KR101301399B1 - Colorless polyimide resin and method for preparing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무색의 폴리이미드 수지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 다음 화학식 1의 반복단위를 갖고, 무색 투명한 폴리이미드 수지 및 그 제조방법을 제공함으로써, 무색투명하고, 차단성, 기계적 물성 및 열안정성의 물성이 우수한 폴리이미드 수지와 그 제조방법을 제공할 수 있다.The present invention relates to a colorless polyimide resin and a method of manufacturing the same, having a repeating unit represented by the following formula (1), and providing a colorless transparent polyimide resin and a method for producing the same, which is colorless and transparent, and has barrier properties, mechanical properties and thermal stability. It is possible to provide a polyimide resin having excellent physical properties and a production method thereof.
<화학식 1>≪ Formula 1 >
상기 식에서, 은 이고, In this formula, silver ego,
는 및 중 선택된 구조이며, The And Selected structure,
는 및 중 선택된 구조이고, The And Selected structure,
수평균 분자량이 4,000~200,000이다.The number average molecular weight is 4,000-200,000.
폴리이미드, 무색, 투명 Polyimide, colorless, transparent
Description
도 1은 문서가 인쇄된 투명필름 뒷면에 본 발명의 실시예에서 제조된 폴리이미드 필름을 두고 찍은 사진,1 is a photograph taken with the polyimide film prepared in the embodiment of the present invention on the back of the transparent film is printed document,
도 2는 본 발명의 실시예에서 제조된 폴리이미드 필름의 인장강도 및 초기 모듈러스를 측정한 결과를 나타낸 그래프,Figure 2 is a graph showing the results of measuring the tensile strength and initial modulus of the polyimide film prepared in the embodiment of the present invention,
도 3은 본 발명의 실시예에서 제조된 폴리이미드 필름의 파단신도를 측정한 결과를 나타낸 그래프,3 is a graph showing the results of measuring the elongation at break of the polyimide film prepared in Examples of the present invention,
도 4는 시차주사열량계(DSC)를 이용하여 본 발명의 실시예에서 제조된 폴리이미드 필름의 유리전이온도를 측정하여 나타낸 그래프,Figure 4 is a graph showing the measurement of the glass transition temperature of the polyimide film prepared in the embodiment of the present invention using a differential scanning calorimeter (DSC),
도 5는 열중량분석(TGA)를 이용하여 본 발명의 실시예에서 제조된 폴리이미드 필름의 초기무게감량온도 및 800℃ 잔존량을 평가한 그래프,5 is a graph evaluating the initial weight loss temperature and the 800 ℃ remaining amount of the polyimide film prepared in the embodiment of the present invention using thermogravimetric analysis (TGA),
도 6은 본 발명의 실시예에서 제조된 폴리이미드 필름을 X-ray 회절분석기로 측정한 그래프,6 is a graph measured by an X-ray diffractometer for the polyimide film prepared in the embodiment of the present invention,
도 7은 본 발명의 실시예에서 제조된 폴리이미드 필름을 UV-vis를 이용하여 최대흡수파장을 측정한 그래프이다.Figure 7 is a graph measuring the maximum absorption wavelength of the polyimide film prepared in the embodiment of the present invention using UV-vis.
본 발명은 무색의 폴리이미드 수지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a colorless polyimide resin and a method for producing the same.
일반적으로 폴리이미드(PI) 수지라 함은 방향족 디안하이드라이드와 방향족 디아민 또는 방향족 디이소시아네이트를 축중합한 후 이미드화하여 제조되는 고내열수지를 일컫는다. 폴리이미드 수지를 제조하기 위하여 방향족 디안하이드라이드 성분으로서 피로멜리트산이무수물(PMDA) 또는 비페닐테트라카르복실산이무수물(BPDA) 등을 사용하고 있고, 방향족 디아민 성분으로서는 옥시디아닐린(ODA) 또는 p-페닐렌 디아민(p-PDA) 등을 사용하고 있다. In general, the polyimide (PI) resin refers to a high heat-resistant resin prepared by condensation polymerization of aromatic dianhydride and aromatic diamine or aromatic diisocyanate followed by imidization. In order to prepare a polyimide resin, pyromellitic dianhydride (PMDA), biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), or the like is used as an aromatic dianhydride component, and as the aromatic diamine component, oxydianiline (ODA) or p -Phenylene diamine (p-PDA) and the like are used.
