KR101827801B1 - 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체, 이로부터 제조된 폴리이미드 및 이들의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체, 이로부터 제조된 폴리이미드 및 이들의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 바이오유래 물질인 아이소헥사이드 화합물로부터 유기반응을 이용하여 안하이드라이드 유도체를 아마이드 공유결합을 추가로 연결하여 제조된 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체, 이를 이미드화 반응시켜 제조된 폴리이미드 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체, 이로부터 제조된 폴리이미드 및 이들의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 바이오유래 물질인 아이소헥사이드 화합물로부터 유기반응을 이용하여 안하이드라이드 유도체를 아마이드 공유결합을 추가로 연결하여 제조된 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체, 이를 이미드화 반응시켜 제조된 폴리이미드 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.
바이오매스(biomass)인 글루코오스 이성질체를 환원하여 얻을 수 있는 수소화 당의 대표적 물질인 헥시톨(hexitol)로부터 탈수반응을 통하여 무수당 알콜 형태의 아이소헥사이드(isohexide)를 얻을 수 있다. 석유화학 산업에 기반을 둔 기존 원료들과는 달리, 폴리사카라이드(polysaccharide)를 구성 성분으로 가지는 옥수수, 밀, 설탕 등과 같은 재생가능한 천연자원으로부터 얻을 수 있는 아이소헥사이드는 분자내 하이드록시기가 두 개인 디올(diol) 물질로써, 트랜스-에스터 축합반응에 사용되어 친환경 폴리에스터 또는 폴리카보네이트 고분자재료를 제조할 수 있는 등 산업적 응용범위가 매우 넓다.
아이소헥사이드는 1,4:3,6-디안히드로헥시톨(1,4:3,6-dianhydrohexitol)과 동의어로, 아이소만나이드(isomannide), 아이소소르비드(isosorbide) 및 아이소이다이드(isoidide)의 세 가지 입체이성질체들로 존재하며, 각각의 두개 히드록시기(hydroxyl group)들의 상대적인 배열(configuration) 차이에 의해 화학적 물성들에서 차이가 나며, 이러한 아이소헥사이드 중에서 솔비톨로부터 제조된 아이소소르비드가 현재 산업적 응용범위가 가장 넓다.
한편, 아이소헥사이드의 하이드록시기를 그 자체로 화학재료 제조에 활용할 수도 있지만, 다른 유/무기 화학반응을 통하여 다른 기능성 관능기로 개질하는 것도 가능하다.
일예로, RSC Adv., 2015, 5, 67574-67582에는 아이소만나이드와 프탈산 무수물이 에테르 공유결합으로 연결된 다이안하이드라이드 단량체 및 이로부터 제조된 폴리이미드 중합체를 보고하고 있으나, 열팽창계수가 50 ppm/℃ 이상으로 여전히 높아 열에 따른 수축 또는 팽창 등의 변형을 수반하는 문제점이 있다.
또한, 중국 공개특허 제101648958호에서는 아이소헥사이드와 프탈산 무수물카보닐클로라이드와의 반응을 통하여 에스터 공유결합으로 연결된 다이안하이드라이드 단량체를 보고한 바 있다. 그러나 에스터 공유결합으로 연결된 아이소헥사이드 기반 다이안하이드라이드 단량체로부터 만들어지는 폴리이미드 공중합체는 에스터 공유결합이 가수분해가 쉽게 일어나고 200℃ 이상의 고온안정성이 떨어진다는 단점이 있을 뿐만 아니라 열팽창계수 및 황색도가 높다는 단점이 있다.
폴리이미드의 물리적 및 광학적 물성을 향상시키기 위하여 고온안정성이 우수하고, 가수분해에 대한 저항성이 높으며 낮은 열팽창계수 및 황색도를 가진 폴리이미드를 제조하기 위한 단량체의 개발이 요구된다.
