KR100193384B1 - New soluble polyimide resins and preparation method thereof - Google Patents

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본 발명은 신규 가용성 폴리이미드수지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하기로는 방향족 테트라카르복실산 아무수물과 지방족 고리그룹을 함유하는 방향족 디아민을 사용하여 내열성은 물론이고 용해성이 뛰어난 새로운 형태의 폴리이미드수지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel soluble polyimide resin and a method for preparing the same, and more particularly, to a new type of poly having excellent solubility as well as heat resistance using aromatic diamine containing an aromatic tetracarboxylic anhydride and an aliphatic ring group. A mid resin and its manufacturing method are related.

즉, 종래에 폴리이미드수지 제조에 사용되어오던 방향족 디아민 대신에 트리메틸시클로헥실리덴 디아닐린(TMCH-DA)을 단량체로 하여 여러가지 종류의 방향족 테트라카르복실산 이무수물을 반응시켜 제조된 본 발명의 폴리이미드수지는 300~400℃의 유리전이온도를 가지고 각종 유기용매에 대해 우수한 용해특성을 보여준다.That is, instead of the aromatic diamines conventionally used in the production of polyimide resins, trimethylcyclohexylidene dianiline (TMCH-DA) is used as a monomer to produce various kinds of aromatic tetracarboxylic dianhydrides. Polyimide resin has a glass transition temperature of 300 ~ 400 ℃ and shows excellent dissolution properties for various organic solvents.

Description

신규 가용성 폴리이미드수지 및 그의 제조방법New soluble polyimide resins and preparation method thereof

본 발명은 신규 가용성 폴리이미드수지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하기로는 방향족 테트라카르복실산 이무수물과 지방족 고리그룹을 함유하는 방향족 디아민을 사용하여 내열성은 물론이고 용해성이 뛰어난 새로운 형태의 폴리이미드수지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel soluble polyimide resin and a method for preparing the same, and more particularly, to a new type of poly having excellent solubility as well as heat resistance using an aromatic diamine containing an aromatic tetracarboxylic dianhydride and an aliphatic ring group. A mid resin and its manufacturing method are related.

일반적으로 폴리이미드(이하, PI라 표기함)수지라 함은 방향족 테트라카르복실산 또는 그 유도체와 방향족 디아민 또는 방향족 디이소시아네이트를 축중합한 후 이미드화하여 제조되는 고내열 수지를 일컫는다. 그러나, 이러한 PI 수지는 용매에 용해되지 않는 불용(不溶불)과 가열에 의해 용융되지 않는 불융(不融) 특성을 갖는다.In general, the polyimide (hereinafter, referred to as PI) resin refers to a high heat-resistant resin prepared by condensation polymerization of an aromatic tetracarboxylic acid or a derivative thereof with an aromatic diamine or an aromatic diisocyanate, followed by imidization. However, these PI resins have insoluble properties that do not dissolve in a solvent and insoluble properties that do not melt by heating.

또한, PI수지는 사용된 단량체의 종류에 따라 여러가지의 분자구조를 가질 수 있다. 일반적으로 방향족 테트라카르복실산 성분으로서는 PMDA(pyromellitic dianhydride) 또는 BPDA(biphthalic dianhydride)를 사용하고 있고, 방향족 디아민 성분으로서는 ODA(oxydianiline) 또는 p-PDA(p-phenylene diamine)을 사용하여 중축합시켜 제조하고 있으며, 가장 대표적인 PI 수지는 반복단위로서 다음 구조식(I)을 가진다.In addition, the PI resin may have various molecular structures depending on the type of monomer used. Generally, the aromatic tetracarboxylic acid component is used by polycondensation using pyromellitic dianhydride (PMDA) or biphthalic dianhydride (BPDA) and the aromatic diamine component using ODA (oxydianiline) or p-PDA (p-phenylene diamine). The most typical PI resin has the following structural formula (I) as a repeating unit.

Figure kpo00002
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상기 구조식(I)을 반복단위로 하는 PI수지는 불용 및 불융의 초고내열성 수지로서, 다음과 같은 특성을 가지고있다: (1) 뛰어난 내열산화성 보유 (2) 사용가능 온도가 대단히 높으며, 장기 사용온도는 약 260℃이고, 단기 사용온도는 480℃정도로 매우 우수한 내열특성을 보유 (3) 뛰어난 전기화학적, 기계적특성 보유 (4) 내방사선성 및 저온특성이 우수 (5) 고유 난연성 보유 (6) 내약품성 우수.The PI resin having the structural formula (I) as a repeating unit is an insoluble and insoluble ultra high heat resistant resin, and has the following characteristics: (1) excellent thermal oxidation resistance (2) a very high usable temperature and a long service life Is about 260 ℃, and the short-term use temperature is about 480 ℃ and has excellent heat resistance (3) Excellent electrochemical and mechanical properties (4) Excellent radiation and low temperature properties (5) Inherent flame retardancy (6) Excellent chemical property.

상기 구조식(I)을 반복단위로 하는 PI수지는 우수한 내열특성을 보유하고 있지만 불용 및 불융의 성질로 인해 가공이 어려운 단점이 있었다.The PI resin having the structural formula (I) as a repeating unit has excellent heat resistance, but has a disadvantage in that processing is difficult due to insolubility and insolubility.

