KR100561565B1 - Polyimide resin and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 테트라카르복실산이무수물과 방향족 디아민, 및 기능성 디아민 단량체를 중합하여 제조되는 폴리이미드 수지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 폴리이미드 수지는 액정배향성, 용해특성, 광투과특성 등이 우수할뿐만 아니라 액정배향막으로 사용될 경우 러빙공정 후에 디스클리네이션(Disclination)에 의한 배향 불량의 발생을 현저하게 줄일 수 있어 액정표시장치의 액정배향막 재료로서 유용하다.The present invention relates to a polyimide resin prepared by polymerizing tetracarboxylic dianhydride, an aromatic diamine, and a functional diamine monomer, and a method for producing the polyimide resin, wherein the polyimide resin of the present invention has liquid crystal orientation, dissolution characteristics, light transmission characteristics, and the like. When used as a liquid crystal alignment film, it is useful as a liquid crystal alignment film material of a liquid crystal display device because it can significantly reduce the occurrence of alignment defects due to disclination after a rubbing process.
폴리이미드, 액정 배향막, 테트라카르복실산이무수물, 방향족 디아민, 기능성 디아민 단량체 Polyimide, liquid crystal aligning film, tetracarboxylic dianhydride, aromatic diamine, functional diamine monomer
Description
본 발명은 액정배향막으로 사용 가능한 폴리이미드 수지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 테트라카르복실산 이무수물과 지방족 측쇄기를 갖는 기능성 디아민을 중합하여 얻은 내열성, 용해성, 투명성, 인쇄성 및 액정배향 능력이 뛰어난 폴리이미드수지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polyimide resin usable as a liquid crystal alignment film and a method for producing the same, and more particularly, to heat resistance, solubility, transparency, printability and liquid crystal obtained by polymerizing a functional diamine having tetracarboxylic dianhydride and an aliphatic side chain group. The present invention relates to a polyimide resin having excellent orientation ability and a method for producing the same.
액정 표시 장치(LCD)는 휴대가 간편하고 전력 소모가 적다는 이점을 지니고 있어 평판 디스플레이 시장을 리드하고 있으며, 계산기, 노트북 컴퓨터 등의 용도에서 벽걸이형 텔레비젼 및 HDTV 등으로 응용범위를 확장해 가고 있다. Liquid crystal display (LCD) is leading the flat panel display market because it has the advantages of easy portability and low power consumption, and is expanding its application range from calculators and notebook computers to wall-mounted TVs and HDTVs. .
일반적으로 액정표시소자에서 액정의 배향은 일반적으로 러빙처리에 의해 액정분자의 배향능력이 부여된 액정배향막에 의해 이루어지며 액정배향막의 재료로는 폴리이미드, 폴리에스터, 폴리아미드 등의 수지가 사용되고 있다. 특히 폴리이미드는 내열성, 화학적안정성, 기계적 강도가 뛰어나기 때문에 대부분의 액정표시소자에서 배향막 소재로 사용되고 있다.In general, the alignment of the liquid crystal in the liquid crystal display device is generally performed by a liquid crystal alignment film in which the alignment ability of the liquid crystal molecules is given by rubbing treatment, and resins such as polyimide, polyester, and polyamide are used as the material of the liquid crystal alignment film. . In particular, polyimide is used as an alignment layer material in most liquid crystal display devices because of its excellent heat resistance, chemical stability, and mechanical strength.