폴리이미드 수지는 우수한 내열성 이외에도 기계적 물성, 난연성, 내약품성, 저유전율 등에 있어서 뛰어난 특성을 가지므로 코팅재료, 성형재료, 복합재료 등의 광범위한 용도를 가지고 있다. In addition to excellent heat resistance, polyimide resins have excellent properties in mechanical properties, flame retardancy, chemical resistance, low dielectric constant, and the like, and thus have a wide range of uses in coating materials, molding materials, and composite materials.
그러나 폴리이미드 수지는 높은 방향족 고리 밀도로 인하여 갈색 또는 황색으로 착색되어 있어 가시광선 영역에서의 투과도가 낮아 광학재료로 사용하기에는 곤란한 점이 있었다. However, polyimide resins are colored brown or yellow due to the high aromatic ring density, and thus have a low transmittance in the visible light range, making them difficult to use as optical materials.
따라서 본 발명은 무색투명하면서 우수한 물성은 그대로 유지하고 있는 폴리이미드 수지 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a polyimide resin and a method for producing the same, which are colorless and maintain excellent physical properties.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음 화학식 1의 반복단위를 갖고, 무색 투명한 폴리이미드 수지를 제공한다.The present invention for achieving the above object has a repeating unit of the formula (1), and provides a colorless transparent polyimide resin.
<화학식 1>≪ Formula 1 >
상기 식에서, 은 이고, In this formula, silver ego,
는 및 중 선택된 구조이며, The And Selected structure,
는 및 중 선택된 구조이고, The And Selected structure,
수평균 분자량이 4,000~200,000이다.The number average molecular weight is 4,000-200,000.
상기 폴리이미드 수지는 고유점도가 0.5 ~ 0.8인 것임을 특징으로 한다.The polyimide resin is characterized in that the intrinsic viscosity is 0.5 ~ 0.8.
또한 본 발명은 다음 화학식 2의 화합물, 화학식 3의 화합물 및 화학식 4의 화합물을 공중합시켜 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계; 및 상기 폴리아믹산 용액을 이미드화하는 단계를 포함하는 폴리이미드 수지의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention comprises the steps of preparing a polyamic acid solution by copolymerizing the compound of Formula 2, the compound of Formula 3 and the compound of
<화학식 2><Formula 2>
상기 식에서, 는 및 중 선택된 구조이다.In this formula, The And Among the structures selected.
<화학식 3><Formula 3>
상기 식에서, 는 및 중 선택된 구조이다.In this formula, The And Among the structures selected.
<화학식 4>≪ Formula 4 >
상기 식에서, 은 이다.In this formula, silver to be.
상기 화학식 3의 화합물 및 화학식 4의 화합물은 총 디아민 성분 중 1~9 : 9~1의 몰비율로 반응시키는 것을 특징으로 한다.The compound of Formula 3 and the compound of Formula 4 are characterized in that the reaction in a molar ratio of 1 to 9: 9 to 1 of the total diamine component.
본 발명은 상기 폴리이미드 수지를 포함하는 폴리이미드 필름을 제공한다.The present invention provides a polyimide film containing the polyimide resin.