이와같은 PI수지의 단점을 개선시키기 위한 방법으로서 중합체 주사슬(backbone)이나 측쇄에 극성기를 도입하는 방법, 부피가 큰 연결기나 측쇄기(pedant group)를 도입하는 방법, 중합체 주사슬의 유연성을 증가시키는 방법 등이 보고되고 있다.As a method for improving the disadvantages of the PI resin, a method of introducing a polar group into the polymer backbone or a side chain, a method of introducing a bulky linking group or a pedant group, and increasing the flexibility of the polymer main chain The method of making it have been reported.

특히 PI수지의 용해도를 증가시키기 위한 연구로서, T.Kurosaki 등은 지방족고리화산무수물(alicyclic anhydride)을 단량체로 사용하여 가용성 PI 코팅액을 제조하는 방법을 발표한 바 있다[Macromolecules, 1994, 27, 1117 및 1993, 26, 4961]. 또한 1993년 Qiu Jin 등은 고리화디아민(cyclic diamine)을 사용하여 가용성 PI를 제조한 바도 있다[J.P.S. Part A. Polym. Chem. Ed., 31, 2345~2351].In particular, as a study to increase the solubility of PI resin, T. Kurosaki et al. Have published a method for preparing a soluble PI coating solution using alicyclic anhydride as a monomer [Macromolecules, 1994, 27, 1117 And 1993, 26, 4961. Also in 1993, Qiu Jin et al. Produced soluble PI using cyclic diamine [J.P.S. Part A. Polym. Chem. Ed., 31, 2345-2351].

그러나 상기와 같은 방법으로 개질된 대부분의 가용성 PI수지들은 사슬의 유연성이 증대되어 용해도가 개선되는 잇점이 있으나, PI수지의 가장 큰 장점인 높은 열안정성, 기계적 성질 등이 심각하게 저하되므로 이를 실용화하는데는 문제가 있다.However, most of the soluble PI resins modified by the above method have the advantage that the solubility is improved due to the increased flexibility of the chain, but since the biggest advantage of the PI resin is severely deteriorated, high thermal stability, mechanical properties, etc. Has a problem.

반면에 시바 가이기(ciba Geigy)사에서 개발한 대표적인 가용성 PI수지(Matrimid 5218)의 경우, 중합체 주사슬에 트리메틸인단 그룹(trimethylindane group)을 도입하므로써 우수한 내열성과 동시에 뛰어난 용해특성을 나타내는 것으로 보고되어 있다. 그러나, 이 PI수지는 단량체 제조시 여러단계의 공정을 거쳐야 하므로 보편적으로 사용하는데는 많은 제약이 따른다.On the other hand, the representative soluble PI resin (Matrimid 5218) developed by ciba Geigy has been reported to exhibit excellent heat resistance and excellent dissolution characteristics by introducing trimethylindane group into the polymer main chain. have. However, since the PI resin has to go through several steps in the preparation of the monomer, there are many restrictions on its universal use.

이와같은 연구의 일환으로 본 발명자 등은 기존 방향족 고내열고분자들의 가공특성을 개선하기 위한 지난 수년간의 연구를 통하여, 대표적 열가소성 고내열수지인 폴리아미드이미드(polyamideimide)수지의 용해 및 용융 특성을 개선시키는 연구를 수행하였다. 그 결과 트리메틸시클로헥실 그룹(trimethylcyclohexyl group)을 포함하는 지방족 디아민 화합물인 이소포론디아민(isophorone diamine: 이하, IPDA라 표기함)을 중합체의 주사슬에 도입함으로써 중합체의 용해성을 크게 증가시킬 수가 있음을 발견하였다[미국특허 제 5,5521,276 호, 대한민국특허출원 제 93-12717 호].As a part of such research, the present inventors have studied through the past several years to improve the processing characteristics of existing aromatic high heat-resistant polymers to improve the dissolution and melting characteristics of polyamideimide resin, which is a representative thermoplastic high heat-resistant resin. The study was conducted. As a result, it is found that the solubility of the polymer can be greatly increased by introducing an isophorone diamine (hereinafter referred to as IPDA), an aliphatic diamine compound containing a trimethylcyclohexyl group, into the main chain of the polymer. [US Patent No. 5,5521,276, Korean Patent Application No. 93-12717].

이에 상기의 연구결과를 토대로 하여 본 발명자들은 IPDA를 함유하는 PAI수지보다 더욱 내열성이 우수하면서도 가용성인 PI수지를 제조하기위해 노력하였고, 그 결과 트리메틸시클로헥실 그룹을 포함하는 방향족디아민 화합물인 트리메틸시클로헥실리덴 디아닐린(trimethylcyclohexylidene dianiline: 이하, TMCH-DA라 표기함)을 단량체로 사용하여 물성이 우수한 다양한 종류의 단일 PI 및 공중합 PI를 제조할 수 있었다. 여기서, TMCH-DA는 독일 특허 제4,014,847 호의 제조방법에 따라 제조하였다.Based on the above research results, the present inventors have tried to prepare a PI resin which is more heat-resistant and soluble than PAI resin containing IPDA, and as a result, trimethylcyclohex, which is an aromatic diamine compound containing trimethylcyclohexyl group Various types of single PI and copolymerized PI having excellent physical properties could be prepared by using a silicide denian (trimethylcyclohexylidene dianiline: hereinafter referred to as TMCH-DA) as a monomer. Here, TMCH-DA was prepared according to the preparation method of German Patent No. 4,014,847.