RSC Adv., 2015, 5, 67574-67582
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 가수분해에 대한 저항성이 높고, 200℃ 이상의 고온에서 안정하며, 열팽창계수와 황색도가 낮은 폴리이미드를 제조할 수 있는 아이소헥사이드 기반의 다이안하이드라이드 단량체 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 아이소헥사이드 기반의 다이안하이드라이드 단량체로부터 제조된 폴리이미드 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체를 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴이고;
Ar1는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌이고;
A 고리는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C20 방향족 탄화수소 고리이다.
또한, 본 발명은 하기 화학식 A의 아이소헥사이드를 화학식 B의 니트로 할라이드 화합물과 반응시켜 화학식 C의 니트로 화합물을 제조하는 단계; 화학식 C의 니트로 화합물을 환원시켜 화학식 D의 아미노 화합물을 제조하는 단계; 및 화학식 D의 아미노 화합물을 화학식 E의 고리형 산무수물 카보닐할라이드 화합물과 반응시켜 화학식 1의 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체를 제조하는 단계;를 포함하는 상기 화학식 1의 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체의 제조방법을 제공한다.
[화학식 A]
[화학식 B]
[화학식 C]
[화학식 D]
[화학식 E]
상기 화학식 1 및 화학식 B 내지 E에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴이고;
Ar1는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌이고;
A 고리는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C20 방향족 탄화수소 고리이고;
Hal은 할로겐이다.
또한, 본 발명은 하기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 폴리이미드 중합체를 제공한다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴이고;
Ar1는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌이고;
A 고리는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C20 방향족 탄화수소 고리이고;
또한, 본 발명은 상기 화학식 1의 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체와 하기 화학식 3의 디아민 단량체를 축합반응시킨 후 이미드화 반응시켜 상기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 폴리이미드 중합체를 제조하는 방법을 제공한다.
[화학식 3]
본 발명에 따른 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체는 아마이드 결합을 통해 아이소헥사이드와 안하이드라이드 유도체가 연결된 구조로, 이로 인하여 우수한 고온안정성 및 가수분해에 대한 높은 저항성을 가질 뿐만 아니라 광학특성 역시 우수한 폴리이미드 중합체를 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 폴리이미드 중합체는 우수한 열안정성을 나타내고 가시광선 영역에서의 투과도가 높아 광투과율이 상승되고, 작은 복굴절율을 나타내어 광학필름, 반도체 절연막, TFT-LCD 절연막, 패시베이션막, 액정배향막, 광통신용 재료, 태양전지용 보호막, 소자용 기판, 플랙시블 디스플레이 기판 등의 다양한 분야에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. 또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 가수분해에 대한 저항성이 높고, 200℃ 이상의 고온에서 안정하며, 열팽창계수와 황색도가 낮은 폴리이미드를 제조할 수 있는 아이소헥사이드 기반의 다이안하이드라이드 단량체에 관한 것으로, 본 발명의 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체는 바이오매스 기반으로 치환적이며, 구체적으로 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴이고;
Ar1는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌이고;
A 고리는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C20 방향족 탄화수소 고리이다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴로, 제한되는 것은 아니나, 각각 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 페닐, 바이페닐 또는 나프틸일 수 있으며, 치환되거나 비치환될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 Ar1는 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌으로, 제한되는 것은 아니나, 각각 독립적으로 페닐렌, 바이페닐렌, 나프틸렌, 안트라세닐렌, 페난트릴렌, 파이레닐렌 또는 테트라세닐렌일 수 있으며, 치환되거나 비치환될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 A 고리는 치환 또는 비치환된 C6-C20 방향족 탄화수소 고리로, 제한되지는 않으나, 각각 독립적으로 벤젠, 바이페닐, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 파이렌 또는 테트라센일 수 있으며, 치환되거나 비치환될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 “치환 또는 비치환”이라는 기재에서 ‘치환’은 비치환된 치환기에 더 치환되는 경우를 뜻하며, 상기 R1, R2, Ar1 및 A 고리에 더 치환되는 치환기는 각각 할로겐, C1-C10 알킬, 할로겐이 치환된 C1-C10알킬, C6-C20 아릴, C3-C10 시클로알킬, 시아노, 포밀, 카르복실 또는 니트로로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 의미한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체는 제한되지는 않으나, 구체적으로 하기 구조의 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체일 수 있다.
