H11263838 A JPH11263838 A JP H11263838A JP 10375517 A JP10375517 A JP 10375517A JP 37551798 A JP37551798 A JP 37551798A JP H11263838 A JPH11263838 A JP H11263838A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、テトラカルボキシル酸二無水物とジ
アルキル基を有する芳香族ジアミンを使用して耐熱性、
溶解性、透明性及び液晶配向能力に優れる、ジアルキル
置換基を有する液晶配向膜用の可溶性ポリイミド樹脂の
製造を提供する。 【解決手段】本発明によるジアルキル置換基を有する液
晶配向膜用の可溶性ポリイミド樹脂は、特定の化学式で
示される構造を反復単位として構成されることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶配向膜用とし
て用いられる可溶性ポリイミド樹脂を製造できる単量体
及びその単量体から製造されたジアルキル置換体を有す
るポリイミド樹脂に関するもので、より詳細にはテトラ
カルボキシル酸二無水物とジアルキル置換基を有する芳
香族ジアミンを使用して耐熱性、溶解性、透明性及び液
晶配向の能力が優れる、ジアルキル置換基を有する液晶
配向膜用の可溶性ポリイミド樹脂に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般的に、ポリイミド樹脂は、主鎖の中
にイミド基を含む樹脂の総称である。特に、芳香族テト
ラカルボキシル酸あるいはその誘導体と、芳香族ジアミ
ンあるいは芳香族のジイソシアネートを縮重合、イミド
化して製造されるもののような芳香族ポリイミドは高耐
熱性樹脂として、耐熱性の要求されるフィルム、プリン
ト基板、電線、エナメル等に使用されている。
【0003】また、ポリイミド樹脂は、使用される単量
体の種類により各種の分子構造を有することができる。
一般的に、芳香族テトラカルボキシル酸の成分として
は、ピロメリット酸二無水物、ビフタール酸二無水物を
使用し、芳香族ジアミンの成分としては、オキシジアニ
リンあるいはp−フェニレンジアミンを使用して縮重合
させて製造している。もっとも代表的なポリイミド樹脂
は、反復単位として次の化学式1を有する。
【0004】
【化10】
【0005】上記の化学式1を反復単位とするポリイミ
ド樹脂は、不溶、不融の超高耐熱性樹脂として次のよう
な特性を有している:1)優れた耐熱酸化性、2)高温
度を使用できること、3)約260℃の長期使用温度と
約480℃の短期使用温度を示す、優れた耐熱特性、
4)耐放射線性、5)優れた低温特性、及び6)優れた
耐薬品性。上記の化学式1を反復単位とするポリイミド
樹脂は、前記のような特性を有するにも拘らず、溶媒に
溶けない不溶性と加熱により熔融されない不溶性により
加工が極めて難しいという欠点がある。
【0006】このようなポリイミド樹脂の欠点を改善す
るための方法として、重合体の主鎖あるいは側鎖に極性
基を導入する方法や嵩高い連結基あるいは側鎖基を導入
する方法、あるいは主鎖の柔軟性を増加させる方法等が
報告されている。特に、ポリイミド樹脂の溶解度を増加
させるための研究として、T.Kurosaki等は、
脂環式無水物を単量体として使用して可溶性ポリイミド
コーティング液を製造する方法を発表した(Macro
molecules,1994、27、1117及び1
993、26、4961)。また、1993年にQn
Jin等は、環式ジアミンを使用して可溶性ポリイミド
樹脂を製造した(J.P.S.Part A.Poly
m.Chem.Ed.31、2345〜2351)。
【0007】このような研究の一環として、本発明者ら
は、脂環式無水物であるジオキソヒドロプリル−3−メ
チルシクロヘキサン−1,2−ジカルボキシル酸二無水
物と芳香族のジアミン化合物から新たな可溶性ポリイミ
ド樹脂を製造し、製造されたポリイミド樹脂は優れた耐
熱性、透明性及び液晶配向性を発揮することを確認して