본 발명은 기존 PI수지의 제조에 사용되었던 방향족 디아민 대신에 TMCH-DA를 도입하여 여러가지 종류의 방향족 테트라카르복실산 이무수물과 반응시켜 뛰어난 내열성 및 우수한 용해특성을 가지는 신규 PI수지를 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.The present invention is to introduce a new PI resin having excellent heat resistance and excellent dissolution properties by introducing TMCH-DA instead of the aromatic diamine used in the production of the existing PI resin and reacted with various kinds of aromatic tetracarboxylic dianhydride. Was completed.

이로써 본 발명에서는 기존 PI수지의특성을 그대로 유지하면서도 성형·가공성 등이 우수하여 각종 전기·전자, 우주·항공 등 첨단산업의 핵심 내열소재로 사용할 수 있는 신규 가용성 PI수지를 제조하였다.Thus, in the present invention, while maintaining the properties of the existing PI resin as it is excellent in the molding and processing, such a new soluble PI resin that can be used as a core heat-resistant material of high-tech industries such as electrical, electronic, space, aviation.

따라서, 본 발명은 TMCH-DA 구조를 포함하는 PI수지를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a PI resin containing a TMCH-DA structure.

제1도는 신규 가용성 폴리이미드수지들의 열중량분석(TGA) 곡선들이고,1 is the thermogravimetric analysis (TGA) curves of new soluble polyimide resins,

제2도는 신규 가용성 폴리이미드수지들의 시차주사열랑(DSC) 곡선들이고,2 is the differential scanning column (DSC) curves of new soluble polyimide resins,

제3도는 신규 가용성 폴리이미드수지들의 저장안정성 곡선이다.3 is a storage stability curve of the novel soluble polyimide resins.

본 발명은 TMCH-DA로부터 제조되며, 다음 구조식(I)을 반복단위로 하는 PI수지를 그 특징으로 한다.The present invention is prepared from TMCH-DA, and characterized by a PI resin having the following structural formula (I) as a repeating unit.

Figure kpo00003
Figure kpo00003

상기식에서,

Figure kpo00004
Figure kpo00005
Figure kpo00006
Figure kpo00007
중에서 선택된 하나 이상의 4가기이고,
Figure kpo00008
Figure kpo00009
Figure kpo00010
Figure kpo00011
Figure kpo00012
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중에서 선택된 하나 이상의 2가지로서 반드시
Figure kpo00014
기를 포함한다.In the above formula,
Figure kpo00004
silver
Figure kpo00005
Figure kpo00006
And
Figure kpo00007
One or more selected from
Figure kpo00008
silver
Figure kpo00009
Figure kpo00010
Figure kpo00011
Figure kpo00012
And
Figure kpo00013
One or more selected from two
Figure kpo00014
Contains groups.

또한, 본 발명은 디아민 성분과 디카르복실산을 용액중합시켜 폴리이미드수지를 제조하는 방법에 있어서, 상기 디아민 성분은 TMCH-DA을 필수성분으로 함유하고 이외에도 옥시디아닐린, 메틸렌디아닐린, 메타비스아미노페녹시디페닐설폰 및 파라비스아미노페녹시 디페닐설폰 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물을 함유하고,상기 디카드복실산 성분은 피로멜리트산 이무수물(이하, PDMA라 표기함), 벤조페논테트라카르복실산 이무수물(이하. HFDA라 표기함), 옥시디프탈산 이무수물(이하, ODPA라 표기함), 비프탈산 이무수물(이하, BPDA라 표기함) 및 헥사플로오르이소프로필리덴디프탈산 이무수물(이하, HFDA라 표기함) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 다음 구조식(I)을 반복단위로 하는 폴리이미드 수지의 제조방법을 포함한다.In addition, the present invention is a method for producing a polyimide resin by solution polymerization of a diamine component and a dicarboxylic acid, wherein the diamine component contains TMCH-DA as an essential component, in addition to oxydianiline, methylenedianiline, metabis It contains one or two or more compounds selected from aminophenoxydiphenyl sulfone and parabisaminophenoxy diphenyl sulfone, wherein the dicard acid component is pyromellitic dianhydride (hereinafter referred to as PDMA), benzophenone Tetracarboxylic dianhydride (hereinafter referred to as HFDA), oxydiphthalic dianhydride (hereinafter referred to as ODPA), nonphthalic dianhydride (hereinafter referred to as BPDA) and hexafluoroisopropylidenediphthalic acid It includes a method for producing a polyimide resin having a repeating unit of the following structural formula (I), characterized in that it contains one or two or more selected from dianhydrides (hereinafter referred to as HFDA). The.