본 발명에 따른 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체는 아마이드 결합을 통해 아이소헥사이드와 안하이드라이드 유도체가 연결된 구조로, 이로 인하여 우수한 고온안정성 및 가수분해에 대한 높은 저항성을 가질 뿐만 아니라 광학특성 역시 우수한 폴리이미드 중합체를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 아이소헥사이드 기반의 다이안하이드라이드 단량체를 제조하는 방법에 관한 것으로, 하기의 3단계를 포함한다:
하기 화학식 A의 아이소헥사이드를 화학식 B의 니트로 할라이드 화합물과 반응시켜 화학식 C의 니트로 화합물을 제조하는 단계;
화학식 C의 니트로 화합물을 환원시켜 화학식 D의 아미노 화합물을 제조하는 단계; 및
화학식 D의 아미노 화합물을 화학식 E의 고리형 산무수물 카보닐할라이드 화합물과 반응시켜 화학식 1의 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체를 제조하는 단계.
[화학식 1]
[화학식 A]
[화학식 B]
[화학식 C]
[화학식 D]
[화학식 E]
상기 화학식 1 및 화학식 B 내지 E에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴이고;
Ar1는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌이고;
A 고리는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C20 방향족 탄화수소 고리이고;
Hal은 할로겐이다.
각 제조단계의 반응은 공지의 유기반응으로, 반응 조건 등은 당업자가 적의선택하여 수행할 수 있으므로, 제한되지 않는다.
또한, 본 발명은 상기 아이소헥사이드 기반의 다이안하이드라이드 단량체로부터 제조된 폴리이미드에 관한 것으로, 본 발명의 폴리이미드는 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함한다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴이고;
Ar1는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌이고;
A 고리는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C20 방향족 탄화수소 고리이고;
본 발명의 폴리이미드는 상기 화학식 1의 아이소헥사이드 안하이드라이드 단량체와 다양한 디아민 단량체를 이미드화시켜 제조되는 것으로, 가수분해에 대한 저항성이 높고, 200℃ 이상의 고온에서 안정하며, 열팽창계수와 황색도가 낮은 특성을 나타낸다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴로, 제한되는 것은 아니나, 각각 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 페닐, 바이페닐 또는 나프틸일 수 있으며, 치환되거나 비치환될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 Ar1는 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌으로, 제한되는 것은 아니나, 각각 독립적으로 페닐렌, 바이페닐렌, 나프틸렌, 안트라세닐렌, 페난트릴렌, 파이레닐렌 또는 테트라세닐렌일 수 있으며, 치환되거나 비치환될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 A 고리는 치환 또는 비치환된 C6-C20 방향족 탄화수소 고리로, 제한되지는 않으나, 각각 독립적으로 벤젠, 바이페닐, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 파이렌 또는 테트라센일 수 있으며, 치환되거나 비치환될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 “치환 또는 비치환”이라는 기재에서 ‘치환’은 비치환된 치환기에 더 치환되는 경우를 뜻하며, 상기 R1, R2, Ar1 및 A 고리에 더 치환되는 치환기는 각각 할로겐, C1-C10 알킬, 할로겐이 치환된 C1-C10알킬, C6-C20 아릴, C3-C10 시클로알킬, 시아노, 포밀, 카르복실 또는 니트로로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 의미한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 폴리이미드 중합체의 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리스티렌 환산 중량평균 분자량(Mw) 및 수평균 분자량(Mn)은 각각 10,000 내지 150,000일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 폴리이미드 중합체의 제조방법에 관한 것으로, 상기 화학식 1의 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체와 하기 화학식 3의 디아민 단량체를 축합반응시킨 후 이미드화 반응시켜 상기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 폴리이미드 중합체를 제조한다.
