KR101268185B1

KR101268185B1 - 폴리이미드 수지 및 필름

Info

Publication number: KR101268185B1
Application number: KR1020080082206A
Authority: KR
Inventors: 박효준; 정학기; 류득수
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2013-05-27
Also published as: KR20100023451A

Abstract

본 발명은 폴리이미드 수지 및 필름에 관한 것으로, 무색투명하면서 복굴절률이 낮고 광학특성이 우수한 폴리이미드 수지 및 필름에 관한 발명이다.

Description

폴리이미드 수지 및 필름{Polyimide resin and film}

본 발명은 본 발명은 폴리이미드 수지 및 필름에 관한 것으로, 무색투명하면서 복굴절률이 낮고 광학특성이 우수한 폴리이미드 수지 및 필름에 관한 발명이다.

일반적으로 폴리이미드(PI) 필름은 폴리이미드 수지를 필름화한 것으로, 폴리이미드 수지는 방향족 디안하이드라이드와 방향족 디아민 또는 방향족 디이소시아네이트를 용액중합하여 폴리아믹산 유도체를 제조한 후, 고온에서 폐환탈수시켜 이미드화하여 제조되는 고내열 수지를 일컫는다.

폴리이미드 수지는 불용, 불융의 초고내열성 수지로서 내열산화성, 내열특성, 내방사선성, 저온특성, 내약품성 등에 우수한 특성을 가지고 있어, 자동차 재료, 항공소재, 우주선 소재 등의 내열 첨단소재 및 절연코팅제, 절연막, 반도체, TFT-LCD의 전극 보호막 등 전자재료에 광범위한 분야에 사용되고, 최근에는 광섬유나 액정 배향막 같은 표시재료 및 필름 내에 도전성 필러를 함유하거나 표면에 코팅하여 투명전극필름 등에도 이용되고 있다.

그러나 폴리이미드 수지는 높은 방향족 고리 밀도로 인하여 갈색 또는 황색으로 착색되어 있어 가시광선 영역에서의 투과도가 낮고 노란색 계열의 색을 나타 내어 광투과율을 낮게 하며 큰 복굴절률을 가지게 하여 광학부재로 사용하기에는 곤란한 점이 있었다.

이러한 점을 해결하기 위하여 단량체 및 용매를 고순도로 정제하여 중합을 하는 방법이 시도되었으나, 투과율의 개선은 크지 않았다.

미국특허 제5053480호에는 방향족 디안하이드라이드 대신 지방족 고리계 디안하이드라이드 성분을 사용하는 방법이 기재되어 있는데, 정제방법에 비해서는 용액상이나 필름화하였을 경우 투명도 및 색상의 개선이 있었으나, 역시 투과도의 개선에 한계가 있어 높은 투과도는 만족하지 못하였으며, 또한 열 및 기계적 특성의 저하를 가져오는 결과를 나타내었다.

또한 미국특허 제4595548호, 제4603061호, 제4645824, 제4895972호, 제5218083호, 제5093453호, 제5218077호, 제5367046호, 제5338826호. 제5986036호, 제6232428호 및 대한민국 특허공개공보 제2003-0009437호에는 -O-, -SO₂-, CH₂- 등의 연결기와 p-위치가 아닌 m-위치로의 연결된 굽은 구조의 단량체이거나 -CF₃ 등의 치환기를 갖는 방향족 디안하이드라이드 이무수물과 방향족 디아민 단량체를 사용하여 열적 특성이 크게 저하되지 않는 한도에서 투과도 및 색상의 투명도를 향상시킨 신규 구조의 폴리이미드를 제조한 보고가 있으나, 복굴절에 있어서는 부족한 결과를 보였다.

본 발명은 무색투명하면서 복굴절률이 낮고 광학특성이 우수한 폴리이미드 수지 및 필름을 제공하고자 한다.