本発明を完成した。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、優れた耐熱性、透明性及び液晶配向性を有する、ジ
アルキル置換基を有する液晶配向膜用の可溶性ポリイミ
ド樹脂を製造するための単量体及びその単量体から製造
されるポリイミド樹脂を提供することにその目的があ
る。また、本発明は、耐熱性、透明性及び液晶配向性を
有する、ジアルキル置換基を有する液晶配向膜用の可溶
性ポリイミド樹脂の製造方法を提供することに他の目的
がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によるジアルキル置換基を有する液晶配向
膜用の可溶性ポリイミド樹脂を製造するためのジアミン
単量体は、次の化学式2で示される構造を有するように
構成される。
【0010】
【化11】
【0011】式中、R及びRは4〜18個の炭素数
を有するアルキル基である。本発明によるジアルキル置
換基を有する液晶配向膜用の可溶性ポリイミド樹脂は、
次の化学式1で示される構造を反復単位として構成され
る。
【0012】
【化12】 式中、
【0013】
【化13】
【0014】の中から選択される1個以上の4価基とし
て下記の化学式3を必ず含み、
【0015】
【化14】
【0016】の中から選択される1個以上の2価基とし
て下記の化学式2のジアミンを必ず含み、
【0017】
【化15】
【0018】式中、R及びRは4〜18個の炭素数
を有するアルキル基である。また、本発明によるジアル
キル置換基を有する液晶配向膜用の可溶性ポリイミド樹
脂の製造方法は、ジアミンと二無水テトラカルボキシル
酸を溶液重合させてポリイミド樹脂を製造する方法にお
いて、ジアミンは、上記化学式2として示されるジアミ
ン、オキシジアニリン、メチレンジアニリン、メタビス
アミノフェノキシジフェニルスルフォン及びパラビスア
ミノキシジフェニルスルフォンの中から選択された1種
以上のジアミンとして必ず化学式2を含み;ジカルボン
酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物、ベンゾ
フェノンテトラカルボキシル酸二無水物、オキシジフタ
ール酸二無水物、ビフタール酸二無水物、ヘキサフルオ
ロイソプロピリデンジフタール酸二無水物及びジオキシ
ヒドロプリル−3−メチルシクロヘキサン−1,2−ジ
カルボキシル酸二無水物(化学式3)の中から選択され
た1種以上の二無水酸として必ず化学式3の二無水酸を
含んで溶媒に溶解、混合する反応混合物の準備段階;上
記から得られた反応混合物を60〜80℃で1〜5時間
にわたって加熱する第一次加熱段階;加熱された反応混
合物を、溶媒が還流される還流温度まで昇温して6〜1
2時間にわたって還流する還流段階;還流により反応が
終わった後、反応混合物を過量の水性溶媒に沈殿して沈
殿物を得る沈殿段階及び;得られた沈殿物を減圧下に乾
燥させる後処理段階からなる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、具体的な実施例
を参照して詳細に説明する。本発明によるジアルキル置
換基を有する液晶配向膜用の可溶性ポリイミド樹脂は、
次の化学式1で示される構造を反復単位として構成され
ることを特徴とする。
【0020】
【化16】 式中、
【0021】
【化17】
【0022】の中から選択される1個以上の4価基とし
て下記の化学式3を必ず含み、
【0023】
【化18】
【0024】の中から選択される1個以上の2価基とし
て下記の化学式2のジアミンを必ず含み、
【0025】
【化19】
【0026】式中、R及びRは4〜18個の炭素数
を有するアルキル基である。上記の構造を有する本発明
によるポリイミド樹脂は、特に優れた耐熱性、透明性及
び液晶配向性を有する。本発明による上記のポリイミド
樹脂の固有粘度は0.5〜2.0dL/g、分子量分布
は50,000〜200,000g/mol、ガラス転
移温度は250〜400℃、プレチルト角は5〜15゜
の範囲にあることができる。