[반응식 1]
보다 구체적으로 설명하면, 화학식 3의 디아민 단량체로서는 파라-페닐렌디아민(p-PDA), 메타-페닐렌디아민(m-PDA), 3,5-비스(트리플루오로메틸)-1,2-다이아미노벤젠(TFDB), 4,4'-바이페닐다이아민, 3,4-옥시다이아닐린(3,4-ODA), 4,4-옥시디아닐린(4,4-ODA), 4,4-메틸렌디아닐린(MDA), 2,2-비스(아미노페닐)헥사플루오로프로판(HFDA), 메타비스(아미노페녹시)디페닐설폰(m-BAPS), 파라비스(아미노페녹시)디페닐설폰(p-BAPS), 1,4-비스(아미노페녹시)벤젠(TPE-Q), 1,3-비스(아미노페녹시)벤젠(TPE-R), 2,2-비스((아미노페녹시)페닐)프로판(BAPP), 2,2-비스((아미노페녹시)페닐)헥사풀루오로프로판(HFBAPP), 4,4'-디아미노벤즈아닐리드(DABA) 및 1-(3,5-디아미노페닐)피롤리딘-2,5-디온 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 방향족 디아민이 사용될 수 있으나, 크게 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 화학식 1의 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체와 화학식 3의 디아민 단량체의 사용량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 1:1.5 내지 1.5:1의 몰비, 보다 좋게는 1: 1.05 내지 1.05:1의 몰비, 보다 더 좋게는 동량의 몰비로 사용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 화학식 1의 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체와 화학식 3의 디아민 단량체의 총 사용량은 점도에 따라서 조절할 수 있으며, 바람직하게는 용매 중 고형분 함량이 5 내지 30중량%가 되도록 조절하는 것이 좋다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 사용가능한 유기용매로는 특별히 한정되지 않고 당업계에 공지된 것이라면 무엇이라도 무방하다. 일례로는, 디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸포름아마이드(DMF) 또는 N-메틸피롤리돈(NMP) 등과 같은 극성용매가 사용가능하다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 극성용매에 상기 화학식 1의 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체와 화학식 3의 디아민 단량체를 용해시킨 후, 통상적인 축합반응 조건에서 반응시킨 후 100 내지 350 ℃의 온도로 단계적으로 가열하여 이미드화 반응을 수행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 축합반응은 보다 좋게는 질소분위기에서 수행되며, 상온에서 진행하거나 반응속도를 빠르게 하기 위해서 필요에 따라 온도를 증가시켜(예를 들어, 50℃) 수행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 이미드화 반응 후 메탄올과 같은 침전제에 반응혼합물을 적가하여 폴리이미드를 분리할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리이미드 중합체는 용액주형(solvent casting) 방법에 의해 필름 또는 기판을 제조하거나, 또는 기재에 코팅하여 열장치를 통해 경화, 가열 건조 과정을 통해 필름 또는 기판을 제조할 수 있다. 용액주형 방법을 사용할 시 유기용매로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N,N-디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸포름아마이드(DMF), m-크레졸 등이 포함되는 유기 극성용매를 사용한다. 그리고, 보조성분으로는 안티블로킹제, 산화방지제, 염료, 안료, 충전제 및 가공조제 등을 필요에 따라 혼합하여 사용할 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명에 따른 아마이드 결합이 추가로 연결된 아이소헥사이드 기반 다이안하이드라이드 단량체 및 이로부터 제조할 수 있는 폴리이미드 공중합체에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 참조일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현 될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
[물성측정방법]
1) 수득률 (%): 수득률은 최종 수득한 중량 대비 이론적 생성 화합물의 중량으로 나눈 값을 퍼센트화 시킨 값이다.
2) 원소분석 : Thermo Scientific사의 FLASH 2000 시리즈 원소분석장비를 이용하여 측정하였다.