본 발명은 바람직한 제1구현예로써, 디아민과 디안하이드라이드가 중합된 폴리아믹산으로부터 형성되며, 상기 디아민은 1-(4-아미노페닐)-1,3,3-트리메틸-1H-이덴-5-아민(TMDA)을 10mol% 이상 함유된 폴리이미드 수지를 제공한다.

상기 구현예에 의한 폴리이미드 수지는 막 형성 후 복굴절률이 0.01 이하인 것일 수 있으며, 나아가 막 형성 후 380~780nm에서의 평균투과도가 85% 이상인 것일 수 있다. 또한 막 형성 후 황변도가 3.5 이하인 것일 수 있다.

상기 구현예 의한 폴리이미드 수지는 충전제로서 실리카, 산화티탄, 층상실리카, 탄산염, 알루미나, 질화규소, 질화붕소, 인산수소칼슘, 인산칼슘 및 운모 중 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것일 수 있으며, 상기 충전제는 입경이 0.001~50㎛인 것일 수 있고, 폴리아믹산 100중량부에 대하여 0.001~20중량부로 포함되는 것일 수 있다.

본 발명은 바람직한 제2구현예로써, 디아민과 디안하이드라이드가 중합된 폴리아믹산으로부터 형성되며, 상기 디아민을 1-(4-아미노페닐)-1,3,3-트리메틸-1H-이덴-5-아민(TMDA)을 10mol% 이상 함유된 폴리이미드 필름을 제공한다.

상기 구현예에 의한 폴리이미드 필름은 복굴절률이 0.01 이하인 것일 수 있고, 필름 두께 25~100㎛ 기준으로 380~780nm에서의 평균투과도는 85% 이상인 것일 수 있으며, 필름 두께 25~100㎛ 기준으로 황변도가 3.5 이하인 것일 수 있다.

상기 구현예에 의한 폴리이미드 필름은 충전제로서 실리카, 산화티탄, 층상실리카, 탄산염, 알루미나, 질화규소, 질화붕소, 인산수소칼슘, 인산칼슘 및 운모 중 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것일 수 있으며, 상기 충전제는 입경이 0.001~50㎛인 것일 수 있고, 폴리아믹산 100중량부에 대하여 0.001~20중량부로 포함되는 것일 수 있다.

본 발명은 바람직한 제3구현예로써, 상기의 폴리이미드 수지 또는 필름을 포함하는 영상 표시 소자를 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 폴리이미드 수지 및 필름은 디아민과 디안하이드라이드가 중합된 폴리아믹산으로 형성되며, 상기 디아민으로서 1-(4-아미노페닐)-1,3,3-트리메틸-1H-이덴-5-아민[(1-(4-Aminophenyl)-1,3,3-trimethyl-1H-inden-5-amine, TMDA]을 10mol% 이상 포함하는 폴리이미드 수지 및 필름을 제공한다.

상기 1-(4-아미노페닐)-1,3,3-트리메틸-1H-이덴-5-아민(TMDA)은 구조적으로 수지 또는 필름 내의 분자간 배향을 어렵게 하므로 투과도와 복굴절에 있어 유리하게 작용할 수 있다.

본 발명의 폴리이미드 수지 및 필름은 복굴절률이 0.01 이하이고, 두께 25~100㎛ 기준으로 380~780nm에서의 평균 투과도는 85%이상, 황색도가 3.5 이하일 수 있으며, 따라서 무색 투명성을 요하면서 낮은 복굴절을 필요로 하는 분야에 적용할 수 있고, 특히 광학용 기재 필름이나 코팅제로 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 디아민은 1-(4-아미노페닐)-1,3,3-트리메틸-1H-이덴-5-아민(TMDA) 이외에 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)-페닐]프로판(6HMDA), 2,2′-비스(트리프루오로메틸)-4,4′-디아미노비페닐(2,2′-TFDB), 3,3′-비스(트리프루오로메틸)-4,4′-디아미노비페닐(3,3′-TFDB), 4,4′-비스(3-아미노페녹시)디페닐설폰(DBSDA), 비스(3-아미노페닐)설폰(3DDS), 비스(4-아미노페닐)설폰(4DDS), 1,3-비스(3-아미노페녹시)벤젠(APB-133), 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠(APB-134), 2,2′-비스[3(3-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판(3-BDAF), 2,2′-비스[4(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판(4-BDAF), 2,2′-비스(3-아미노페닐)헥사플루오로프로판(3,3′-6F), 2,2′-비스(4-아미노페닐)헥사플루오로프로판(4,4′-6F) 및 옥시디아닐린(ODA) 중 선택된 1종 이상 포함하는 것일 수 있다.