본 발명에 따른 PI수지는 60,000~150,000 g/mol 정도의 중량평균분자량(M/W)을 가지며, 0.3~1.5 dl/g 범위의 고유점도를 유지하고 있고, 300~400℃의 유리전이 온도를 가진다. 또한, 본 발명의 PI수지는 디메틸아세트아미드(이하, DMAc라 표기함), 디메틸포름아미드(이하, DMF라 표기함), N-메틸-2-피롤리돈(이하, NMP라 표기함)과 같은 비양성자 극성 용매를 비롯하여 m-크레졸과 같은 유기용매에 대해 상온에서 쉽게 용해되는 특징을 가진다. 뿐만 아니라 테트라하이드로퓨란(이하, THF라 표기함), 클로로포름과 같은 저비점 용매, 그리고γ-뷰티로락톤과 같은 저흡수성 용매에 대해서도 상온에서 10 중량% 이상의 높은 용해도를 나타낸다. 또한, 이들의 혼합용매에 대해서도 높은 용해도를 나타낸다.PI resin according to the present invention has a weight average molecular weight (M / W) of about 60,000 ~ 150,000 g / mol, maintains the intrinsic viscosity in the range of 0.3 ~ 1.5 dl / g, and the glass transition temperature of 300 ~ 400 ℃ Have In addition, the PI resin of the present invention is dimethyl acetamide (hereinafter referred to as DMAc), dimethylformamide (hereinafter referred to as DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as NMP) and Easily soluble at room temperature for organic solvents such as m-cresol, including aprotic polar solvents. In addition, it exhibits high solubility of 10% by weight or more at room temperature with respect to tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF), low boiling point solvents such as chloroform, and low absorbing solvents such as γ-butyrolactone. Moreover, high solubility is shown also about these mixed solvents.

이와 같은 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

교반기, 온도조절장치, 질소주입장치, 적하깔대기 및 냉각기가 부착된 50ml 반응기에 질소가스를 서서히 통과시키면서 TMCH-DA(3.08g, 0.01mol)를 반응용매인 DMAc(36ml)에 용해시킨 후, 질소가스를 통과시키면서 고체상의 BTDA(3.2g, 0.01mol)를 서서히 첨가하였다. 이때 고형분의 농도(solic content)는 15 중량%로 고정하였으며, 반응온도는 10℃를 넘지않도록 조정하였다. 계속하여 상온에서 24시간 교반시킨 후, 이미드화 촉매로서 과량의 무수초산(0.03mol)과 피리딘(0.05mol)을 넣고, 24시간 교반시키면서 이미드화 반응을 수행하였다. 반응이 종료된 후, 반응 혼합물은 와링 블랜더(waring blender)를 이용하여 과량의 메탄올(이하, MeOH라 표기함)에 침전시키고, 여과된 중합체를 물과 MeOH로 수차례 세척한 후, 120℃의 온도에서 감압건조하여 신규 PI수지(이하, P-1이라 표기함)를 합성하였다. 이때 중합반응의 수율은 정량적이었다. DMAc를 용매로 하여 0.5g/dl 의 농도로 30℃에서 측정한 고유점도는 0.66 dl/g 이었다.After slowly passing nitrogen gas through a 50 ml reactor equipped with a stirrer, a temperature controller, a nitrogen injector, a dropping funnel and a cooler, TMCH-DA (3.08 g, 0.01 mol) was dissolved in DMAc (36 ml) as a reaction solvent. While passing the gas, solid BTDA (3.2 g, 0.01 mol) was added slowly. At this time, the concentration of the solid content (solic content) was fixed to 15% by weight, the reaction temperature was adjusted not to exceed 10 ℃. Subsequently, after stirring at room temperature for 24 hours, an excess of acetic anhydride (0.03 mol) and pyridine (0.05 mol) was added as an imidization catalyst, and the imidization reaction was performed while stirring for 24 hours. After the reaction was completed, the reaction mixture was precipitated in excess methanol (hereinafter referred to as MeOH) using a waring blender, and the filtered polymer was washed several times with water and MeOH. Drying under reduced pressure at temperature synthesized a new PI resin (hereinafter referred to as P-1). The yield of polymerization was quantitative. The intrinsic viscosity measured at 30 ° C at a concentration of 0.5 g / dl with DMAc as a solvent was 0.66 dl / g.

[실시예 2]Example 2

TMCH-DA(3.08 g, 0.01 mol)와 PMDA(2.18g, 0.01 mol)를 DMAc에 용해시킨 후, 상기 실시예1과 동일한 방법으로 PI수지(이하, P-2이라 표기함)를 합성하였다. 제조된 PI수지는 0.5g/dl의 농도로 DMAc에 용해시켜 30℃에서 측정한 고유점도는 0.68dl/g이었다.After dissolving TMCH-DA (3.08 g, 0.01 mol) and PMDA (2.18 g, 0.01 mol) in DMAc, PI resin (hereinafter, referred to as P-2) was synthesized in the same manner as in Example 1. The PI resin thus prepared was dissolved in DMAc at a concentration of 0.5 g / dl, and the inherent viscosity measured at 30 ° C. was 0.68 dl / g.

[실시예 3 ]Example 3

TMCH-DA(3.08g, 0.01 mol)와 ODPA(3.10g, 0.01 mol)를 CMAc에 용해시킨 후, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 PI수지(이하, P-3이라 표기함)를 합성하였다. 제조된 PI수지는 0.5g/dl의 농도로 DMAc에 용해시켜 30℃에서 측정한 고유점도는 0.55 dl/g이었다.After dissolving TMCH-DA (3.08 g, 0.01 mol) and ODPA (3.10 g, 0.01 mol) in CMAc, PI resin (hereinafter referred to as P-3) was synthesized in the same manner as in Example 1. The PI resin thus prepared was dissolved in DMAc at a concentration of 0.5 g / dl, and the inherent viscosity measured at 30 ° C. was 0.55 dl / g.