3) 핵자기 공명 분광 분석 (NMR): NMR 스펙트럼은 Bruker사의 Fourier Transform AVANCE 300 spectrometer를 사용하여 측정하였다.
4)분자량(g/mol) 및 분자량 분포: 용매로서 DMF(N,N-dimethylformamide) 을 사용하여 RI detector가 장착된 겔투과 크로마토그래피(GPC) 측정에 의한 표준 폴리스타이렌 환산의 분자량 값 및 분자량 분포를 구하였다.
GPC 장비: Waters사의 ACQUITY APC,
컬럼 : Waters사의 ACQUITY APCTM
칼럼 온도: 30 ℃
투입량 : 50 ㎕
유량: 0.62㎖/min
5)유리전이온도(Tg, ℃): 시차 주사형 열량계(DSC, Perkin-Elmer DSC8000, Perkin-Elmer, Wellesley,MA)에 의해 질소분위기 하에 상온으로부터 10℃/min으로 250℃까지 승온하고, 1min간 유지 후, 10 ℃/min으로 30℃까지 하온하고, 1분간 유지 후, 10℃/min으로 250 ℃까지 승온시켜 확인하였다.
6) 5% 중량감소온도(Td5, ℃): TGA (Thermogravimetric Analysis, TA instrument TGAQ500)의 장비를 이용하여 질소 기류 하에 10℃/min의 상승온도로 800도까지 승온시켜 확인하였다.
7) 열팽창계수(CTE, ppm/℃): TMA (Thermomechanical Analysis, TA instrument TMA 2940)의 장비를 이용하여 질소 기류 하에서 상온에서 300℃까지 5℃/min.의 속도로 3번 반복 하면서, 2번째와 3번째 측정에서 50-250℃의 온도영역에서 변화된 길이를 이용하여 각각 계산값의 평균을 이용하였다.
8) 가수분해성평가 (%): 100 미크론 두께의 필름 1g을 취하여 500 ml 증류수에 넣고 100℃에서 24시간 후 질량 변화를 측정하였다.
9) 황색도 (Yellow index, Y.I.): ASTM D 1925 에 의거하여 분광광도계(Spectrophotometer SE2000, JAPAN, Denshoku)를 활용하여 측정한 값이다. 분광광도계의 광원은 할로겐 램프이며, △E*의 표준편차는 0.05이내이다.
[실시예 1] 다이안하이드라이드 단량체 (M-1)의 제조
화합물 c의 제조
둥근 바닥 플라스크에서 수산화칼륨 (11.51 g, 205.08 mmol)과 18-크라운-6 (3.63 g, 13.73 mmol)를 디메틸포름아마이드(DMF) (100 mL)에 용해한 후, 아이소소르비드(Isosorbide, a) (10 g, 68.42 mmol)을 혼합하였다. 충분한 용해를 확인하고, 1-플루오르-4-니트로벤젠(1-fluoro-4-nitrobenzene, b) (28.97 g, 167 mmol)과 톨루엔 (69 mL)을 천천히 적가하여 반응시켰다. 이들의 혼합물을 110℃의 온도에서 12시간 동안 환류시키며 교반한 후, 상기 혼합물을 상온까지 식히고 탄산칼륨(K2CO3) 포화 용액으로 세척하였다. 유기층을 분리하고 진공증류하여 용매를 제거하여 화합물 c를 수득하였다(수득률 : 84.0 %).
1H NMR (DMSO-d 6,ppm): δ=8.1-8.3 (d, 4H), 7.2-7.4 (d, 4H), 4.2-4.4(m, 8H), 3.9-4.1(m, 2H) Elemental Analysis(원소분석): 이론값 (CHN): C: 55.67; H: 4.15, N: 7.21; 측정값: C: 55.15; H: 4.38; N: 7.33
화합물 d의 제조
테트라하이드로퓨란 (220 mL)에 화합물 c (5 g, 12.88 mmol)를 가하고 하이드라진 일수화물(N2H4·H2O) (2.88 mL, 57.53 mmol)과 반응시켰다. 교반 도중에 팔라듐 촉매(Pd/C) (0.12 g)를 추가로 투입하였다. 상기 반응 혼합물은 66℃의 온도에서 12시간 동안 환류시키며 교반하였다. 그런 다음, 상기 반응혼합물을 셀라이트 필터한 후 테트라하이드로퓨란으로 씻어준 후 감압 하에서 용매를 제거하여 화합물 d를 수득하였다(수득률 : 93.0 %).