또한 디안하이드라이드로써 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 디안하이드라이드(FDA), 4-(2,5-디옥소테트라하이드로푸란-3-일)-1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-1,2-디카르복실릭 안하이드라이드(TDA) 및 4,4′-(4,4′-이소프로필리덴디페녹시)비스(프탈릭안하이드라이드)(HBDA) 중 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 여기에 피로멜리틱 디안하이드라이드(PMDA), 비페닐테트라카르복실릭 디안하이드라이드(BPDA) 및 옥시디프탈릭 디안하이드라이드(ODPA) 중 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것일 수 있다.

이상의 디안하이드라이드 성분과 디아민 성분은 등몰량이 되도록 하여 유기 용매 중에 용해하여 반응시키고 폴리아믹산 용액을 제조한다.

반응시의 조건은 특별히 한정되지 않지만 반응 온도는 -20~80℃가 바람직하고, 반응시간은 2~48시간이 바람직하다. 또한 반응시 아르곤이나 질소 등의 불활성 분위기인 것이 보다 바람직하다.

상기한 단량체들의 용액 중합반응을 위한 제1용매는 폴리아믹산을 용해하는 용매이면 특별히 한정되지 않는다. 공지된 반응용매로서 m-크레졸, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 아세톤, 디에틸아세테이트 중에서 선택된 하나 이상의 극성용매를 사용한다. 이외에도 테트라하이드로퓨란(THF), 클로로포름과 같은 저비점 용액 또는 γ-부티로락톤과 같은 저흡수성 용매를 사용할 수 있다.

상기 제1용매의 함량에 대하여 특별히 한정되지는 않으나, 적절한 폴리아믹산 용액의 분자량과 점도를 얻기 위하여 제1용매의 함량은 전체 폴리아믹산 용액 중 50~95중량%가 바람직하고, 더욱 좋게는 70~90중량%인 것이 보다 바람직하다.

아울러 폴리이막산 용액으로 폴리이미드 필름 제조시 복굴절을 개선시킬 목적으로 충진제를 폴리아믹산에 첨가하여 사용할 수 있다.

충전제로는 실리카, 산화티탄, 층상실리카, 탄산염, 알루미나, 질화규소, 질화붕소, 인산수소칼슘, 인산칼슘, 운모 등을 들 수 있다.

상기 충전제의 입경은 개질하여야 할 필름의 특성과 첨가하는 충전제의 종류에 따라서 변동될 수 있는 것으로, 특별히 한정되지 않으나, 일반적으로는 평균 입경이 0.001~50㎛인 것이 바람직하고, 0.005~5㎛인 것이 보다 좋다. 이 경우 폴리이 미드 필름의 투과도를 크게 저해 시키지 않으면서 낮은 복굴절을 얻을 수 있다.

또한 상기 충전제의 첨가량에 대해서도 개질해야 할 필름 특성이나 충전제 입경 등에 따라 변동할 수 있는 것으로 특별히 한정되는 것은 아니다. 일반적으로 충전제의 함량은, 고분자 수지의 결합구조를 방해하지 않으면서 개질하고자 하는 특성을 나타내기 위하여, 폴리아믹산 용액 100중량부에 대하여 0.001~20중량부인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.01~5중량부인 것이 좋다.

충전제의 첨가 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 중합 전 또는 중합 후에 폴리아믹산 용액에 첨가하는 방법, 폴리아믹산 중합 완료 후 3본롤 등을 사용하여 충전제를 혼련하는 방법, 충전제를 포함하는 분산액을 준비하여 이것을 폴리아믹산 용액에 혼합하는 방법 등을 들 수 있다.

