KR102115976B1 - Self-healing polysilsesquioxanes and hybrid film using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자가-치유가 가능한 폴리실세스퀴옥산 및 이를 이용한 하이브리드 필름에 관한 것이다.
본 발명의 여러 구현예에 따른 폴리실세스퀴옥산 공중합체는 가교 반응이 진행된 이후에 100 내지 120 ℃의 온도에서 수분 이내로 자가-치유(self-healing)가 가능하다.
또한, 상기 자가-치유 기능을 갖는 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 이용하여 하이브리드 소재인 필름으로 제조할 수 있으며, 제조된 하이브리드 필름은 자가-치유 특성을 나타내어, 외부 손상으로 인한 원상 복구 능력이 뛰어나므로 기체 분리막 등의 다양한 분야에 제한 없이 응용이 가능하다.
The present invention relates to a self-healing polysilsesquioxane and a hybrid film using the same.
The polysilsesquioxane copolymer according to various embodiments of the present invention is capable of self-healing within a few minutes at a temperature of 100 to 120 ° C. after a crosslinking reaction is performed.
In addition, a polysilsesquioxane copolymer having the self-healing function may be used to prepare a film that is a hybrid material, and the produced hybrid film exhibits self-healing properties, so it has excellent restoration ability due to external damage. Therefore, it can be applied without limitation to various fields such as a gas separation membrane.

Description

자가-치유가 가능한 폴리실세스퀴옥산 및 이를 이용한 하이브리드 필름{Self-healing polysilsesquioxanes and hybrid film using the same}Self-healing polysilsesquioxanes and hybrid film using the same}

본 발명은 자가-치유가 가능한 폴리실세스퀴옥산 및 이를 이용한 하이브리드 필름에 관한 것이다.The present invention relates to a self-healing polysilsesquioxane and a hybrid film using the same.

가교 고분자 물질은 기계적 물성, 열적 안정성, 내용제성 등이 우수하여 여러 분야에서 연구되고 사용되어 왔다. 그러나 가교 고분자 물질은 지속적인 힘과 외부 작용에 의한 예기치 못한 기계적 손상에 민감하여 재사용에 있어서 수명이 제한적이라는 한계를 가지고 있다. Crosslinked polymer materials have excellent mechanical properties, thermal stability, and solvent resistance, and have been studied and used in various fields. However, the crosslinked polymer material is sensitive to unexpected mechanical damage due to continuous force and external action, and thus has a limitation in that its lifetime is limited in reuse.

이러한 문제점을 극복하기 위한 물질로 자가 치유(self-healing) 고분자 재료를 개발 하는 것이 신기술로써 주목 받고 있다. 자가 치유 고분자는 크게 1) 외적 자가-치유 고분자(Extrinsic self-healing polymer)와 2) 내적 자가-치유 고분자(Intrinsic self-healing polymer)로 나뉠 수 있다. 외적 자가-치유 고분자는 healing 첨가제가 직접 주입되어 자가 치유를 이루고, 내적 자가-치유 고분자는 물질의 화학적 결합을 이용해서 자가 치유 할 수 있다.The development of self-healing polymer materials as a material for overcoming these problems has attracted attention as a new technology. Self-healing polymers can be largely divided into 1) Extrinsic self-healing polymers and 2) Intrinsic self-healing polymers. The external self-healing polymer is self-healing by direct injection of a healing additive, and the internal self-healing polymer can self-heal using a chemical bond of a substance.

특히, 내적 자가-치유 고분자 제조에 있어 온도를 이용하여 가교가 형성되고 풀림이 가능한 다이엘스-엘더 반응이 가장 많이 연구되고 있다. 이미 많은 논문과 특허를 통해서 자가 치유 고분자 물질들이 제안되었고, 특히 유-무기 하이브리드 물질인 폴리실세스퀴옥산을 이용한 자가 치유 고분자 또한 많이 연구되어왔다. In particular, in the production of internal self-healing polymers, the dies-elder reaction in which crosslinking is formed and uncoiled using temperature is most studied. Self-healing polymer materials have been proposed through many papers and patents, and self-healing polymers using polysilsesquioxane, an organic-inorganic hybrid material, have also been studied.