【0027】特に、上記のポリイミド樹脂は、ジメチル
アセトアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2
−ピロリドン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、ア
セトン、エチルアセテート、m−クレゾール、あるいは
2種以上を混合した上記の化合物からなる群から選ばれ
た溶媒のような非陽子性溶媒や有機溶媒により常温で溶
解されることができる。これによりフィルムや他の形状
への成形が用意である利点を有することができる。上記
のポリイミド樹脂は、テトラヒドロフラン及びクロロホ
ルムのような低沸点溶液、またγ−ブチロラクトンのよ
うな低吸収性溶媒に対しても高い溶解度を示し、成形性
が優れている長所を有する。
【0028】また、本発明によるジアルキル置換基を有
する液晶配向膜用の可溶性ポリイミド樹脂の製造方法
は、ジアミンとテトラカルボキシ二無水物を溶液重合さ
せてポリイミド樹脂を製造する方法において、ジアミン
は上記の化学式2で示されるジアミン、オキシジアニリ
ン、メチレンジアニリン、メタビスアミノフェノキシジ
フェニルスルフォン及びp−ビスアミノキシジフェニル
スルフォンの中から選択された1種以上のジアミンとし
て必ず化学式2を含み;ジカルボン酸二無水物として
は、ピロメリット酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカ
ルボキシル酸二無水物、オキシジフタール酸二無水物、
ビフタール酸二無水物、ヘキサフルオロイソプロピリデ
ンジフタール酸二無水物及びジオキシヒドロプリル−3
−メチルシクロヘキサン−1,2−ジカルボキシル酸二
無水物(化学式3)の中から選択された1種以上の二無
水酸として必ず化学式3の二無水酸を含んで溶媒に溶
解、混合する反応混合物の準備段階;上記から得られた
反応混合物を60〜80℃で1〜5時間にわたって加熱
する第一次加熱段階;加熱された反応混合物を、溶媒が
還流される還流温度まで昇温して6〜12時間にわたっ
て還流する還流段階;還流により反応が終わった後、反
応混合物を過量の水性溶媒に沈殿して沈殿物を得る沈殿
段階及び;得られた沈殿物を減圧下に乾燥させる後処理
段階からなることを特徴とする。
【0029】上記の反応混合物を準備する段階では、使
用溶媒は、m−クレゾールのような反応溶媒が用いら
れ、特に上記の化学式2の固体状のジアミンは、固形分
濃度として10−30重量%以内で加えることができ
る。上記の還流段階では、イミド化触媒としてキノリン
あるいはその誘導体を上記の反応混合物の全体量を基準
として1〜5重量%の量で加えることができる。
【0030】
【実施例】以下、本発明の望ましい実施例及び比較例を
述べる。次の実施例は、本発明を例証するためのもので
あり、本発明の範囲が限定されると理解されてはならな
い。 実施例1 ジニトロ−ジブチルベンズアミド(以下、“DN−L−
4DMと称する)の製造 攪拌機と窒素注入装置を備えた50mlの反応機に、窒
素ガスを徐々に通過させながら、1.29g(0.01
mol)のジブチルアミンを反応溶媒である5mlのジ
メチルアセトアミドに溶解させた後、窒素ガスを通しな
がら、固体状である2.30g(0.01mol)の
3,5−ジニトロベンゾイルクロライドを徐々に加え
た。反応が終わった後、反応混合物を過量の蒸留水に沈
殿させ、濾過した固体を重炭酸ナトリウムと弱塩酸水溶
液により3回以上洗浄した後、60℃で減圧、乾燥して
DN−L−4DMを製造した。反応収率は91.0%で
あった。上記のジブチルアミンの代わりに、ジヘキシル
アミン、ジオクチルアミン、ジデシルアミン、ジドデシ
ルアミン、ジテトラデシルアミン、ジヘキサデシルアミ
ン、あるいはジオクタデシルアミンを使用しながら、ア
ルキル基の炭素数を変えて上記の過程を続けた。
【0031】実施例2 ジアミノ−ジ−ブチルベンズア
ミド(以下、“DA−L−4DM”と称する)の製造:
12.9g(0.04mol)のDN−L−4DMを2
00mlのエタノールに溶解させた後、触媒として2.