상기 수득된 폴리아믹산 용액으로부터 폴리이미드 필름을 제조하는 방법은 종래부터 공지된 방법을 사용할 수 있는데, 즉, 폴리아믹산 용액을 지지체에 캐스팅하여 이미드화하여 필름을 얻을 수 있다.

이 때 적용되는 이미드화법으로는 열이미드화법, 화학이미드화법, 또는 열이미드화법과 화합이미드화법을 병용하여 적용할 수 있다. 화학이미드화법은 폴리아믹산 용액에 아세트산무수물 등의 산무수물로 대표되는 탈수제와 이소퀴놀린, β-피콜린, 피리딘 등의 3급 아민류 등으로 대표되는 이미드화 촉매를 투입하는 방법이다. 열이미드화법 또는 열이미드화법과 화학이미드화법을 병용하는 경우 폴리아믹산 용액의 가열 조건은 폴리아믹산 용액의 종류, 제조되는 폴리이미드 필름의 두께 등에 의하여 변동될 수 있다.

열이미드화법과 화학이미드화법을 병용하는 경우의 폴리이미드 필름의 제조예를 보다 구체적으로 설명하면, 폴리아믹산 용액에 탈수제 및 이미드화 촉매를 투입하여 지지체상에 캐스팅한 후 80~200℃, 바람직하게는 100~180℃에서 가열하여 탈수제 및 이미드화 촉매를 활성화함으로써 부분적으로 경화 및 건조한 후 겔 상태의 폴리아믹산 필름을 지지체로부터 박리하여 얻고, 상기 겔 상태의 필름을 200~400℃에서 5~400초간 가열함으로써 폴리이미드 필름을 얻을 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기 수득된 폴리아믹산 용액으로부터 다음과 같이 폴리이미드 필름을 제조할 수도 있다. 즉, 수득된 폴리아믹산 용액을 이미드화한 후, 이미드화한 용액을 제2용매에 투입하고 여과 및 건조하여 폴리이미드 수지의 고형분을 수득하고, 수득된 폴리이미드 수지 고형분을 제1용매에 용해시킨 폴리이미드 용액을 이용하여 제막공정을 통하여 얻을 수 있다.

상기 폴리아믹산 용액을 이미드화할 때는 상기 설명한 바와 마찬가지로 열이미드화법, 화학이미드화법, 또는 열이미드화법과 화합이미드화법을 병용하여 적용할 수 있다. 열이미드화법과 화학이미드화법을 병용하는 경우의 구체적인 이미드화의 예를 들면, 수득된 폴리아믹산 용액에 탈수제 및 이미드화 촉매를 투입하고 20~180℃에서 1~12시간동안 가열하여 이미드화할 수 있다.

상기 제1용매는 폴리아믹산 용액 중합시 사용한 용매와 동일한 용매를 사용할 수 있으며, 상기 제2용매는 폴리이미드 수지의 고형분을 수득하기 위하여 수득된 폴리아믹산 중합체를 용해할 수 없는 용매를 사용하여 용해도 차에 의해 고형분 으로 석출되는 원리를 적용할 수 있는 용매중에서 제1용매보다 극성이 낮은 것을 사용하며, 구체적으로는 물, 알코올류, 에테르류 및 케톤류 중 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.

이 때 상기 제2용매의 함량에 대하여 특별히 한정되지는 않으나, 제조된 폴리아믹산 용액의 중량대비하여 5~20 중량배를 사용하는 것이 바람직하다.

수득된 폴리이미드 수지 고형분을 여과한 후 건조하는 조건은 제2용매 및 고형화된 수지내에 잔존해 있을 제1용매의 비점을 고려하여 50~150℃의 온도에서 2 ~ 24시간 건조하는 것이 바람직하다.