[실시예 4]Example 4

TMCH-DA(3.08g, 0.01 mol)와 BPDA(2.94g, 0.01mol)를 DMAc에 용해시킨 후, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 PI수지(이하, P-4이라 표기함)를 합성하였다. 제조된 PI수지는 0.5g/dl의 농도로 DMAc에 용해시켜 30℃에서 측정한 고유점도는 0.56 dl/g이었다.After dissolving TMCH-DA (3.08 g, 0.01 mol) and BPDA (2.94 g, 0.01 mol) in DMAc, PI resin (hereinafter referred to as P-4) was synthesized in the same manner as in Example 1. The PI resin so prepared was dissolved in DMAc at a concentration of 0.5 g / dl, and the inherent viscosity measured at 30 ° C. was 0.56 dl / g.

[실시예 5]Example 5

TMCH-DA(3.08g, 0.01mol )dhk HFDA(4.44g, 0.01 mol)를 DMAc에 용해시킨 후, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 PI수지(이하, P-5이라 표기함)를 합성하였다. 제조된 PI수지는 0.5g/dl의 농도로 DMAc에 용해시켜 30℃에서 측정한 고유점도는 0.55dl/g이었다.After dissolving TMCH-DA (3.08 g, 0.01 mol) dhk HFDA (4.44 g, 0.01 mol) in DMAc, PI resin (hereinafter referred to as P-5) was synthesized in the same manner as in Example 1. The PI resin thus prepared was dissolved in DMAc at a concentration of 0.5 g / dl, and the inherent viscosity measured at 30 ° C. was 0.55 dl / g.

[실시예 6]Example 6

TMCH-DA(2.31g, 7.5mmol)와 옥시디아닐린(이하, ODA라 표기함: 0.5g, 2.5 mmol)를 DMAc(34ml)에 용해시킨 후, BTDA(3.22g, 0.01 mol)를 첨가하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 PI수지(이하, P-6이라 표기함)를 합성하였다. 제조된 PI수지는 0.5g/dl의 농도로 DMAc에 용해시켜 30℃에서 측정한 고유점도는 1.05 dl/g이었다.TMCH-DA (2.31 g, 7.5 mmol) and oxydianiline (hereinafter referred to as ODA: 0.5 g, 2.5 mmol) are dissolved in DMAc (34 ml), then BTDA (3.22 g, 0.01 mol) is added and the PI resin (hereinafter, referred to as P-6) was synthesized in the same manner as in Example 1. The PI resin thus prepared was dissolved in DMAc at a concentration of 0.5 g / dl, and the inherent viscosity measured at 30 ° C. was 1.05 dl / g.

[실시예 7]Example 7

TMCH-DA(1.54g, 5.0 mmol)와 ODA(1.0g, 5.0 mmol)를 DMAc에 용해시킨 후, BTDA(3.22g, 0.01 mol)를 첨가하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 PI수지(이하, P-7이라 표기함)를 합성하였다. 제조된 PI수지는 0.5 g/dl의 농도로 DMAc에 용해시켜 30℃에서 측정한 고유점도는 1.33 dl/g이었다.After dissolving TMCH-DA (1.54 g, 5.0 mmol) and ODA (1.0 g, 5.0 mmol) in DMAc, BTDA (3.22 g, 0.01 mol) was added and PI resin (hereinafter, P-7) were synthesized. The PI resin thus prepared was dissolved in DMAc at a concentration of 0.5 g / dl, and the inherent viscosity measured at 30 ° C. was 1.33 dl / g.

[비교예][Comparative Example]

상기 시시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 다만 ODA(2.00g, 0.01 mmol)와 BTDA(2.88g, 0.01 mol)를 반응시키는 방법으로 PI수지(이하, P-8이라 표기함)를 합성하였다. 제조된 PI수지는 0.5 g/dl의 농도로 DMAc에 용해시켜 30℃에서 측정한 고유점도는 0.85 dl/g이었다(폴리아믹산 상태에서 측정).PI resin (hereinafter, referred to as P-8) was synthesized in the same manner as in Example 1 except that ODA (2.00 g, 0.01 mmol) and BTDA (2.88 g, 0.01 mol) were reacted. The PI resin thus prepared was dissolved in DMAc at a concentration of 0.5 g / dl, and the inherent viscosity measured at 30 ° C. was 0.85 dl / g (measured in the state of polyamic acid).

[실험예 1]Experimental Example 1

[분자량, 열분석, 인장강도의 측정][Measurement of molecular weight, thermal analysis, and tensile strength]

상기 실시예 1~7및 비교예에서 제조한 PI수지의 분자량, 열분석, 인장강도 측정 결과는 다음 표 1에 나타내었다.The molecular weight, thermal analysis, and tensile strength measurement results of the PI resins prepared in Examples 1 to 7 and Comparative Examples are shown in Table 1 below.

Figure kpo00015
Figure kpo00015

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1~7에 의해 제조된 PI수지는 모두 무정형의 투명한 수지로 얻어졌으며, 필름상태로 손쉽게 인장강도를 측정할 수 있었다. 또한, 인장강도가 1,000~1,400 kg/㎠ 정도로서 상당히 우수한 기계적 강도를 나타내었다.As shown in Table 1, the PI resins prepared in Examples 1 to 7 according to the present invention were all obtained in an amorphous transparent resin, and the tensile strength could be easily measured in a film state. In addition, the tensile strength of about 1,000 ~ 1,400 kg / ㎠ showed a very good mechanical strength.