0gのPd/C(炭素粉末状にパラジウム金属を5%の
量で被覆した水素化用触媒)とともに水素反応器に投入
した後、40℃で3時間にわたって還元反応を行った。
反応混合物を濾過した後、反応溶媒を減圧、蒸留して除
去し、エチルアセテートとヘキサンの共溶媒だ再結晶し
てDA−L−4DMを製造した。反応収率は94.0%
であった。このDA−L−4DMに代えて、DN−L−
6DM、DN−L−8DM、DA−L−10DM、DA
−L−12DM、DA−L−14DM、DA−L−16
DM、あるいはDA−L−18DMを使用しながら、ア
ルキル基の炭素数を変えた。アルキル基の炭素数の変化
による実験結果、当該収率は次のようである:DN−L
−6DM(89.0%)、DN−L−8DM(82.0
%)、DA−L−10DM(80.7%)、DA−L−
12DM(82.0%)、DA−L−14DM(85.
4%)、DA−L−16DM(80.9%)及びDA−
L−18DM(81.0%)。
【0032】実施例3 攪拌機、温度調節装置、窒素注入装置、滴下漏斗及び冷
却機を備えた50mlの反応機に、窒素ガスを徐々に通
過させながら、9.72g(0.09mol)のp−フ
ェニレンジアミン(以下、p−PDAと称する)とジア
ミンとして2.63g(0.01mol)のDA−L−
4DMを反応溶媒であるm−クレゾールに溶解した。窒
素ガスを通過しながら、固体状である26.4g(0.
1mol)のDOCDAを15重量%の固形分濃度とし
て徐々に加えた。反応温度を70℃まで昇温してから2
時間にわたって反応を進行させた。つづいて、溶媒の還
流温度まで昇温してから8時間にわたって攪拌させた。
この時にイミド化触媒としては、イソキノリンを全体の
反応混合物に対して3重量%の量で添加した。反応が終
わった後、反応混合物はワリングブレンダー(wari
ng blender)を利用して過量のメタノールで
3回以上洗浄した後、120℃の温度で減圧、乾燥して
新規のポリイミド樹脂を得た。この時に重合反応の収率
は定量的であることが確認され、m−クレゾールを溶媒
として0.5g/dLの濃度と30℃で測定した固有粘
度は0.85dL/gであった。
【0033】得られたポリイミド樹脂は、示差走査熱量
計を利用してガラス転移温度を測定し、その結果を次の
表1に示した。また得られたポリイミド樹脂をγ−ブチ
ロラクトンに溶解させて400〜40,000rpmの
速度で25秒にわたって薄膜コーティングした後、研磨
により製作した液晶セルの特性を確認し、液晶の配向状
態は偏光顕微鏡により肉眼で観察し、結晶回転法により
それぞれの液晶セルのプレチルト角を測定し、次の表1
に示した。
【0034】実施例4 3.79g(0.01mo
l)のDA−L−6DMを使用したことを除いて、上記
の実施例3と同一の方法により反応を行い、得られたポ
リイミド樹脂の固有粘度は0.80dL/gであった。 実施例5 4.35g(0.01mol)のDA−L
−8DMを使用したことを除いて、上記の実施例3と同
一の方法により反応を行い、得られたポリイミド樹脂の
固有粘度は0.75dL/gであった。 実施例6 4.91g(0.01mol)のDA−L
−10DMを使用したことを除いて、上記の実施例3と
同一の方法により反応を行い、得られたポリイミド樹脂
の固有粘度は0.79dL/gであった。
【0035】実施例7 5.47g(0.01mo
l)のDA−L−12DMを使用したことを除いて、上
記の実施例3と同一の方法により反応を行い、得られた
ポリイミド樹脂の固有粘度は0.75dL/gであっ
た。 実施例8 6.03g(0.01mol)のDA−L
−14DMを使用したことを除いて、上記の実施例3と
同一の方法により反応を行い、得られたポリイミド樹脂
の固有粘度は0.75dL/gであった。 実施例9 6.59g(0.01mol)のDA−L
−16DMを使用したことを除いて、上記の実施例3と
同一の方法により反応を行い、得られたポリイミド樹脂
の固有粘度は0.71dL/gであった。 実施例10 7.15g(0.01mol)のDA−L
−18DMを使用したことを除いて、上記の実施例3と
同一の方法により反応を行い、得られたポリイミド樹脂
の固有粘度は0.72dL/gであった。 比較例 1.08g(0.01mol)のp−PDAと2.64
g(0.01mol)DOCDAを使用したことを除い
て、上記の実施例3と同一の方法により反応を行い、得