1H NMR (DMSO-d 6,ppm): δ=6.6-6.8 (m, 8H), 5.5(s, 4H), 4.2-4.4(m, 8H), 3.9-4.1(m, 2H) Elemental Analysis(원소분석): 이론값 (CHN): C: 65.84; H: 6.14, N: 8.53; 측정값: C: 66.52; H: 6.29; N: 8.08
다이안하이드라이드
단량체 M-1의 제조
화합물 d (2 g, 6.09 mmol), 트레멜리틱안하이드라이드클로라이드(trimellitic anhydride chloride, e) (2.886 g, 13.71 mmol)과 염기 촉매로서 트리에틸아민(triethylamine) (5.92 g, 58.5 mmol)을 건조된 1-메틸-2-피롤리돈 (96 mL)에 투입하고 상온에서 24시간 교반 반응하였다. 그런 다음, 상기 반응혼합물을 증류수 (100 mL)에 적가하여 생성물을 침전물의 형태로 수득하고, 감압 필터와 진공 건조를 통해 고체 형태의 다이안하이드라이드 단량체 M-1을 수득하였다(수득률 : 85.0%, 전체 반응의 총 수득률 : 66.4%).
1H NMR (DMSO-d 6,ppm): δ=10.2(s, 2H), 8.4-8.5(d, 2H) 8.15(s, 2H), 7.9-8.0(d, 2H), 7.5-7.7(d, 4H), 7.1-7.3 (m, 4H), 6.8-7.0(m, 8H), 4.2-4.4(m, 8H), 3.9-4.1(m, 2H) Elemental Analysis(원소분석): 이론값 (CHN): C: 68.96; H: 4.40, N: 6.43; 측정값: C: 69.34; H: 4.36; N: 6.10
[실시예 2] 폴리이미드 중합체 (PI-1)의 제조
모든 중합 공정은 아르곤 분위기 하에서 시행하였다.
아르곤 대기 하에서 다이안하이드라이드 단량체 (M-1)와 4,4‘-옥시디아닐린(4,4’-oxydianiline, f)를 동일한 당량으로 삼방 플라스크에 가한 후 건조된 1-메틸-2-피롤리돈을 적가하여 용해시킨 뒤 상온에서 4시간 동안 교반하여 반응시켰다. 이때, 건조된 1-메틸-2-피롤리돈 내 고형분 농도(solid content)는 16 중량%이었다.
상기 4시간의 교반 후에 건조된 1-메틸-2-피롤리돈 내 고형분 농도가 8 중량%가 될 때 까지 건조된 1-메틸-2-피롤리돈을 추가로 적가한 후, 190℃까지 단계적으로 승온하여 8시간 동안 교반 반응하였다.
상기 모든 중합 과정에서 침전이나 겔화는 관찰되지 않았으며, 상기 반응혼합물을 충분히 교반한 후 메탄올/증류수(1/1 부피비) 혼합 용액에 가하여 생성물을 침전물의 형태로 수득하였으며, 이를 필터하였다. 얻어진 침전물을 뜨거운 증류수, 메탄올, 그리고 아세톤의 순으로 반복하여 세척하고, 진공 건조기 내에서 130℃, 24시간 건조하여 폴리이미드 중합체 (PI-1)를 수득하였다(수득률 : 91.5 %).