한편, PI 수지들은 열적성질을 평가하기 위해 본 발명에서는 TGA(thermogravinetric analysis : 열중량분석) 및 DSC(differential scanngin calorimeter: 시차주사열량계)를 이용하여 열분해온도 및 유리전이온도 등을 측정하였다.On the other hand, in order to evaluate the thermal properties of the PI resins in the present invention, the pyrolysis temperature and the glass transition temperature were measured using TGA (thermogravimetric analysis) and differential scanngin calorimeter (DSC).

상기 표 1에서 볼 수 있듯이 본 발명에서 제조한 신규 중합체들은 사용한 산무수물의 구조에 따라 다소 차이는 있지만 320℃이상의 높은 유리전이온도(T/g)를 나타내고 있다. 대표적인 전방향족 PI수지인 Kapton이 약 380℃ 부근의 유리전이온도를 나타내는 것을 감안한다면, 상기 연구결과는 중요한 의미를 갖는다할 수 있다.As can be seen in Table 1, the novel polymers prepared in the present invention show a high glass transition temperature (T / g) of 320 ° C. or more, depending on the structure of the acid anhydride used. Considering that Kapton, a typical wholly aromatic PI resin, exhibits a glass transition temperature around 380 ° C., the results of the study may have important meanings.

다시말하면, 본 발명에 따른 PI수지가 가용성이면서도 전방향족 PI수지에 뒤떨어지지 않는 장기 내열특성을 나타내고 있는 것이다. 이는 가공공정에서의 유리한 점을 내포한다. 즉, 본 발명의 PI수지는 이미드화가 완결된 상태로 용해되어 있기 때문에 수지용액을 도포한 후에 별도의 아미드화 반응을 수행할 필요가 없고, 가공온도를 용매증발 온도인 200℃이하로 낮출 수 있으므로 주변부품의 열노화를 막을 수 있다. 뿐만 아니라 고온에서의 부반응물 생성으로 인한 기포발생을 저하시키는 장점이 있다. 따라서, 향후PI수지의 응용성 확대에 크게 기여할 수 있다.In other words, the PI resin according to the present invention exhibits long-term heat resistance characteristics that are soluble and inferior to the wholly aromatic PI resin. This has advantages in the machining process. That is, since the PI resin of the present invention is dissolved in the imidized state, it is not necessary to perform a separate amidation reaction after applying the resin solution, and the processing temperature can be lowered to 200 ° C or lower, which is the solvent evaporation temperature. Therefore, the thermal aging of the peripheral parts can be prevented. In addition, there is an advantage in reducing the bubble generation due to the generation of side reactions at a high temperature. Therefore, it can greatly contribute to expanding the applicability of the PI resin in the future.

도면 제1도는 질소기류하에 10℃/min의 속도로 승온하여 측정한 TGA 분석 결과이다. 상기 실시예 1~5에서 제조한 PI수지의 초기분해온도는 500℃이상으로서 상당히 우수한 값을 나타내었으며, 800℃에서의 잔류 중량은 37~46% 정도로서 전방향족 PI수지와 비교할 때 다소 낮은 경향을 나타내었다. 이는 치환제로 도입된 메틸기의 존재에 기인한 것으로 전 방향족 PI수지의 벤젠고리에 메틸기가 치환된 경우에서와 비슷한 양상을 나타내고 있음을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 PI수지는 단기적인 고온에서의 내열특성은 다소 떨어지지만, 300℃부근에서의 장기 내열성은 우수한 것으로 판명되었다.1 is a TGA analysis result measured by heating up at a rate of 10 ° C./min under a stream of nitrogen. The initial decomposition temperature of the PI resins prepared in Examples 1 to 5 was more than 500 ° C., and showed a very good value, and the residual weight at 800 ° C. was about 37 to 46%, which was somewhat lower than that of the wholly aromatic PI resin. Indicated. This is due to the presence of the methyl group introduced as a substituent, and it can be seen that the methyl group is substituted in the benzene ring of the total aromatic PI resin. Therefore, the PI resin according to the present invention turned out to be somewhat short in heat resistance at high temperature in the short term, but was excellent in long term heat resistance at around 300 ° C.

또한 상기 표 1에 나타난 내열특성을 살펴보면, TMCH-DA의 사용량이 증가할 수록 유리전이온도(T/g)는 증가하는 경향을 나타내고 있다. 이는 ODA에 비교하여 TMCH-DA가 더 강직한 구조를 가지기 때문엔 것으로 추정된다. 도면 제2도는 상기 실시예 1, 실시예 6, 실시예 7 및 비교예에서 제조한 각각의 PI수지에 대한 DSC 곡선이다.In addition, looking at the heat resistance shown in Table 1, the glass transition temperature (T / g) shows a tendency to increase as the amount of TMCH-DA is increased. This is presumably because TMCH-DA has a more rigid structure compared to ODA. Figure 2 is a DSC curve for each PI resin prepared in Examples 1, 6, 7 and Comparative Examples.