상술한 바와 같이 액정 배향막의 소재로 이용되는 폴리이미드 수지는 일반적으로 방향족 테트라카르복실산이무수물 또는 그 유도체와 방향족 디아민 또는 방향족 디이소시아네이트를 축중합한 후 이미드화하여 제조된다. 이러한 폴리이미드 수지는 사용되는 단량체의 종류에 따라 여러 가지의 분자구조 및 물성을 가질 수 있다. 일반적으로 방향족 테트라카르복실산이무수물과 방향족 디아민을 축합중합시키면 1 단계로 하기 반응식 1과 같이 카르복시기를 가지는 폴리아미드인 폴리아믹산 수지가 제조된다. 구체적으로, 폴리아믹산은 적당한 유기용제하에서 테트라카르복실산 이무수물과 디아민을 반응시켜 모노아믹산을 형성하고, 이어 모노아믹산을 축합반응시킴으로써 제조된다. 이어서 수득된 폴이아믹산을 고온에서 이미드화(탈수반응)시키면 폴리이미드 수지가 제조된다.As mentioned above, the polyimide resin used as a raw material of the liquid crystal aligning film is generally produced by condensation of an aromatic tetracarboxylic dianhydride or its derivatives with an aromatic diamine or an aromatic diisocyanate, followed by imidization. Such polyimide resin may have various molecular structures and physical properties depending on the type of monomer used. In general, condensation polymerization of an aromatic tetracarboxylic dianhydride and an aromatic diamine yields a polyamic acid resin, which is a polyamide having a carboxyl group as shown in Scheme 1 below. Specifically, polyamic acid is prepared by reacting tetracarboxylic dianhydride with diamine in a suitable organic solvent to form a monoamic acid, followed by condensation reaction of the monoamic acid. Subsequently, when the obtained polyamic acid is imidated (dehydration reaction) at high temperature, a polyimide resin is produced.
상기 식에서, A는 테트라카르복실산 이무수물 단량체이고,Wherein A is a tetracarboxylic dianhydride monomer,
B는 지방족 또는 방향족 디아민계 단량체중에서 선택되는 1종 이상이다. B is at least one selected from aliphatic or aromatic diamine monomers.
본 발명자들은 지방족 고리계 산이무수물인 디옥소테트라히드로퓨릴 3-메틸시클로헥산-1,2-디카르복실산이무수물(이하 "DOCDA"라 한다)과 방향족 테트라카르복실산 산이무수물의 혼합물과 액정배향을 위한 기능성 단량체로서 디알킬아미드 치환기를 가지는 디아민과 방향족 디아민 화합물의 혼합물들로부터 우수한 내열성과 투과성을 지니며 따라서 액정배향막용으로 적용가능한 신규 가용성 폴리이미드수지들에 관하여 보고한 바 있다. The present inventors liquid crystal orientation and mixture of aliphatic cyclic acid dianhydride dioxotetrahydrofuryl 3-methylcyclohexane-1,2-dicarboxylic dianhydride (hereinafter referred to as "DOCDA") and aromatic tetracarboxylic dianhydride. There have been reports of novel soluble polyimide resins which have excellent heat resistance and permeability from mixtures of diamines and aromatic diamine compounds having dialkylamide substituents as functional monomers for and therefore applicable for liquid crystal alignment films.
그러나, 이러한 중합체를 배향막으로 적용했을때 기능성 치환기인 디알킬아미드 그룹에 있는 두 알킬기의 입체적 배향이 조금 달라서 러빙공정 후에 디스클리네이션(Disclination)에 의한 배향 불량이 발생하는 경우가 있었다. 알킬기의 길이가 탄소수 8개 이상인 기능성 치환기를 도입하여 이를 해결할 수는 있었으나, 이 때에는 TN LCD 셀에 적용하기에는 선경사각이 크고 또 8개 이상의 탄소수를 지닌 알킬기로 구성된 기능성 디아민은 합성시 수율이 떨어지는 문제가 있었다.However, when such a polymer is used as an alignment layer, the three-dimensional orientation of two alkyl groups in the dialkylamide group, which is a functional substituent, is slightly different, so that orientation defects due to disclination may occur after the rubbing process. This could be solved by introducing a functional substituent having an alkyl group of 8 or more carbon atoms, but in this case, a functional diamine composed of an alkyl group having a large pretilt angle and an 8 or more carbon atoms for the TN LCD cell has a poor yield in synthesis. There was.
본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하는 것으로, 합성수율이 높고 선경사각과 배향력이 우수할 것으로 기대되는 단량체인 하기 화학식 1의 기능성 디아민을 도입해 중합체를 합성함으로써, 인쇄성이 우수하고 내열성, 광투과성 및 액정배향성이 좋은 폴리이미드 수지 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to overcome the problems of the prior art described above, by introducing a functional diamine of the general formula (1), which is a monomer that is expected to have a high synthesis yield and excellent pretilt angle and orientation force, by synthesizing the polymer, printability The present invention provides a polyimide resin excellent in heat resistance, light transmittance and liquid crystal alignment, and a method for producing the same.