이후 제막공정은 폴리이미드 수지 고형분이 용해되어 있는 폴리이미드 용액을 지지체상에 캐스팅하여 40~400℃의 온도범위에서 1~10℃/min 의 승온속도로 서서히 승온시키면서 1분~8시간 가열하여 폴리이미드 필름을 얻는다.

얻어지는 폴리이미드 필름의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니며, 10~250㎛의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 25~150㎛인 것이 좋다.

이하, 본 발명의 실시예로 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

반응기로써 교반기, 질소주입장치, 적하깔때기, 온도조절기 및 냉각기를 부착한 1L 반응기에 질소를 통과시키면서 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 607g을 채운 후, 반응기의 온도를 25℃로 맞춘 후 TFDB 57.64g(0.18mol)을 용해하여 이 용액을 25℃로 유지하였다. 여기에 6FDA 88.85g(0.2mol)을 첨가하고, 30분동안 교반하여 반응시켰다. 이 때 용액의 온도는 25℃로 유지하였다. 그리고 TMDA 5.33g(0.02mol)을 첨가하였으며, 고형분의 농도는 20중량%인 폴리아믹산 용액을 얻었다.

폴리아믹산 용액을 상온에서 8시간 교반하고, 피리딘 31.64g, 아세틱 안하이드라이드 40.91g 을 투입하여 30분 교반 후 다시 120℃에서 2시간 교반하여 상온으로 식히고, 이를 메탄올 20L가 담겨있는 용기에 서서히 투입하여 침전시키고, 침전된 고형분을 여과하여 분쇄한 후 80℃에서 진공으로 6시간 건조하여 고형분 분말을 얻었고, 이를 다시 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc)에 녹여서 고형분의 농도가 20wt%인 폴리이미드 용액(점도 70poise)을 얻었다.

반응이 종료된 후 수득된 용액을 스테인레스판에 도포한 후 700㎛로 캐스팅하고 150℃의 열풍으로 1시간 건조한 후 필름을 스테인레스판에서 박리하여 프레임에 핀으로 고정하였다.

필름이 고정된 프레임을 진공오븐에 넣고 100℃부터 300℃까지 2시간 동안 천천히 가열한 후 서서히 냉각해 프레임으로부터 분리하여 폴리이미드 필름을 수득하였다. 이후 최종 열처리 공정으로서 다시 300℃에서 30분 동안 열처리하였다(두께 100㎛).

<실시예 2>

상기 실시예 1에서 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 603g을 채운 후, 반응기의 온도를 25℃로 맞춘 후 TFDB 51.24g(0.16mol)을 용해하여 이 용액을 25℃로 유지하였다. 여기에 6FDA 88.85g(0.2mol)을 첨가하고, 30분동안 교반하여 반응시켰다. 이 때 용액의 온도는 25℃로 유지하였다. 그리고 TMDA 10.65g(0.04mol)을 첨가하였으며, 고형분의 농도는 20중량%인 폴리아믹산 용액을 얻었다.

폴리아믹산 용액을 상온에서 8시간 교반하고 피리딘 31.64g, 아세틱 안하이드라이드 40.91g 을 투입하여 30분 교반 후 다시 80℃에서 2시간 교반하여 상온으로 식히고, 이를 메탄올 20L가 담겨있는 용기에 서서히 투입하여 침전시키고, 침전된 고형분을 여과하여 분쇄한 후 120℃에서 진공으로 6시간 건조하여 분말을 얻었고, 이를 다시 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc)에 녹여서 고형분 농도가 20wt%인 폴리이미드 용액(점도는 82poise)을 얻었다.

이후 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리이미드 필름을 제조하였다.

<실시예 3>

상기 실시예 1에서 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 598g을 채운 후, 반응기의 온도를 25℃로 맞춘 후 TFDB 44.83g(0.14mol)을 용해하여 이 용액을 25℃로 유지하였다. 여기에 6FDA 88.85g(0.2mol)을 첨가하고, 30분동안 교반하여 반응시켰다. 이 때 용액의 온도는 25℃로 유지하였다. 그리고 TMDA 15.98g(0.06mol)을 첨가하였으며, 고형분의 농도는 20중량%인 폴리아믹산 용액을 얻었다.