상기 폴리이미드 필름은 색좌표의 L 값이 85 이상이고, b 값이 0.7 이하인 것임을 특징으로 한다.The polyimide film is characterized in that the L value of the color coordinate is 85 or more, b value is 0.7 or less.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 폴리이미드 수지는 디아민 성분과 디안하이드라이드 성분을 공중합하여 이루어진 것으로, 특히 무색투명한 폴리이미드 수지이다. The polyimide resin of the present invention is obtained by copolymerizing a diamine component and a dianhydride component, and is particularly a colorless and transparent polyimide resin.
이를 위하여 사용되는 디안하이드라이드 성분으로는 화학식 2의 화합물이다.The dianhydride component used for this purpose is a compound of formula (2).
<화학식 2><Formula 2>
상기 식에서, 는 및 중 선택된 구조이다.In this formula, The And Among the structures selected.
그리고 디아민 성분으로는 화학식 3의 화합물 및 화학식 4의 화합물을 사용할 수 있다. 이 때 화학식 3 및 화학식 4의 화합물을 총 디아민 성분 중 1~9 : 9~1의 몰비율로 사용하는 것이 바람직하다.As the diamine component, a compound of Formula 3 and a compound of Formula 4 may be used. At this time, it is preferable to use the compounds of the formulas (3) and (4) in a molar ratio of 1-9: 9-1 in the total diamine components.
<화학식 3><Formula 3>
상기 식에서, 는 및 중 선택된 구조이다.In this formula, The And Among the structures selected.
<화학식 4>≪ Formula 4 >
상기 식에서, 은 이다.In this formula, silver to be.
상기 설명한 디안하이드라이드 성분과 디아민 성분을 하기 제조방법에 따라 제조한 폴리이미드 수지는 화학식 1의 구조를 갖게 되고, 무색 투명한 성능을 갖는다.The polyimide resin prepared according to the following preparation method using the dianhydride component and the diamine component described above has the structure of Formula 1, and has a colorless and transparent performance.
<화학식 1>≪ Formula 1 >
상기 식에서, 은 이고, In this formula, silver ego,
는 및 중 선택된 구조이며, The And Selected structure,
는 및 중 선택된 구조이고, The And Selected structure,
수평균 분자량이 4,000~200,000이다.The number average molecular weight is 4,000-200,000.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 폴리이미드 수지는 고유점도가 0.5 ~ 0.8이다.The polyimide resin according to the present invention described above has an intrinsic viscosity of 0.5 to 0.8.
이하, 상기 폴리이미드 수지의 제조방법을 설명하도록 하겠다.Hereinafter, the manufacturing method of the polyimide resin will be described.
우선 디안하이드라이드 성분과 디아민 성분을 유기용매하에서 반응시켜 폴리아믹산을 제조하는 단계이다. 여기서 사용되는 디안하이드라이드와 디아민은 상기 설명한 바와 같다.First, the dianhydride component and the diamine component are reacted in an organic solvent to prepare a polyamic acid. Dianehydride and diamine used here are as described above.
상기한 단량체들의 용액 중합반응에는 공지된 반응용매로서 m-크레졸, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc) 등 중에서 선택된 하나 이상의 극성용매를 사용한다. 물성저하를 막기 위하여 폴리이미드의 중합에 사용되는 용매의 수분함량은 1000ppm 이하인 것이 좋으며, 바람직하기로는 400ppm 이하이다.One or more polar solvents selected from m-cresol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc) and the like are known reaction solvents. Use In order to prevent the deterioration of physical properties, the water content of the solvent used for the polymerization of the polyimide is preferably 1000 ppm or less, and preferably 400 ppm or less.
또한 이미드화 촉매를 사용할 수도 있는 바, 이미드화 촉매로는 p-톨루엔설폰산, 하이드록시벤조산, 크로톤산 등의 유기산 및 유기아민 유도체 중에서 선택하여 사용하며, 반응혼합물의 전체 양을 기준으로 0~10중량% 범위로 첨가한다.In addition, an imidization catalyst may be used. The imidization catalyst may be selected from organic acids and organic amine derivatives such as p-toluenesulfonic acid, hydroxybenzoic acid, crotonic acid, and the like based on the total amount of the reaction mixture. Add in the range of 10% by weight.