[비교예 1] 다이안하이드라이드 단량체 (M-c1)의 제조
아이소소르비드(Isosorbide, a) (10 g, 68.42 mmol)을 트레멜리틱안하이드라이드클로라이드(trimellitic anhydride chloride, e) (32.42 g, 153.97 mmol)과 염기 촉매로서 트리에틸아민(triethylamine) (66.58 g, 0.65 mol)을 건조된 1-메틸-2-피롤리돈 (480 mL)에 투입하고 상온에서 24시간 교반 반응하였다. 그런 다음, 상기 반응혼합물을 증류수 (500 mL)에 적가하여 생성물을 침전물의 형태로 수득하고, 감압 필터와 진공 건조를 통해 고체 형태의 다이안하이드라이드 단량체 M-c1을 수득하였다(수득률 : 80.0%).
1H NMR(DMSO-d 6, ppm): δ= 8.5-8.7(q, 2H), 8.40(s, 2H), 8.2-8.3 (q, 2H), 5.1-5.3(m, 2H), 4.0-4.4(m, 6H), Elemental Analysis : 이론값 (CH): C: 58.31; H: 2.85, 측정값: C: 59.17; H: 3.11
[비교예 2] 폴리이미드 중합체 (PI-c1)의 제조
다이안하이드라이드 단량체 M-1 대신에 다이안하이드라이드 단량체 M-c1(비교예 1)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리이미드 중합체 PI-c1를 수득하였다.
[실시예 3] 폴리이미드 필름의 제조
실시예 2의 폴리이미드 중합체 PI-1 10g을 100ml의 DMAc로 녹여 10 중량%의 용액으로 제조한 후, 닥터블레이드 장비를 이용하여 유리판에 도포시킨 후 190℃의 온도 및 진공조건에서 용매를 제거함으로써 100미크론 두께의 투명하고 강인한 필름을 얻었다.
[비교예 2] 폴리이미드 필름의 제조
비교예 2의 폴리이미드 중합체 PI-c1을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 폴리이미드 필름을 제조하였다.
상기 실시예 2 및 비교예 2에서 수득된 폴리이미드 중합체의 물성을 하기 표 1에 기재하였다.
폴리이미드 중합체 | Mn (g/mol) |
Mw (g/mol) |
PDI | Tg (℃) |
Td5% (℃) |
Y.I. | CTE (ppm/℃) |
가수분해성 (%) |
PI-1 (실시예 2) | 30,800 | 44,800 | 1.45 | 215 | 422 | 1.6 | 12.5 | 99.3 |
PI-c1 (비교예 2) | 24,000 | 36,420 | 1.51 | 177 | 365 | 10.8 | 73.0 | 75.8 |
상기 표 1로부터, 실시예 2의 폴리이미드 중합체 PI-1은 215℃의 Tg 및 12.5ppm/℃의 CTE 값을 가질 뿐만 아니라 99.3%의 가수분해성을 가져 가수분해가 거의 이루어지지 않는 반면, 비교예 2의 폴리이미드 중합체 PI-c1은 177℃의 Tg, 73.0ppm/℃의 CTE 및 75.8%의 가수분해성을 가지고 있어, 본 발명의 폴리이미드 중합체는 200℃ 이상의 고온에서의 우수한 안정성을 가지며 및 가수분해에 대한 저항성이 매우 우수함을 알 수 있었다.
또한, 실시예 2의 폴리이미드 중합체 PI-1은 Y.I.값이 1.6으로, 광학 특성이 매우 우수하므로 디스플레이의 기판 또는 보호층 등의 광학 소자로서 유용하게 이용될 수 있다.
반면, 비교예 2의 폴리이미드 중합체 PI-c1은 에스터 결합을 포함하고 있어 가수분해가 쉽게 일어나며 200℃ 이상의 고온에서 매우 불안정하며 매우 높은 CTE 값 및 Y.I. 값을 가져 열안정성 및 광학 특성이 좋지 않음을 알 수 있었다.