즉, 본 발명은 테트라카르복실산 이무수물과 하기 화학식 1의 기능성 디아민 단량체와 방향족 디아민의 혼합물을 중합시켜 제조되는 하기 화학식 2를 반복단위 로 하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드 수지를 제공하는 것이다.That is, the present invention is to provide a polyimide resin characterized in that the repeating unit of formula (2) prepared by polymerizing a mixture of tetracarboxylic dianhydride, a functional diamine monomer of the formula (1) and an aromatic diamine.
상기 식에서, R은 탄소수 1∼18의 지방족 또는 방향족 탄화수소이고,In the above formula, R is an aliphatic or aromatic hydrocarbon having 1 to 18 carbon atoms,
R'는 탄소수 1∼3의 지방족 탄화수소이다. R 'is a C1-C3 aliphatic hydrocarbon.
상기 식에서, A는 테트라카르복실산 이무수물 단량체이고,Wherein A is a tetracarboxylic dianhydride monomer,
B는 방향족 또는 기능성 디아민계 단량체 중에서 선택되는 1종 이상이다.
B is at least one selected from aromatic or functional diamine monomers.
이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 하나의 양상은 방향족 디아민 중의 하나 이상, 및 화학식 1의 기능성 디아민 단량체를 포함하고, 화학식 2를 반복단위로 하는 폴리이미드수지를 그 특징으로 한다. One aspect of the invention is characterized by a polyimide resin comprising at least one of aromatic diamines and a functional diamine monomer of formula (1), wherein the repeating unit is of formula (2).
본 발명의 폴리이미드 수지의 제조시에 사용가능한 디아민은 상기 화학식 1의 기능성 디아민을 반드시 포함하고 그 외에 파라페닐렌디아민(p-PDA), 비스아미노페닐프로판, 비스아미노페닐 헥사플루오르프로판, 옥시디아닐린, 메틸렌디아닐린, 메타비스아미노페녹시벤젠, 파라비스아미노페녹시벤젠, 메타비스아미노페녹시디페닐설폰 및 파라비스아미노페녹시디페닐설폰 중에서 선택된 1종 이상의 디아민화합물을 포함한다.The diamines usable in the preparation of the polyimide resin of the present invention necessarily include the functional diamines of the general formula (1), in addition to paraphenylenediamine (p-PDA), bisaminophenylpropane, bisaminophenyl hexafluoropropane, oxydi And at least one diamine compound selected from aniline, methylenedianiline, metabisaminophenoxybenzene, parabisaminophenoxybenzene, metabisaminophenoxydiphenylsulfone and parabisaminophenoxydiphenylsulfone.
본 발명에서 상기 기능성 디아민 이외에 사용가능한 방향족 디아민들의 예들을 하기 화학식 3에 나타내었다.Examples of aromatic diamines usable in addition to the functional diamine in the present invention are shown in the following formula (3).
본 발명에서 테트라카르복실산 이무수물로서는 지방족 고리계 카르복실산이무수물과 함께 하기 화학식 4에 개시된 방향족 테트라카르복실산이무수물을 1종 이 상 혼합하여 사용할 수도 있는데, 예를 들면 피로멜리트산이무수물(PMDA), 벤조페논테트라카르복실산(BTDA), 옥시디프탈산이무수물(ODPA), 비스프탈산이무수물(BPDA), 헥사플루오로이소프로필리덴디프탈산이무수물(HFDA), 디옥시테트라히드로퓨란-3-메틸시클로헥산-1,2-디카르복실산이무수물 (DOCDA)과 시클로[2,2,2]옥트-7-덴-2,3,5,6-테트라카르복실산이무수물 (BODA) 등에서 1종 이상을 선정하여 사용할 수 있다. 이들 가운데 DOCDA는 특히 본 발명의 폴리이미드 수지의 내열성, 인쇄성, 투명성을 유지하도록 하므로 특히 바람직하다. In the present invention, as the tetracarboxylic dianhydride, one or more aromatic tetracarboxylic dianhydrides represented by the following Formula 4 may be used together with an aliphatic cyclic dianhydride. For example, pyromellitic dianhydride ( PMDA), benzophenonetetracarboxylic acid (BTDA), oxydiphthalic dianhydride (ODPA), bisphthalic dianhydride (BPDA), hexafluoroisopropylidenediphthalic dianhydride (HFDA), dioxytetrahydrofuran- 3-methylcyclohexane-1,2-dicarboxylic dianhydride (DOCDA) and cyclo [2,2,2] oct-7-den-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride (BODA) One or more kinds can be selected and used. Among them, DOCDA is particularly preferable because it allows to maintain the heat resistance, printability and transparency of the polyimide resin of the present invention.