폴리아믹산 용액을 상온에서 8시간 교반하고 피리딘 31.64g, 아세틱 안하이드라이드 40.91g 을 투입하여 30분 교반 후 다시 80℃에서 2시간 교반하여 상온으 로 식히고, 이를 메탄올 20L가 담겨있는 용기에 서서히 투입하여 침전시키고, 침전된 고형분을 여과하여 분쇄한 후 120℃에서 진공으로 6시간 건조하여 분말을 얻었고, 이를 다시 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc)에 녹여서 고형분 농도가 20wt%인 폴리이미드 용액(점도는 82poise)을 얻었다.

<실시예 4>

상기 실시예 1에서 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 594g을 채운 후, 반응기의 온도를 25℃로 맞춘 후 TFDB 38.43g(0.12mol)을 용해하여 이 용액을 25℃로 유지하였다. 여기에 6FDA 88.85g(0.2mol)을 첨가하고, 30분동안 교반하여 반응시켰다. 이 때 용액의 온도는 25℃로 유지하였다. 그리고 TMDA 21.31g(0.08mol)을 첨가하였으며, 고형분의 농도는 20중량%인 폴리아믹산 용액을 얻었다.

<실시예 5>

상기 실시예 1에서 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 590g을 채운 후, 반응기의 온도를 25℃로 맞춘 후 TFDB 32.02g(0.1mol)을 용해하여 이 용액을 25℃로 유지하였다. 여기에 6FDA 88.85g(0.2mol)을 첨가하고, 30분 동안 교반하여 반응시켰다. 이 때 용액의 온도는 25℃로 유지하였다. 그리고 TMDA 26.64g(0.1mol)을 첨가하였으며, 고형분의 농도는 20중량%인 폴리아믹산 용액을 얻었다.

<실시예 6>

상기 실시예 1에서 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 577g을 채운 후, 반응기의 온도를 25℃로 맞춘 후 TFDB 12.81g(0.04mol)을 용해하여 이 용액을 25℃로 유지하였다. 여기에 6FDA 88.85g(0.2mol)을 첨가하고, 30분동안 교반하여 반응시켰다. 이 때 용액의 온도는 25℃로 유지하였다. 그리고 TMDA 42.62g(0.16mol)을 첨가하였으며, 고형분의 농도는 20중량%인 폴리아믹산 용액을 얻었다.

폴리아믹산 용액을 상온에서 8시간 교반하고 피리딘 31.64g, 아세틱 안하이드라이드 40.91g 을 투입하여 30분 교반 후 다시 120℃에서 2시간 교반하여 상온으로 식히고, 이를 메탄올 20L가 담겨있는 용기에 서서히 투입하여 침전시키고, 침전된 고형분을 여과하여 분쇄한 후 120℃에서 진공으로 6시간 건조하여 분말을 얻었고, 이를 다시 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc)에 녹여서 고형분 농도가 20wt%인 폴리이미드 용액(점도는 82poise)을 얻었다.

<실시예 7>

상기 실시예 1에서 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 569g을 채운 후, 반응기의 온도를 25℃로 맞춘 후 TMDA 53.28g(0.2mol)을 용해하여 이 용액을 25℃로 유지하였다. 여기에 6FDA 88.85g(0.2mol)을 첨가하고, 30분동안 교반하여 반응시켰다. 이 때 용액의 온도는 25℃로 유지하였으며 고형분의 농도는 20중량%인 폴리아믹산 용액을 얻었다.

<비교예 1>

상기 실시예 1에서 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 6125g을 채운 후, 반응기의 온도를 25℃로 맞춘 후 TFDB 64.05g(0.2mol)을 용해하여 이 용액을 25℃로 유지하였다. 여기에 6FDA 88.85g(0.2mol)을 첨가하고, 30분동안 교반하여 반응시켰다. 이 때 용액의 온도는 25℃로 유지하였으며 고형분의 농도는 20중량%인 폴리아믹산 용액을 얻었다.