상기와 같은 폴리아믹산 용액을 제조하기 위한 본 발명의 반응온도는 0~50℃가 바람직하며, 30~90분 동안 교반한다.The reaction temperature of the present invention for preparing a polyamic acid solution as described above is preferably 0 ~ 50 ℃, stirred for 30 to 90 minutes.
이를 통상적인 방법으로 필름화하여 무색 투명한 폴리이미드 필름을 제조할 수 있다.This may be filmed in a conventional manner to prepare a colorless transparent polyimide film.
상기 필름의 두께는 기계적 성질과 투명성을 고려하여 50 ~ 100 마이크론 인 것이 좋다. The thickness of the film is preferably 50 to 100 microns in consideration of mechanical properties and transparency.
제조된 폴리이미드 나노복합체 필름은 색좌표의 L 값이 85 이상이고, b 값이 7.0 이하인 것임을 특징으로 한다. 여기서 L값은 화이트(white)-블랙(black) 값으로, 수치가 100이면 화이트(white)이며, 0이면 블랙(black)을 뜻한다. 한편, b값은 옐로우(yellow)-블루(blue) 값으로, 양수 방향은 옐로우(yellow), 음수 방향은 블루(blue) 값을 나타내는 것이며, b값이 7.0 이하일 때 필름이 투명하다.The produced polyimide nanocomposite film is characterized in that the L value of the color coordinate is 85 or more, b value is 7.0 or less. The L value is a white-black value. If the value is 100, the value is white, and if the value is 0, the value is black. On the other hand, the b value is a yellow-blue value, the positive direction is yellow, the negative direction is a blue value, and when the b value is 7.0 or less, the film is transparent.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited to the following Examples.
<실시예 1> ≪ Example 1 >
250㎖ 반응기에 2,2'-비스(트리플루오로메틸)-4,4'-디아미노비페닐(TFB) 0.0162몰, 2,2-비스[4(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판(BAPP) 0.0041몰과 용매로 디메틸아세트아미드(DMAc)를 넣어 질소기류 하에서 0℃에서 30분간 용해시킨 후, 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)-헥사플루오로프로판(FDA) 0.0203몰을 DMAc에 녹인 용액 40㎖를 투입하였다. 이 용액을 0℃에서 1시간 동안 격렬하게 교반하여 폴리아믹산 용액을 제조하였다. 0.0162 moles of 2,2'-bis (trifluoromethyl) -4,4'-diaminobiphenyl (TFB) in 250 ml reactor, 2,2-bis [4 (4-aminophenoxy) phenyl] hexafluoro After adding 0.0041 mol of lopropan (BAPP) and dimethylacetamide (DMAc) as a solvent and dissolving for 30 minutes at 0 ° C. under a nitrogen stream, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) -hexafluoropropane ( FDA) 40 ml of a solution in which 0.0203 mol was dissolved in DMAc was added thereto. The solution was stirred vigorously at 0 ° C. for 1 hour to prepare a polyamic acid solution.
이 용액을 유리판에 캐스팅한 후 오븐에서 110℃에서 30분간, 140℃에서 1시간 용매를 증발시켜 필름을 얻었다. 얻어진 필름을 초음파 세척기에서 5분 동안 3번 세척하고, 다시 170℃에서 1시간, 195℃에서 1시간, 220℃에서 1시간, 235℃에서 1시간 열처리하였다.After casting this solution on a glass plate, the solvent was evaporated at 110 degreeC for 30 minutes and 140 degreeC for 1 hour in the oven, and the film was obtained. The obtained film was washed three times for 5 minutes in an ultrasonic cleaner, and further heat-treated at 170 ° C. for 1 hour, 195 ° C. for 1 hour, 220 ° C. for 1 hour, and 235 ° C. for 1 hour.