그러나 기존의 자가 치유 고분자 물질들은 다이엘스-엘더 반응에서 디엔(diene), 디에노필(dienophile) 각각의 두 가지 물질의 합성물로서 블렌딩 과정이 필요하고 이에 따라 혼화성에서의 한계와 나노스케일로 균일하지 못한 문제점을 갖고, 또한, 필름 표면의 불균일성, 낮은 투명성, 불완전한 가교, 및 재사용이 불가능한 문제점을 갖는다.However, the existing self-healing polymer materials are a compound of diene and dienophile, respectively, in the dies-elder reaction, and require a blending process. Therefore, there are limitations in miscibility and uniformity in nanoscale. It has a problem that it does not have, and also has a problem of non-uniformity of the film surface, low transparency, incomplete crosslinking, and reusability.

한국등록특허 제10-0932765호Korean Registered Patent No. 10-0932765

따라서, 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 자가-치유(self-healing)가 가능한 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 제조하고, 상기 공중합체를 이용하여 기체 분리막 등의 다양한 분야에 사용될 수 있는 하이브리드 필름을 제공하고자 하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention for solving the conventional problems is to prepare a polysilsesquioxane copolymer capable of self-healing and can be used in various fields such as a gas separation membrane using the copolymer. It is intended to provide a hybrid film.

본 발명의 대표적인 일 측면에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 자가-치유 기능을 갖는 폴리실세스퀴옥산 공중합체에 관한 것이다.According to an exemplary aspect of the present invention, the present invention relates to a polysilsesquioxane copolymer having a self-healing function represented by Chemical Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019056915617-pat00001
Figure 112019056915617-pat00001

(단, 상기 화학식 1에서 R1 내지 R6는 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 -R7R8이고,(However, in Formula 1, R 1 to R 6 are different from each other, and each independently hydrogen or -R 7 R 8 ,

상기 R7은 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이며,R 7 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,

상기 R8은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, -OR9, 디엔을 포함하는 유기관능기, 및 디에노필을 포함하는 유기 관능기로 이루어진 그룹으로부터 선택되고,R 8 is selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, -OR 9 , an organic functional group containing diene, and an organic functional group containing dienophyl,

상기 R9는 수소, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 아크릴기, 에폭시기, 및 에폭시사이클로헥실로 이루어진 그룹으로부터 선택되며,R 9 is selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an acrylic group, an epoxy group, and an epoxycyclohexyl,

상기 x= 1-10,000, y= 1-10,000, z= 1-10,000의 정수이다.)X = 1-10,000, y = 1-10,000, and z = 1-10,000.)

본 발명의 다른 대표적인 일 측면에 따르면, 상기 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 포함하는 하이브리드 필름에 관한 것이다.According to another representative aspect of the present invention, it relates to a hybrid film comprising the polysilsesquioxane copolymer.

본 발명의 다른 대표적인 일 측면에 따르면, 상기 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 포함하는 기체 분리막에 관한 것이다.According to another exemplary aspect of the present invention, the present invention relates to a gas separation membrane comprising the polysilsesquioxane copolymer.

본 발명의 여러 구현예에 따르면, 80 내지 100 ℃의 온도에서 가교 반응이 진행된 이후에 100 내지 120 ℃의 온도에서 수분 이내로 자가-치유(self-healing)가 가능한 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 제공할 수 있으며, 상기 폴리실세스퀴옥산 공중합체는 디엔과 디에노필이 공중합체 내에 함께 도입되어 단일 소재로의 응용이 가능하다.According to various embodiments of the present invention, a polysilsesquioxane copolymer capable of self-healing within a few minutes at a temperature of 100 to 120 ° C. after a crosslinking reaction at a temperature of 80 to 100 ° C. In the polysilsesquioxane copolymer, diene and dienophil are introduced together in the copolymer, and thus, application to a single material is possible.