<비교예 2>

상기 실시예 1에서 N,N'-디메틸포름아미드(DMF)를 609.54g 투입하였다. 온도를 25℃로 하고 디아민인4,4'-디아미노페닐렌에테르(ODA) 70.084g을 넣고 녹인 후 여기에 PMDA 76.34g 투입하고, 투입이 끝나면 온도를 25℃ 유지하면서 2시간 동안 교반하였다.

교반이 완료되면 반응기의 온도를 40℃로 승온하여 온도를 유지하며 1시간 동안 교반하였다. 반응이 완료된 폴리아믹산 용액은 고형분 함량이 18.5wt% 였으며 점도는 2570 poise 였다. 투입된 단량체의 몰비율은 PMDA 100%, ODA 100%이다.

이 폴리아믹산 용액 100g을 50g의 촉매 용액(이소퀴놀린 7.2g, 아세틱 안하이드라이드 22.4g)을 균일하게 교반하여 스테인레스판에 도포한 후 100㎛로 캐스팅하고 150℃의 열풍으로 5분간 건조한 후 필름을 스테인레스판에서 박리하여 프레임에 핀으로 고정하였다.

필름이 고정된 프레임을 열풍오븐에 넣고 100℃부터 350℃까지 30분 동안 천천히 가열한 후 서서히 냉각해 필름을 프레임으로부터 분리하였다. 이후 최종 열처리 공정으로서 다시 350℃에서 30분 동안 열처리하였다(두께 75㎛).

상기 실시예 및 비교예로 제조된 폴리이미드 필름을 하기의 방법으로 물성을 평가하였으며, 그 결과는 표 1과 같다.

(1) 투과도 및 50% 차단파장

실시예에서 제조된 필름을 UV분광계(Varian사, Cary100)를 이용하여 380~780nm 범위 및 550nm 에서의 평균 투과도 및 50% 차단파장을 측정하였다.

(2) 황변도

ASTM E313규격으로 황변도를 측정하였다.

(3) 복굴절률

Prism Coupler(Sairon, SPA4000) 장비를 이용하여 630nm에서 3회 측정하여 평균 값으로 하였다.

(4) 유리전이온도(Tg)

시차주사열량계(DSC, TA instrument, Q200)로 유리전이온도를 측정하였다.

구분		조성	몰비율	두께	투과도(%)		50% 차단파장 (nm)
구분		조성	몰비율	두께	380~780㎚	550㎚	50% 차단파장 (nm)
실 시 예	1	6FDA/TFDB/TMDA	10:9:1	100㎛	90.8	90.7	385
	2	6FDA/TFDB/TMDA	10:8:2	100㎛	90.8	90.8	383
	3	6FDA/TFDB/TMDA	10:7:3	100㎛	91.0	91.2	383
	4	6FDA/TFDB/TMDA	10:6:4	100㎛	91.1	91.4	381
	5	6FDA/TFDB/TMDA	10:5:5	100㎛	91.2	91.4	< 380
	6	6FDA/TFDB/TMDA	10:2:8	100㎛	91.4	91.6	< 380
	7	6FDA/TMDA	10:10	100㎛	91.5	91.8	< 380
비 교 예	1	6FDA/TFDB	10:10	100㎛	90.8	90.8	385
비 교 예	2	PMDA/ODA	10:10	25㎛	56.6	73.7	514