본 발명의 폴리이미드 수지의 제조방법은 디아민 성분과 테트라카르복실산이무수물을 용해중합시켜 폴리아믹산을 제조한 후 이를 탈수시켜 폴리이미드 수지를 제조함에 있어서, 디아민 성분으로 방향족 디아민과 상기 화학식 3의 기능성 디아민 단량체를 사용하는 것을 특징으로 한다. In the method for preparing a polyimide resin according to the present invention, a polyamic acid is prepared by dissolving and polymerizing a diamine component and a tetracarboxylic dianhydride, followed by dehydration to prepare a polyimide resin. It is characterized by using a diamine monomer.
본 발명에서 폴리아믹산 중합시 사용되는 유기용매는 N-메틸-2-피롤리디논(N-methyl-2-pyrrolidinone, NMP), 디메틸아세트아마이드 (Dimethyl acetamide, DMAc), 디메틸포름아마이드(Dimethyl formamide, DMF) 등을 예로 들 수 있는데, 이 3가지 용매는 폴리아믹산의 중합시 중합반응의 촉매작용을 하고 이후의 이미드화 과정에서 이미드화를 촉진하므로 바람직하다. 이 외에도 테트라하이드로퓨란(THF), 클로로포름 등을 용매로 사용할 수 있다.The organic solvent used in the polymerization of the polyamic acid in the present invention is N-methyl-2-pyrrolidinone (N-methyl-2-pyrrolidinone, NMP), dimethyl acetamide (dimethyl acetamide, DMAc), dimethyl formamide (dimethyl formamide, DMF), etc. These three solvents are preferable because they catalyze the polymerization reaction during the polymerization of the polyamic acid and promote imidization in the subsequent imidization process. In addition, tetrahydrofuran (THF), chloroform and the like can be used as a solvent.
본 발명에서 폴리아믹산 중합시에 반응하게 되는 이무수물과 디아민의 반응비는 1:1이므로 두 단량체를 같은 몰비로 반응시키면, 전체 반응용액에 있어 이무수물과 디아민 단량체를 합하여 2∼30중량%를 반응시키며, 결과적으로 얻어지는 폴리아믹산 용액에는 폴리아믹산 고형분이 2∼30중량%가 녹아있게 된다. 본 발명에서 폴리아믹산의 합성은 반응온도 0∼30℃에서 2∼48시간 동안 반응시킴으로써 이루어진다. In the present invention, since the reaction ratio of dianhydride and diamine to be reacted at the time of polyamic acid polymerization is 1: 1, when the two monomers are reacted at the same molar ratio, the total amount of the dianhydride and diamine monomer in the total reaction solution is 2 to 30% by weight. 2-30% by weight of the polyamic acid solid content is dissolved in the resulting polyamic acid solution. Synthesis of the polyamic acid in the present invention is carried out by reacting for 2 to 48 hours at a reaction temperature of 0 to 30 ℃.
본 발명의 폴리이미드 수지는 상기의 방법에 의해 수득된 폴리아믹산을 열경화시켜 제조된다. 경화조건은 가열판이나 오븐을 사용하여 100∼120℃에서 건조시키고, 질소분위기하의 오븐에서 서서히 승온하여 200∼350℃의 온도범위에서 30분∼2시간 정도 가열하는 것이 바람직하다. The polyimide resin of the present invention is produced by thermosetting the polyamic acid obtained by the above method. It is preferable to dry hardening conditions at 100-120 degreeC using a heating plate or oven, and to heat up in an oven under nitrogen atmosphere gradually, and to heat for 30 minutes-2 hours in the temperature range of 200-350 degreeC.