られたポリイミド樹脂の固有粘度は0.5g/dLであ
り、これをジメチルアセトアミドに溶解させて30℃で
測定したとき、1.30g/dLであった。
【0036】上記の実施例1、2により製造された単量
体としてのジアミンにおいては、アミド基が連結された
2つの長鎖アルキル基を側鎖として含むジアミン単量体
が再結晶した後、収率として80%以上を示したことが
確認された。上記の実施例2から製造した単量体として
のDA−L−4DMの構造を核磁気共鳴分光分析器(N
MR spectroscopy)により確認し、その
結果としてH−NMRスペクトルを図1に示した。ま
た、上記の実施例3〜8と比較例により得られたポリイ
ミド樹脂の分子量をはじめ、物理的特性の測定結果を次
の表1に示した。
【0037】
【表1】 上記の実施例を総合した結果、上記の表1に示したよう
に、本発明により製造されたすべてのポリイミドは、無
晶形の透明な樹脂として、m−クレゾールで測定した固
有粘度が0.7〜0.9程度であり、溶媒鋳型によるフ
ィルム成形性も極めて優れていた。また、ガラス転移温
度も290℃以上と極めて高く、特にアルキル基の長さ
によりガラス転移温度を調節することができることを確
認した。本発明によると、高温では1段階ポリイミド化
方法により高分子量の重合体が製造できる利点がある。
また、本発明により製造されたすべてのポリイミドは、
5〜15゜のプレチルト角を示したことを確認した。こ
のプレチルト角は、平板表示素子の一種である薄膜トラ
ンジスター液晶表示装置(TFT−LCD:thin
film transistorliquid cry
stal display)用の液晶配向膜としての応
用が適切なものと確認された。
【0038】
【発明の効果】従って、本発明によると、優れた耐熱
性、透明性及び光透過性により特に低温加工が要求され
る薄膜トランジスター液晶表示装置(TFT−LCD)
用の液晶配向膜としての応用が適切であり、耐熱構造材
料としても優れる物性を有するポリイミド樹脂とそれを
製造するための単量体及びポリイミド樹脂の製造方法を
提供する効果がある。以上から、本発明は記載された具
体例に対して詳細に説明したが、本発明の技術思想の範
囲内で多様な変形及び修正ができることは当業者におい
て明白であり、このような変形及び修正が添付図面及び
特許請求の範囲に属することは当然なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】単量体であるDA−L−4DMの1H−NMR
スペクトルである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミ−ヒエ イ 大韓民国ダエジョン305−390,ユスン− ク,チュンミン−ドン,セジョンアパート 109−304 (72)発明者 ムーン−ヤン ジン 大韓民国ダエジョン305−390,ユスン− ク,チュンミン−ドン,エキスポアパート 302−1402 (72)発明者 ジン−タエ ジュン 大韓民国ソウル122−030,ユンピュン−ド ン,ダエチョ−ドン172−65 (72)発明者 ジャエ−ゲウン パク 大韓民国ダエジョン305−390,ユスン− ク,チュンミン−ドン,セジョンアパート 103−1303 (72)発明者 ダエ−ウー イム 大韓民国ソウル135−110,カンナム−ク, アプグジュン−ドン,ハンヤンアパート51 −107

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】次の化学式2で示される構造を有するよう
    に構成されることを特徴とする、ジアルキル置換基を有
    する液晶配向膜用の可溶性ポリイミド樹脂。 【化1】 式中、R及びRは4〜18個の炭素数を有するアル
    キル基である。
  2. 【請求項2】次の化学式1で示される構造を反復単位と
    して構成されることを特徴とする、ジアルキル置換基を
    有する液晶配向膜用の可溶性ポリイミド樹脂。 【化2】 式中、 【化3】 の中から選択される1個以上の4価基として下記の化学
    式3を必ず含み、 【化4】 の中から選択される1個以上の2価基として下記の化学
    式2のジアミンを必ず含み、 【化5】 式中、R及びRは4〜18個の炭素数を有するアル
    キル基である。
  3. 【請求項3】ポリイミド樹脂の固有粘度が0.5〜2.