구분		조성	몰비율	두께	복굴절	Y.I.	Tg(℃)
실 시 예	1	6FDA/TFDB/TMDA	10:9:1	100㎛	0.0098	1.33	300
	2	6FDA/TFDB/TMDA	10:8:2	100㎛	0.0085	1.45	291.5
	3	6FDA/TFDB/TMDA	10:7:3	100㎛	0.0073	1.47	282.8
	4	6FDA/TFDB/TMDA	10:6:4	100㎛	0.0064	1.63	274.9
	5	6FDA/TFDB/TMDA	10:5:5	100㎛	0.0057	1.85	267.4
	6	6FDA/TFDB/TMDA	10:2:8	100㎛	0.0032	2.03	246.9
	7	6FDA/TMDA	10:10	100㎛	0.0020	2.22	235
비 교 예	1	6FDA/TFDB	10:10	100㎛	0.014	1.17	310
비 교 예	2	PMDA/ODA	10:10	25㎛	0.200	91.7	> 350

상기 물성평가 결과, TMDA의 함량이 따라 복굴절과 광학특성의 변화가 일어나는 것을 알 수 있다.

실시예의 경우 TMDA의 함량이 증가할수록 복굴절이 낮아지며 또한 평균투과도와 550nm 투과도에서 조금씩의 변화가 일어나고 있는데 이는 TMDA가 구조적으로 필름내의 분자간 배향을 어렵게 하므로 투과도와 복굴절의 향상을 일으킨 것으로 볼 수 있다.

비교예 1에 의한 폴리이미드 필름은 투과도와 열적안정성은 뛰어나나 복굴절이 0.01을 초과하여, 광학이방성이 거의 없고 빛샘 현상이 일어나지 않아야하는 광학 기재로는 사용이 불가능하다.

비교예 2의 경우 매우 높은 복굴절 값을 가지는데 이는 분자 자체가 가진 직진성과 높은 분자간의 배향으로 인한 것이며, 이로 인해 높은 유리전이온도를 갖게 되기도 한다.

Claims

디아민과 디안하이드라이드가 중합된 폴리아믹산으로부터 형성되며, 상기 디아민은 1-(4-아미노페닐)-1,3,3-트리메틸-1H-이덴-5-아민(TMDA)을 10mol% 이상 포함하고,

막 형성 후 복굴절률이 0.01 이하이고, 막 형성 후 380~780nm에서의 평균투과도가 85% 이상이며, 막 형성 후 황변도가 3.5 이하인 것임을 특징으로 하는 폴리이미드 수지.
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제 1 항에 있어서,

충전제로서 실리카, 산화티탄, 층상실리카, 탄산염, 알루미나, 질화규소, 질화붕소, 인산수소칼슘, 인산칼슘 및 운모 중 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 폴리이미드 수지.
제 5 항에 있어서,

충전제는 입경이 0.001~50㎛인 것임을 특징으로 하는 폴리이미드 수지.
제 5 항에 있어서,

충전제는 폴리아믹산 100중량부에 대하여 0.001~20중량부로 포함되는 것임을 특징으로 하는 폴리이미드 수지.
디아민과 디안하이드라이드가 중합된 폴리아믹산으로부터 형성되며, 상기 디아민은 1-(4-아미노페닐)-1,3,3-트리메틸-1H-이덴-5-아민(TMDA)을 10mol% 이상 함유하고,

복굴절률이 0.01 이하이고, 필름 두께 25~100㎛ 기준으로 380~780nm에서의 평균투과도가 85% 이상이며, 필름 두께 25~100㎛ 기준으로 황변도가 3.5 이하인 것임을 특징으로 하는 폴리이미드 필름.
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제 8 항에 있어서,

충전제로서 실리카, 산화티탄, 층상실리카, 탄산염, 알루미나, 질화규소, 질화붕소, 인산수소칼슘, 인산칼슘 및 운모 중 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 폴리이미드 필름.
제 8 항에 있어서,

충전제는 입경이 0.001~50㎛인 것임을 특징으로 하는 폴리이미드 필름.
제 8 항에 있어서,

충전제는 폴리아믹산 100중량부에 대하여 0.001~20중량부로 포함되는 것임을 특징으로 하는 폴리이미드 필름.
제1항, 제5항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항의 폴리이미드 수지를 포함하는 영상 표시 소자.
제8항, 제12항, 제13항 및 제14항 중 어느 한 항의 폴리이미드 필름을 포함하는 영상 표시 소자.