본 발명에 따른 폴리이미드 수지는 2,000~500,000g/mol 정도의 중량평균분자량(Mw)을 가지며, 0.5~1.5dL/g 범위의 고유점도를 유지하고 있고, 250~350℃의 유리전이온도를 가진다. 또한, 본 발명의 폴리이미드 수지는 프리틸트 각이 1∼15° 범위로 액정표시소자용 액정배향막으로서 사용하기에 적합하다. Polyimide resin according to the present invention has a weight average molecular weight (Mw) of about 2,000 ~ 500,000g / mol, maintains the intrinsic viscosity in the range of 0.5 ~ 1.5dL / g, and has a glass transition temperature of 250 ~ 350 ℃ . Moreover, the polyimide resin of this invention is suitable for using as a liquid crystal aligning film for liquid crystal display elements in the pretilt angle of 1-15 degrees.
또한, 본 발명의 폴리이미드 수지는 극성용매, 유기용매, 및 저흡습성 용매에 대해서도 상온에서 10중량% 이상의 높은 용해도를 보이는데, 구체적으로 디메틸아세트이미드, 디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 테트라하이드로퓨란, 클로로포름, 아세톤, 에틸아세테이트, 부티로락톤, 부톡시에탄올, 에톡시에탄올, 및 부톡시프로판올로 구성되는 그룹중에서 선택된 단일의 용매 또는 2종 이상의 혼합용매에 상온에서 높은 용해도를 나타낸다. In addition, the polyimide resin of the present invention exhibits high solubility of 10% by weight or more even at polar temperatures, organic solvents, and low hygroscopic solvents. Specifically, dimethylacetimide, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrroli High solubility at room temperature in a single solvent or two or more mixed solvents selected from the group consisting of don, tetrahydrofuran, chloroform, acetone, ethyl acetate, butyrolactone, butoxyethanol, ethoxyethanol, and butoxypropanol Indicates.
이하에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the protection scope of the present invention.
제조예 1; 3,5-디니트로벤조일-N-메틸도데실아민 (DNM-112)의 제조Preparation Example 1; Preparation of 3,5-dinitrobenzoyl-N-methyldodecylamine (DNM-112)
교반기 및 질소주입장치가 부착된 1,000ml의 반응기에 질소가스를 서서히 통과시키면서 3,5-디니트로벤조일 클로라이드(108.29g, 0.5mole)를 반응용매인 메틸렌 클로라이드 150ml에 용해시킨 후, 질소가스를 통과시키면서 150ml의 메틸렌 클로라이드에 용해시킨 N-메틸도데실아민(110g, 0.55mole)을 30분에 걸쳐 적하하여 상온에서 10시간동안 반응을 진행시켰다. 반응이 종료된 후 반응혼합물내의 산을 증류수로 2~3회 세척하고 아스피레이터를 이용하여 용매인 메틸렌 클로라이드를 완전히 제거한 후 에탄올에서 재결정하였다(DNM-112). 이 때 반응 수율은 89%이었다. Dissolve 3,5-dinitrobenzoyl chloride (108.29 g, 0.5 mole) in 150 ml of methylene chloride as a reaction solvent while slowly passing nitrogen gas through a 1,000 ml reactor equipped with a stirrer and a nitrogen injection device, and then pass nitrogen gas. N-methyldodecylamine (110 g, 0.55 mole) dissolved in 150 ml of methylene chloride was added dropwise over 30 minutes to proceed with the reaction for 10 hours at room temperature. After the reaction was completed, the acid in the reaction mixture was washed 2-3 times with distilled water, and the solvent methylene chloride was completely removed using an aspirator, and then recrystallized from ethanol (DNM-112). At this time, the reaction yield was 89%.
제조예 2; 3,5-디아미노벤조일-N-메틸도데실아민 (DAM-112)의 제조Preparation Example 2; Preparation of 3,5-diaminobenzoyl-N-methyldodecylamine (DAM-112)
에탄올 200ml에 10.0g의 상기 제조예 1에서 수득한 DNM-112를 용해시켜 Pd/C (5%) 2.0g과 함께 수소반응기에 넣은 후 40℃에서 5시간동안 환원반응을 실시하였다. 반응종료 후 반응혼합물을 Celite를 이용하여 여과한 후 반응 용매를 감압증류하였다. 에틸아세테이트/헥산(1/1) 공용매에서 재결정하여 약 70%의 수율로 DAM-112를 수득하였다.10.0 g of DNM-112 obtained in Preparation Example 1 was dissolved in 200 ml of ethanol and placed in a hydrogen reactor with 2.0 g of Pd / C (5%), followed by reduction for 5 hours at 40 ° C. After completion of the reaction, the reaction mixture was filtered using Celite, and the reaction solvent was distilled under reduced pressure. Recrystallization in ethyl acetate / hexane (1/1) cosolvent gave DAM-112 in a yield of about 70%.