<실시예 2><Example 2>
상기 실시예 1에서 2,2'-비스(트리플루오로메틸)-4,4'-디아미노비페닐(TFB) 0.0102몰, 2,2-비스[4(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판(BAPP)을 0.0102몰 첨가한 것을 제외하고 동일한 방법으로 폴리이미드 나노복합체 필름을 제조하였다.0.0102 mol of 2,2'-bis (trifluoromethyl) -4,4'-diaminobiphenyl (TFB) in Example 1, 2,2-bis [4 (4-aminophenoxy) phenyl] hexa A polyimide nanocomposite film was prepared in the same manner except that 0.0102 mole of fluoropropane (BAPP) was added.
<실시예 3> <Example 3>
상기 실시예 1에서 2,2'-비스(트리플루오로메틸)-4,4'-디아미노비페닐(TFB) 0.0041몰, 2,2-비스[4(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판(BAPP)을 0.0162몰 첨가한 것을 제외하고 동일한 방법으로 폴리이미드 나노복합체 필름을 제조하였다.0.0041 moles of 2,2'-bis (trifluoromethyl) -4,4'-diaminobiphenyl (TFB) in Example 1, 2,2-bis [4 (4-aminophenoxy) phenyl] hexa A polyimide nanocomposite film was prepared in the same manner except that 0.0162 mole of fluoropropane (BAPP) was added.
<비교예><Comparative Example>
상기 실시예 1에서 2,2'-비스(트리플루오로메틸)-4,4'-디아미노비페닐(TFB)을 첨가하지 않고, 2,2-비스[4(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판(BAPP)을 0.0203몰 첨가한 것을 제외하고 동일한 방법으로 폴리이미드 나노복합체 필름을 제조하였다.2,2-bis [4 (4-aminophenoxy) phenyl without adding 2,2'-bis (trifluoromethyl) -4,4'-diaminobiphenyl (TFB) in Example 1 above ] Polyimide nanocomposite film was prepared in the same manner except that 0.0203 mol of hexafluoropropane (BAPP) was added.
상기 실시예에서 제조된 폴리이미드 나노복합체 필름의 물성을 측정하여 하기 표 및 도면에 나타내었다. The physical properties of the polyimide nanocomposite film prepared in the above example were measured and shown in the following table and drawing.
(1) 색좌표(1) color coordinates
실시예에서 제조된 필름을 이용하여 색채계를 이용하는 방법으로 색도를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다. L값은 수치가 100이면 화이트(white)이며, 0이면 블랙(black)을 뜻하고, a값은 양수 방향은 레드(red), 음수 방향은 그린(green)을 뜻한다. 한편, b값은 양수 방향은 옐로우(yellow), 음수 방향은 블루(blue) 값을 나타낸다. 특히 b값은 7이하인 경우 투명한 것으로 투명도를 나타낸다.The chromaticity was measured by using a colorimeter using the film prepared in Example, and the results are shown in Table 1 below. A value of 100 means white, and 0 means black. A value means red in the positive direction and green in the negative direction. On the other hand, the b value represents a yellow value in the positive direction and a blue value in the negative direction. In particular, the b value is transparent when it is 7 or less, indicating transparency.
상기 측정 결과, 본 발명의 실시예 1 및 2는 무색 투명하며, BAPP의 함량이 증가할수록 투명도가 낮아지는 것을 볼 수 있다. TAB가 첨가되지 않은 비교예의 경우, 투명성이 저하된 것을 볼 수 있다.As a result of the measurement, Examples 1 and 2 of the present invention are colorless and transparent, it can be seen that the transparency decreases as the content of BAPP increases. In the case of the comparative example without adding TAB, it can be seen that transparency is lowered.