    0dL/gの範囲にあることを特徴とする請求項2記載
    のポリイミド樹脂。
  4. 【請求項4】ポリイミド樹脂の分子量分布が50,00
    0〜200,000g/molの範囲にあることを特徴
    とする請求項2記載のポリイミド樹脂。
  5. 【請求項5】ポリイミド樹脂のガラス転移温度が250
    〜400℃の範囲にあることを特徴とする請求項2記載
    のポリイミド樹脂。
  6. 【請求項6】ポリイミド樹脂のプレチルト角が5〜15
    ゜の範囲にあることを特徴とする請求項2記載のポリイ
    ミド樹脂。
  7. 【請求項7】ポリイミド樹脂が、ジメチルアセトアミ
    ド、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリド
    ン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、アセトン、エ
    チルアセテート、m−クレゾール、あるいは2種以上の
    混合された上記の化合物から選ばれた溶媒により常温で
    溶解されることを特徴とする請求項2記載のポリイミド
    樹脂。
  8. 【請求項8】ジアミンとテトラカルボキシル酸二無水物
    を溶液重合させてポリイミド樹脂を製造する方法におい
    て、上記ジアミンは、上記化学式2として示されるジア
    ミン、オキシジアニリン、メチレンジアニリン、メタビ
    スアミノフェノキシジフェニルスルフォン及びパラビス
    アミノキシジフェニルスルフォンの中から選ばれる1種
    以上のジアミンとして必ず化学式2を含み;ジカルボン
    酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物、ベンゾ
    フェノンテトラカルボキシル酸二無水物、オキシジフタ
    ール酸二無水物、ビフタール酸二無水物、ヘキサフルオ
    ロイソプロピリデンジフタール酸二無水物及びジオキシ
    ヒドロプリル−3−メチルシクロヘキサン−1,2−ジ
    カルボキシル酸二無水物の中から選ばれた1種以上の二
    無水酸として必ず化学式3の二無水酸を含んで溶媒に溶
    解、混合する反応混合物の準備段階;上記から得られた
    反応混合物を60〜80℃で1〜5時間にわたって加熱
    する第一次加熱段階;加熱された反応混合物を、溶媒が
    還流される還流温度まで昇温して6〜12時間にわたっ
    て還流する還流段階;還流により反応が終わった後、反
    応混合物を過量の水性溶媒に沈殿して沈殿物を得る沈殿
    段階及び;得られた沈殿物を減圧下に乾燥させる後処理
    段階からなることを特徴とする、ジアルキル置換基を有
    する液晶配向膜用の可溶性ポリイミド樹脂。 【化6】 式中、 【化7】 の中から選択される1個以上の4価基として下記の化学
    式3を必ず含み、 【化8】 の中から選択される1個以上の2価基として下記の化学
    式2のジアミンを必ず含み、 【化9】 式中、R及びRは4〜18個の炭素数を有するアル
    キル基である。
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