[실험예 2]Experimental Example 2

잘 알려진 바와 같이 PI수지의 사용상의 단점중의 하나가 저장안정성의 불량이다. 즉, 폴리아믹산에 존재하는 아미드 결합은 상온에서 조차도 아민 그룹(amine group)과 안하이드라이드 그룹(anhyeride group)으로 분해되는 열평형 상태를 이루고 있다. 그 결과 PI수지 용액의 장기 보관시 분자량이 점차 감소되는 문제가 발생하여 PI수지 용액의 응용확대에 많은 장애가 되고 있다. 따라서 PI수지(혹은 폴리아믹산) 용액의 저장안정성 개선에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 폴리아믹산 에스테르 또는 폴리아믹산의 개발 등이 그 대표적인 예이다. 그러나 이러한 PI전구체들은 가격이 너무 높기 때문에 현재까지 실용화에는 부적합한 실정이다.As is well known, one of the disadvantages of using PI resin is poor storage stability. In other words, the amide bond present in the polyamic acid is in a thermal equilibrium state decomposed into an amine group and an anhydride group even at room temperature. As a result, there is a problem that the molecular weight gradually decreases during long-term storage of the PI resin solution, which is a lot of obstacles to the expansion of the application of the PI resin solution. Therefore, studies on improving the storage stability of the PI resin (or polyamic acid) solution are actively underway, and the development of polyamic acid ester or polyamic acid is a representative example. However, since these PI precursors are too expensive, they are not suitable for practical use.

본 발명에서 합성한 가용성 PI수지는 저가의 단량체를 사용할 뿐만 아니라 이미 이미드화 반응이 진행되어 있기 때문에 불안정한 상태인 아믹산의 비율이 최소화되었다. 따라서 기존 폴리아믹산 용액(polyamic acid solution)에 비해 저장안정성이 비교할 수 없을 정도로 크게 개선되었다.Since the soluble PI resin synthesized in the present invention not only uses a low cost monomer but also has already undergone the imidization reaction, the ratio of amic acid in an unstable state is minimized. Therefore, the storage stability is greatly improved compared to the existing polyamic acid solution (polyamic acid solution).

도면 제3도에는 BTDA-ODA 중합계에서의 중간체인 폴리아믹산과 본 발명에 따른 PI수지인PI-1의 시간변화에 따른 고유점도 변화를 나타내었다. 이때 용액의 농도는 0.5 중량%이었으며, 온도는 80℃로 조정하였다. 저장안정성 평가 실험에서 용액 농도의 선택은 매우 중요한데, 만일 용액의 농도가 대단히 높은 경우(15 중량% 이상) 가시적인 분자량 감소가 현격하지 않고 경우에 따라서는 겔화(gellation)에 의한 분자량 증가도 나타날 수 있기 때문이다. 결과적으로 도면 제3도에서 알 수 있듯이 BTDA-ODA계 폴리아믹산 용액의 경우에는 시간에 따른 고유점도의 감소가 현격하였으나, 본 발명에서 제조된 가용성 PI수지의 경우에는 거의 분자량 감소를 보이지 않아 저장안정성이 현저히 개선되었음을 알 수가 있었다.Figure 3 shows the intrinsic viscosity change with time variation of the polyamic acid as an intermediate in the BTDA-ODA polymerization system and PI-1, the PI resin according to the present invention. At this time, the concentration of the solution was 0.5% by weight, and the temperature was adjusted to 80 ° C. The choice of solution concentration is very important in storage stability evaluation experiments. If the solution concentration is very high (more than 15% by weight), there is no visible decrease in molecular weight and in some cases an increase in molecular weight due to gelation may occur. Because there is. As a result, as shown in FIG. 3, in the case of the BTDA-ODA-based polyamic acid solution, the decrease in the intrinsic viscosity with time was remarkable, but in the case of the soluble PI resin prepared in the present invention, the molecular weight was not nearly decreased, so that the storage stability It was found that this was significantly improved.

[실험예 3]Experimental Example 3

TMCH-DA로부터 제조된 본 발명의 PI수지는 기존의 전방향족 PI수지들과는 달리 대부분의 유기용매에서 용해되는 매우 우수한 용해력을 나타내었다.The PI resin of the present invention prepared from TMCH-DA exhibited very good dissolving power in most organic solvents, unlike the conventional wholly aromatic PI resins.

다음 표 2에 나타낸 바와 같이 NMP, DMAc, DMF와 같은 비양성자성 용매 이외에도 THF와 같은 일반 유기용매에서 상온에서 쉽게 용해되는 바람직한 연구결과를 보여주고 있다.As shown in Table 2 below, in addition to aprotic solvents such as NMP, DMAc, and DMF, the present invention shows a preferable result of being easily dissolved at room temperature in a general organic solvent such as THF.

Figure kpo00016
Figure kpo00016

종래의 전방향족 PI수지와는 달리 본 발명에 따른 가용성 PI수지는 어떠한 종류의 산이무수물(dianhydride)과 중합한 경우에도 모두 우수한 용해력을 나타내고 있다. 이는 본 발명의 PI수지들의 응용성 확대에 중요한 의미를 가진다. 즉, 본 발명의 PI수지가 접착 소재로 사용되는 경우, 완전 이미드화된 상태에서도 용해력이 우수하기 때문에 200℃ 이하의 저온에서 PI필름으로의 제작이 가능하고, 향후 가열에 의한 접착시에도 H2O와 같은 부산물의 발생이 적기 때문에 기포의 발생을 저하시킬 수 있다. 따라서, 이와같은 특징으로 본 발명의 PI수지는 액정-배향막 또는 가용성 감광성(photosensitive)PI수지로의 적용이 가능하다.Unlike the conventional wholly aromatic PI resin, the soluble PI resin according to the present invention exhibits excellent solubility even when polymerized with any kind of dianhydride. This is important for expanding the applicability of the PI resins of the present invention. In other words, when the PI resin of the present invention is used as an adhesive material, it is possible to produce a PI film at a low temperature of 200 ° C. or lower because it has excellent dissolving power even in a completely imidized state, and in the future, when H 2 is bonded by heating. Since the generation of by-products such as O is low, the generation of bubbles can be reduced. Thus, the PI resin of the present invention can be applied to a liquid crystal-oriented film or a soluble photosensitive PI resin.