제조예 3; 3,5-디니트로벤조일-N-메틸옥틸아민(DNM-108)의 제조Preparation Example 3; Preparation of 3,5-dinitrobenzoyl-N-methyloctylamine (DNM-108)
메틸도데실아민 대신 메틸옥틸아민을 사용한 것 외에는 제조예 1과 동일하게 실시하여 92%의 수율로 DNM-108을 수득하였다.Except for using methyl octylamine instead of methyl dodecylamine was carried out in the same manner as in Preparation Example 1 to obtain DNM-108 in a yield of 92%.
제조예 4; 3,5-디아미노벤조일-N-메틸옥틸아민 (DAM-108)의 제조Preparation Example 4; Preparation of 3,5-diaminobenzoyl-N-methyloctylamine (DAM-108)
제조예 2에서 DNM-112 대신 제조예 3에서 수득한 DNM-108을 사용한 것 외에는 제조예 2와 동일하게 실시하여 80%의 수율로 DAM-108을 수득하였다.Except for using DNM-108 obtained in Preparation Example 3 instead of DNM-112 in Preparation Example 2 was carried out in the same manner as in Preparation Example 2 to obtain DAM-108 in a yield of 80%.
제조예 5; 3,5-디니트로벤조일-N-메틸부틸아민 (DNM-104)의 제조Preparation Example 5; Preparation of 3,5-dinitrobenzoyl-N-methylbutylamine (DNM-104)
메틸도데실아민 대신 메틸부틸아민을 사용한 것 외에는 제조예 1과 동일하게 실시하여 79%의 수율로 DNM-108을 수득하였다.Except for using methylbutylamine instead of methyldodecylamine was carried out in the same manner as in Preparation Example 1 to obtain DNM-108 in a yield of 79%.
제조예 6; 5-디아미노벤조일-N-메틸부틸아민 (DAM-104)의 제조Preparation Example 6; Preparation of 5-diaminobenzoyl-N-methylbutylamine (DAM-104)
제조예 2에서 DNM-112 대신 제조예 5에서 수득한 DNM-104을 사용한 것 외에 는 제조예 2와 동일하게 실시하여 85%의 수율로 DAM-104를 수득하였다.Except for using DNM-104 obtained in Preparation Example 5 instead of DNM-112 in Preparation Example 2 was carried out in the same manner as Preparation Example 2 to obtain a DAM-104 in a yield of 85%.
하기 표 1에서 나타난 바와 같이 탄소수가 다른 두 알킬기를 갖는 기능성 단량체인 DAM을 70% 이상의 비교적 높은 수율로 제조가 가능하였다. 제조한 단량체의 구조는 NMR, IR 분광법을 이용하여 확인하였다. 제조예 2, 4 및 6에서 제조한 단량체의 수율 및 분자량을 하기 표 1에 나타내었다. As shown in Table 1, DAM, which is a functional monomer having two alkyl groups having different carbon atoms, may be prepared in a relatively high yield of 70% or more. The structure of the prepared monomer was confirmed using NMR and IR spectroscopy. The yields and molecular weights of the monomers prepared in Preparation Examples 2, 4 and 6 are shown in Table 1 below.