또한, 상기 자가-치유 기능을 갖는 폴리실세스퀴옥산 공중합체는 필름과 같은 하이브리드 소재에 적용시킬 경우, 내열성, 기계적 강도, 광투과도, 용해도 및 가공성의 물성이 현저히 향상되므로, 기체 분리막 이외에도 디스플레이 또는 자동차의 코팅 소재로도 폭넓게 응용이 가능하다.In addition, when the polysilsesquioxane copolymer having a self-healing function is applied to a hybrid material such as a film, the physical properties of heat resistance, mechanical strength, light transmittance, solubility and processability are significantly improved, and thus display or It can be widely applied as a coating material for automobiles.

도 1은 실시예 1 내지 7의 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 1H NMR(Nuclear Magnetic Resonance)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1의 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 29Si NMR(Nuclear Magnetic Resonance)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1 내지 7의 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 FT-IR(Fourier-transform infrared spectrometer)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 8 내지 11의 하이브리드 필름을 TGA(Thermogravimetry Analyzer)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 8 내지 11의 하이브리드 필름을 DSC(Differential Scanning Calorimetry)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 8 내지 11의 하이브리드 필름에 대한 투명성을 UV-vis(Ultraviolet-visible spectroscopy)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 8 내지 11의 하이브리드 필름에 열을 가하여 경화시킨 후의 필름을 FT-IR로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 1의 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 XRD 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 8 내지 11의 하이브리드 필름에 대한 열적 가역성 자가-치유(self-healing) 전과 후의 스크래치 테스트(scratch test) 결과를 나타낸 이미지이다.
도 10은 실시예 1 내지 4의 하이브리드 필름에 대한 열적 가역성 자가-치유 전과 후의 Nanoindentation 분석 결과를 나타낸 그래프로, (a)와 (b)는 스크래치 전의 물성을 나타내고, (c)와 (d)는 스크래치 후의 물성을 나타낸다.
도 11은 실시예 12 내지 14의 하이브리드 필름에 대한 경화 전(Before UV-Curing)과 1차 광경화 후(After UV-Curing)의 FT-IR 분석 결과를 나타낸 그래프로, (a) 실시예 12, (b) 실시예 13, (c) 실시예 14를 나타낸다.
도 12는 실시예 12 내지 14의 하이브리드 필름에 대한 1차 광경화 후(After UV-Curing), DA 가교 후(After UV-Curing & DA) 및 rDA 후(After UV-Curing & rDA)의 FT-IR 분석 결과를 나타낸 그래프로, (a) 실시예 12, (b) 실시예 13, (c) 실시예 14를 나타낸다.
도 13은 실시예 12 내지 14의 하이브리드 필름에 대한 1차 광경화 후 필름의 열적 가역성(self-healing) 전(a-c)과 후(d-f)의 스크래치 테스트(scratch test) 결과를 나타낸 이미지이다.
도 14는 실시예 12 내지 14 하이브리드 필름에 대한 경화 전(As Cast), 1차 광경화 후(After UV-Curing) 및 2차 열적 가역성 자가-치유 후(After UV-Curing & DA)의 Nanoindentation 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the results of analyzing the polysilsesquioxane copolymers of Examples 1 to 7 by 1 H NMR (Nuclear Magnetic Resonance).
2 is a graph showing the results of analyzing the polysilsesquioxane copolymer of Example 1 by 29 Si NMR (Nuclear Magnetic Resonance).
3 is a graph showing the results of analyzing the polysilsesquioxane copolymers of Examples 1 to 7 with a Fourier-transform infrared spectrometer (FT-IR).
4 is a graph showing the results of analyzing the hybrid films of Examples 8 to 11 with a Thermogravimetry Analyzer (TGA).
5 is a graph showing the results of analyzing the hybrid films of Examples 8 to 11 by DSC (Differential Scanning Calorimetry).
6 is a graph showing the results of analyzing the transparency of the hybrid films of Examples 8 to 11 by UV-vis (Ultraviolet-visible spectroscopy).
7 is a graph showing the results of analyzing the films after curing by applying heat to the hybrid films of Examples 8 to 11 by FT-IR.
8 is a graph showing the results of XRD analysis of the polysilsesquioxane copolymer of Example 1.
9 is an image showing the results of the scratch test (scratch test) before and after thermal reversible self-healing (self-healing) for the hybrid film of Examples 8 to 11.
10 is a graph showing the results of the nanoindentation analysis before and after thermal reversible self-healing for the hybrid films of Examples 1 to 4, (a) and (b) show physical properties before scratch, (c) and (d) It shows the physical properties after scratching.
11 is a graph showing the results of FT-IR analysis before (Before UV-Curing) and after the first photocuring (After UV-Curing) for the hybrid films of Examples 12 to 14, (a) Example 12 , (b) Example 13 and (c) Example 14 are shown.
FIG. 12 shows FT- of primary hybridization of Examples 12 to 14 after primary photocuring (After UV-Curing), after DA crosslinking (After UV-Curing & DA), and after rDA (After UV-Curing & rDA). As a graph showing the results of the IR analysis, (a) Example 12, (b) Example 13, and (c) Example 14 are shown.
13 is an image showing the scratch test results of (ac) before and after (df) thermal reversibility of the film after the primary photocuring for the hybrid films of Examples 12 to 14.
FIG. 14 shows nanoindentation analysis of Examples 12 to 14 hybrid films before (As Cast), after primary photocuring (After UV-Curing), and after secondary thermal reversible self-healing (After UV-Curing & DA). It is a graph showing the results.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 자가-치유 기능을 갖는 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a polysilsesquioxane copolymer having a self-healing function represented by Chemical Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019056915617-pat00002
Figure 112019056915617-pat00002