즉, 폴리이미드 중합체를 제조하기 위하여 동일한 디아민 단량체를 사용하였을지라도, 본 발명의 폴리이미드 중합체 PI-1(실시예 2)은 아이소소르비드와 프탈릭 안하이드라이드를 아마이드 공유결합으로 연결시킨 다이안하이드라이드 단량체로부터 제조되는데 비해, 비교예 2의 폴리이미드 중합체 PI-c1은 아이소소르비드와 프탈릭 안하이드라이드를 에스테르 공유결합으로 연결시킨 다이안하이드라이드 단량체로부터 제조된 것으로, 폴리이미드 중합체의 고온 안정성 및 가수분해에 대한 저항성은 폴리이미드 중합체를 제조하기 위한 출발물질인 다이안하이드라이드 단량체 내 아이소소르비드와 프탈릭 안하이드라이드를 연결시켜주는 작용기로 인한 효과임을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명의 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체는 아마이드 결합을 통해 아이소헥사이드와 안하이드라이드 유도체가 연결된 구조로, 이로 인하여 우수한 고온안정성 및 가수분해에 대한 높은 저항성을 가질 뿐만 아니라 광학특성 역시 우수한 폴리이미드 중합체를 제조할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
Claims (7)
- 제 1항에 있어서,
상기 Ar1는 각각 독립적으로 페닐렌, 바이페닐렌, 나프틸렌, 안트라세닐렌, 페난트릴렌, 파이레닐렌 또는 테트라세닐렌이고; A 고리는 각각 독립적으로 벤젠, 바이페닐, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 파이렌 또는 테트라센인 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체. - 하기 화학식 A의 아이소헥사이드를 화학식 B의 니트로 할라이드 화합물과 반응시켜 화학식 C의 니트로 화합물을 제조하는 단계;
화학식 C의 니트로 화합물을 환원시켜 화학식 D의 아미노 화합물을 제조하는 단계; 및
화학식 D의 아미노 화합물을 화학식 E의 고리형 산무수물 카보닐할라이드 화합물과 반응시켜 화학식 1의 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체를 제조하는 단계;
를 포함하는 하기 화학식 1의 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체의 제조방법.
[화학식 1]
[화학식 A]
[화학식 B]
[화학식 C]
[화학식 D]
[화학식 E]
상기 화학식 1 및 화학식 B 내지 E에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C10 알킬이고;
Ar1는 각각 독립적으로 C6-C20 아릴렌이고;
A 고리는 각각 독립적으로 C6-C20 방향족 탄화수소 고리이고;
Hal은 할로겐이다. - 제 5항에 있어서,
상기 Ar1는 각각 독립적으로 페닐렌, 바이페닐렌, 나프틸렌, 안트라세닐렌, 페난트릴렌, 파이레닐렌 또는 테트라세닐렌이고; A 고리는 각각 독립적으로 벤젠, 바이페닐, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 파이렌 또는 테트라센인 폴리이미드 중합체. - 하기 화학식 1의 아이소헥사이드 다이안하이드라이드 단량체와 하기 화학식 3의 디아민 단량체를 축합반응시킨 후 이미드화 반응시켜 하기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 폴리이미드 중합체를 제조하는 방법.
[화학식 2]
[화학식 1]
[화학식 3]
상기 화학식 1 내지 3에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C10 알킬이고;
Ar1는 각각 독립적으로 C6-C20 아릴렌이고;
A 고리는 각각 독립적으로 C6-C20 방향족 탄화수소 고리이고;
은 , , , , , , , , , , , , , , 및 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 2가기이다.
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---|---|---|---|---|
WO2002006195A1 (en) | 2000-07-13 | 2002-01-24 | Merck Patent Gmbh | Chiral compounds ii |
EP1273585A1 (en) | 2001-07-02 | 2003-01-08 | MERCK PATENT GmbH | Chiral compounds |
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EP1273585A1 (en) | 2001-07-02 | 2003-01-08 | MERCK PATENT GmbH | Chiral compounds |
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