실시예 1Example 1
교반기, 온도조절장치, 질소주입장치, 적하깔대기 및 냉각기를 부착한 500mL의 반응기에 질소가스를 서서히 통과시키면서 메틸도데실아민(15.86g, 0.08mole; MDA), p-PDA (1.08g, 0.01mole; )과 제조예 2에서 수득한 기능성 디아민 DAM-112 (3.62g, 0.01mole)를 반응용매 NMP에 용해시킨 후 질소가스를 통과시키면서 고체상의 DOCDA (13.2g , 0.05mole)와 PMDA (10.91g, 0.05mole)를 서서히 첨가하였다. 이 때 고형분 농도 (solid content)는 20wt%로 고정하였으며 반응 온도는 25℃에서 10시간 동안 반응을 진행하였다. 반응이 종료된 후 원하는 조성으로 용매를 첨가하여 폴리아믹산 수지 용액을 수득한 후 이미드화시켜 본 발명의 폴리이미드 수지를 합성하고 제반 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Methyl dodecylamine (15.86 g, 0.08 mole; MDA), p-PDA (1.08 g, 0.01 mole) while slowly passing nitrogen gas through a 500 mL reactor equipped with a stirrer, temperature controller, nitrogen injector, dropping funnel and cooler. ;) And the functional diamine DAM-112 (3.62 g, 0.01 mole) obtained in Preparation Example 2 were dissolved in the reaction solvent NMP and passed through nitrogen gas to DOCDA (13.2 g, 0.05 mole) and PMDA (10.91 g, 0.05 mole) was added slowly. At this time, the solid content (solid content) was fixed at 20wt% and the reaction temperature was carried out at 25 ℃ for 10 hours. After the reaction was completed, a solvent was added to a desired composition to obtain a polyamic acid resin solution, followed by imidization, to synthesize the polyimide resin of the present invention, and to evaluate the overall physical properties thereof.
실시예 2Example 2
실시예 1에서 디아민 DAM-112를 사용하는 대신에 제조예 4에서 수득한 기능성 디아민 DAM-108 (3.06g, 0.01mole)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 폴리이미드수지를 합성하고, 제반 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타내었다.A polyimide resin was prepared in the same manner as in Example 1, except that the functional diamine DAM-108 (3.06 g, 0.01 mole) obtained in Preparation Example 4 was used instead of the diamine DAM-112 in Example 1. It synthesized and evaluated the overall physical properties and the results are shown in Table 2 together.
실시예 3Example 3
실시예 1에서 디아민 DAM-112를 사용하는 대신에 제조예 6에서 수득한 기능성 디아민 DAM-104 (2.50g, 0.01mole)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 폴리이미드수지를 합성하고, 제반 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타내었다.A polyimide resin was prepared in the same manner as in Example 1, except that the functional diamine DAM-104 (2.50 g, 0.01 mole) obtained in Preparation Example 6 was used instead of the diamine DAM-112 in Example 1. It synthesized and evaluated the overall physical properties and the results are shown in Table 2 together.
비교예 1Comparative Example 1
실시예 1에서 디아민 DAM-112를 사용하는 대신에 3,5-디아미노벤조일 디부틸아민 (2.63g, 0.01mole)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 폴리이미드수지를 합성하고, 제반 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타내었다.A polyimide resin was synthesized in the same manner as in Example 1, except that 3,5-diaminobenzoyl dibutylamine (2.63 g, 0.01 mole) was used instead of the diamine DAM-112 in Example 1. And the physical properties were evaluated and the results are shown in Table 2 together.
비교예 2Comparative Example 2
실시예 1에서 디아민 DAM-112를 사용하는 대신에 3,5-디아미노벤조일 디옥틸 아민(3.75g, 0.01mole)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 폴리이미드수지를 합성하고, 제반 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타내었다.A polyimide resin was synthesized in the same manner as in Example 1, except that 3,5-diaminobenzoyl dioctyl amine (3.75 g, 0.01 mole) was used instead of the diamine DAM-112 in Example 1. And the physical properties were evaluated and the results are shown in Table 2 together.
비교예 3Comparative Example 3
실시예 1에서 디아민 DAM-112를 사용하는 대신에 3,5-디아미노벤조일 디도데실아민 (4.87g, 0.01mole)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 폴리이미드수지를 합성하고, 제반 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타내었다.A polyimide resin was synthesized in the same manner as in Example 1, except that 3,5-diaminobenzoyl didodecylamine (4.87 g, 0.01 mole) was used instead of the diamine DAM-112 in Example 1. And the physical properties were evaluated and the results are shown in Table 2 together.
[물성 평가 방법][Property evaluation method]
(1) 고유점도(1) intrinsic viscosity
중합체의 고유점도는 NMP를 용매로 하여 0.5g/dL의 농도로 30℃에서 측정하였다.The intrinsic viscosity of the polymer was measured at 30 ° C. at a concentration of 0.5 g / dL using NMP as a solvent.