이를 보다 명확하고 용이하게 확인하기 위하여, 문서가 인쇄된 투명 필름 뒷면에 각 실시예 및 비교예에서 제조된 폴리이미드 필름을 두고 사진을 찍어 도 1에 나타내었다. In order to confirm this more clearly and easily, the photograph is shown in FIG. 1 with the polyimide film prepared in each example and comparative example on the back of the transparent film on which the document is printed.
(2) 인장 강도(2) tensile strength
실시예에서 제조된 필름의 인장강도, 초기 모듈러스 및 파단신도를 인스트론 인장시험기(모델 Instron-5564)을 이용하여 측정하였으며, 그 결과는 도 2 및 도 3에 도시하였으며, 이를 표 2에 정리하였다.Tensile strength, initial modulus and elongation at break of the film prepared in Example were measured using an Instron tensile tester (model Instron-5564), and the results are shown in FIGS. 2 and 3, which are summarized in Table 2. .
상기 측정 결과, 본 발명의 실시예들은 양호한 인장강도 및 파단신장률을 가져 기계적 물성이 우수한 것을 볼 수 있으며, 비교예의 경우 인장강도나 파단신장률은 우수한 초기 모듈러스가 다소 저하된 것을 볼 수 있다.As a result of the measurement, it can be seen that the embodiments of the present invention have excellent tensile strength and elongation at break, and thus have excellent mechanical properties. In the comparative example, it can be seen that the initial modulus of tensile strength and elongation at break is excellent.
(3) 고유점도(3) intrinsic viscosity
폴리아믹산 분말 0.1g을 N,N′-디메틸아세트아미드 100㎖에 녹여 30℃로 유지되는 항온조에서 우벨로드(Ubbeload) 점도계로 고유점도를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 3과 같다.0.1 g of polyamic acid powder was dissolved in 100 ml of N, N'-dimethylacetamide, and the intrinsic viscosity was measured by a Ubbeload viscometer in a thermostat maintained at 30 ° C. The results are shown in Table 3 below.
(4) 열적 특성(4) thermal properties
시차주사열량계(DSC)를 이용하여 유리전이온도(Tg)를 측정하였으며, 열중량분석기(TGA)를 이용하여 초기무게 감량온도 및 800℃ 잔존량을 평가하였다. 이를 각각 도 3 및 4로 나타내었고, 이를 요약하면 하기 표 3과 같다.Differential scanning calorimetry (DSC) was used to measure the glass transition temperature (Tg), and the thermogravimetric analyzer (TGA) was used to evaluate the initial weight loss temperature and the residual temperature of 800 ℃. This is shown in Figures 3 and 4, respectively, summarized in Table 3 below.
폴리이미드 나노복합체 필름의 경우 일반적인 폴리이미드 필름이 갖는 고유한 열적 특성의 변화가 거의 없음을 알 수 있다.In the case of the polyimide nanocomposite film, it can be seen that there is little change in the inherent thermal properties of the general polyimide film.
(5) XRD 분석(5) XRD analysis
X-ray 회절분석기로는 Rigaku D/Max-IIIB를 이용하였으며, 그 결과는 도 6에 나타내었다. Rigaku D / Max-IIIB was used as an X-ray diffractometer, and the results are shown in FIG. 6.
(6) UV 분광광도법에 의한 분석(6) Analysis by UV Spectrophotometry
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 필름을 UV-vis를 이용하여 최대흡수파장을 측정하였으며, 그 결과는 도 7과 같다. The maximum absorption wavelengths of the films prepared in Examples and Comparative Examples were measured using UV-vis, and the results are shown in FIG. 7.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 무색투명하고, 차단성, 기계적 물성 및 열안정성의 물성이 우수한 폴리이미드 수지와 그 제조방법 및 이를 이용한 폴리이미드 필름을 제공할 수 있다.As described above, the present invention can provide a polyimide resin, a method of preparing the same, and a polyimide film using the same, which are colorless and transparent, and have excellent barrier properties, mechanical properties, and thermal stability.
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