본 발명의 PI수지는 내열특성이 뛰어날 뿐만 아니라 우수한 용해특성 및 용융특성으로 인하여 특히 저온 가공이 요구되는 전기·전자부품의 내열·절연막으로서의 응용이 가능하며, 각종 첨단 내열구조 재료로서 유용하다.The PI resin of the present invention is not only excellent in heat resistance characteristics but also excellent in dissolution and melting characteristics, and thus can be applied as heat and insulation film of electrical and electronic parts, which require low temperature processing, and are useful as various advanced heat resistant structural materials.

Claims (6)

트리메틸시클로헥실리덴 디아닐린(trimethylcyclohexylidene dianiline)으로부터 제조되며, 다음 구조식(I)을 반복단위로 하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드 수지.A polyimide resin prepared from trimethylcyclohexylidene dianiline, wherein the following structural formula (I) is a repeating unit.
Figure kpo00017
Figure kpo00017
상기식에서,
Figure kpo00018
Figure kpo00019
Figure kpo00020
Figure kpo00021
중에서 선택된 하나 이상의 4가기이고,
Figure kpo00022
Figure kpo00023
Figure kpo00024
Figure kpo00025
Figure kpo00026
Figure kpo00027
중에서 선택된 하나 이상의 2가지로서 반드시
Figure kpo00028
기를 포함한다.
In the above formula,
Figure kpo00018
silver
Figure kpo00019
Figure kpo00020
And
Figure kpo00021
One or more selected from
Figure kpo00022
silver
Figure kpo00023
Figure kpo00024
Figure kpo00025
Figure kpo00026
And
Figure kpo00027
One or more selected from two
Figure kpo00028
Contains groups.
제1항에 있어서, 상기 폴리이미드수지의 고유점도가 0.3~1.5 dl/g 범위를 유지하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드수지.The polyimide resin according to claim 1, wherein the intrinsic viscosity of the polyimide resin is maintained in a range of 0.3 to 1.5 dl / g. 제1항에 있어서, 상기 폴리이미드수지의 분자량 분포가 60,000~150,000 g/mol 범위를 유지하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드수지.The polyimide resin according to claim 1, wherein the polyimide resin maintains a molecular weight distribution in the range of 60,000 to 150,000 g / mol. 제1항에 있어서, 상기 폴리이미드수지의 유리전이 온도가 300~400℃인 것을 특징으로 하는 폴리이미드수지.The polyimide resin according to claim 1, wherein the polyimide resin has a glass transition temperature of 300 to 400 ° C. 제1항에 있어서, 상기 폴리이미드수지가 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 테트라하이드로퓨란, 클로로포름 및 γ-뷰티로락톤 중에서 선택된 단독용매 또는 2종 이상의 혼합용매에 상온에서 용해되는 것을 특징으로하는 폴리이미드수지.The polyimide resin according to claim 1, wherein the polyimide resin is a single solvent or a mixed solvent selected from dimethylacetamide, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, tetrahydrofuran, chloroform and γ-butyrolactone. Polyimide resin, characterized in that dissolved at room temperature. 디아민 성분과 디카르복실산을 용액중합시켜 폴리이미드수지를 제조하는 방법에 있어서, 상기 디아민 성분은 트리메틸시클로헥실리덴 디아민, 옥시디아닐린, 메틸렌디아닐리, 메타비스아미노페녹시디페닐설폰 및 파라비스아미노페녹시디페닐설폰 중에서 선택된 1종 이상의 디아민 화합물으로서 반드시 트리메틸시클로헥실리덴 디아민을 포함하며, 상기 디카르복실산 성분은 피로멜리트산 이무수물, 벤조페논테트라카르복실산 이무수물, 옥시디프탈산 이무수물, 비프탈산 이무수물 및 헥사플로오르이소프로필리덴 디프탈산 이무수물 중에서 선택된 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 다음 구조식(I)을 반복단위로 하는 폴리이미드 수지의 제조방법.In the method for producing a polyimide resin by solution polymerization of a diamine component and a dicarboxylic acid, the diamine component is trimethylcyclohexylidene diamine, oxydianiline, methylenedianili, metabisaminophenoxydiphenylsulfone and parabis At least one diamine compound selected from aminophenoxydiphenyl sulfone necessarily includes trimethylcyclohexylidene diamine, wherein the dicarboxylic acid component is pyromellitic dianhydride, benzophenone tetracarboxylic dianhydride, oxydiphthalic dianhydride A method for producing a polyimide resin having the following structural formula (I) as a repeating unit, characterized by containing at least one selected from water, nonphthalic dianhydride and hexafloorisopropylidene diphthalic dianhydride.
Figure kpo00029
Figure kpo00029
상기 식에서,
Figure kpo00030
Figure kpo00031
는 각각 특허청구범위 제1항에서 정의한 바와 같다.
Where
Figure kpo00030
and
Figure kpo00031
Are as defined in claim 1, respectively.
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