(2) 유리전이온도의 측정(2) Measurement of glass transition temperature
실시예 및 비교예의 폴리이미드 수지들의 열적성질을 평가하기 위하여 시차 주사 열량계(DSC:differential scanning calorimeter)를 이용해서 유리전이온도를 측정하였다. 상기 표 2의 결과를 통해서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 신규한 폴리이미드 수지들은 사용한 기능성 디아민의 알킬치환체의 길이에 따라 다소 차이를 보였지만 대체로 270℃∼320℃ 사이의 유리전이온도(Tg)를 나타내고 있다. In order to evaluate the thermal properties of the polyimide resins of Examples and Comparative Examples, the glass transition temperature was measured by using a differential scanning calorimeter (DSC). As confirmed through the results of Table 2, the novel polyimide resins of the present invention showed a slight difference depending on the length of the alkyl substituent of the functional diamine used, but generally showed a glass transition temperature (Tg) between 270 ° C and 320 ° C. It is shown.
(3) 경화율 측정(3) curing rate measurement
폴리이미드 수지들의 경화특성을 평가하기 위하여 2㎛의 두께로 폴리이미드 수지를 도포하여 가열판상에서 180℃/10분동안 경화시킨 뒤 적외선 분광계 (IR:Infrared Spectroscopy)를 이용해서 경화율을 측정하였다. In order to evaluate the curing characteristics of the polyimide resins, a polyimide resin was applied to a thickness of 2 μm, cured on a heating plate for 180 ° C./10 minutes, and the curing rate was measured using an infrared spectroscopy (IR).
(4) 디스클리네이션 발생여부(4) Whether or not to generate disclination
제작된 10개의 셀중 디스클리네이션 현상이 일어나는 셀의 갯수로 평가하였다. Of the 10 cells fabricated, the number of cells in which the disclination occurred was evaluated.
(5) 프리틸트 각(5) pretilt angle
폴리이미드 수지들을 r-부티로락톤으로 희석하여 2㎛ 두께로 롤코팅한 후 경화, 러빙하여 제작한 액정 셀의 특성들을 평가하였다. 액정의 배향상태는 편광현미경을 사용하여 관찰하였으며, 액정 셀의 프리틸트 각은 결정 회전법(crystal rotation method)을 이용하여 측정하였다. The polyimide resins were diluted with r-butyrolactone, roll coated to a thickness of 2 μm, and then cured and rubbed to evaluate characteristics of the liquid crystal cell. The alignment state of the liquid crystal was observed using a polarizing microscope, and the pretilt angle of the liquid crystal cell was measured using a crystal rotation method.
상기 표 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예에 의해 제조된 폴리이미드 수지는 모두 무정형의 투명한 수지로서, 점도계로 측정한 분자량은 0.69~0.78dL/g정도의 범위내이었으며, 본 발명의 폴리이미드계 액정배향막들은 매우 우수한 액정배향성 및 경시안정성을 나타내었다. 또한 프리틸트 각은 2°~ 6 °정도로서 TFT-LCD용 액정배향막으로의 사용에 적합한 특성을 나타내었다. As shown in Table 2, all of the polyimide resins prepared by Examples according to the present invention are amorphous transparent resins, the molecular weight measured by a viscometer was in the range of about 0.69 ~ 0.78 dL / g, of the present invention Polyimide-based liquid crystal alignment films showed very good liquid crystal alignment and time stability. In addition, the pretilt angle was about 2 ° to 6 °, which showed characteristics suitable for use as a liquid crystal alignment film for TFT-LCD.
본 발명의 신규한 폴리이미드 수지는 액정배향성이 뛰어날뿐만 아니라 우수한 용해특성, 광투과특성으로 인하여 액정표시장치용 액정배향막 재료로서 유용하다. 더욱이, 본 발명의 폴리이미드 수지를 액정배향막으로 적용할 경우 러빙공정 후에 디스클리네이션(Disclination)에 의한 배향 불량의 발생이 현저하게 감소되는 효과를 수득할 수 있다.The novel polyimide resin of the present invention is not only excellent in liquid crystal orientation, but also useful as a liquid crystal alignment film material for liquid crystal display devices due to its excellent dissolution characteristics and light transmission characteristics. Furthermore, when the polyimide resin of the present invention is applied as a liquid crystal alignment film, it is possible to obtain an effect that the occurrence of orientation defects due to disclination after the rubbing process is significantly reduced.
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