(단, 상기 화학식 1에서 R1 내지 R6는 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 -R7R8이고, (However, in Formula 1, R 1 to R 6 are different from each other, and each independently hydrogen or -R 7 R 8 ,

상기 R7은 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이며, R 7 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,

상기 R8은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, -OR9, 디엔을 포함하는 유기관능기, 및 디에노필을 포함하는 유기 관능기로 이루어진 그룹으로부터 선택되고,R 8 is selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, -OR 9 , an organic functional group containing diene, and an organic functional group containing dienophyl,

상기 R9는 수소, 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 아크릴기, 에폭시기, 및 에폭시사이클로헥실로 이루어진 그룹으로부터 선택되며,R 9 is selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an acrylic group, an epoxy group, and an epoxycyclohexyl,

상기 x= 1-10,000, y= 1-10,000, z= 1-10,000의 정수이다.)X = 1-10,000, y = 1-10,000, and z = 1-10,000.)

더욱 바람직하게는 상기 R1과 R2는 서로 동일하고 디엔을 포함하는 유기 관능기이고, 상기 R3와 R4는 서로 동일하고 디에노필을 포함하는 유기 관능기이며, 상기 R5와 R6는 -R7R8인 것이다. 더욱 더 바람직하게는 상기 R7은 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고, 상기 R8은 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 -OR9인 것으로, 상기 R9는 아크릴기, 에폭시기, 또는 에폭시사이클로헥실인 것이다.More preferably, R 1 and R 2 are the same as each other and an organic functional group containing diene, R 3 and R 4 are the same as each other and an organic functional group containing dienophyl, and R 5 and R 6 are -R It is 7 R 8 . Even more preferably, R 7 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 8 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or -OR 9 , and R 9 is an acrylic group, an epoxy group, or an epoxycyclohexyl.

상기 디엔(diene) 또는 디에노필을(dienophile) 포함하는 유기 관능기는 폴리실세스퀴옥산 공중합체에 열이 가해지면 다이엘스-엘더 반응(Diels-Alder reaction)이 일어나게 된다. 상기 다이엘스-엘더 반응은 하기 반응식 1에서 보는 바와 같이 일어나며, 이러한 반응으로 인하여 폴리실세스퀴옥산 공중합체에 열적 가역성(thermal reversibility)을 갖도록 하는 역할을 한다.The diene (diene) or dieneophil (dienophile) containing an organic functional group when the heat is applied to the polysilsesquioxane copolymer dies-Elder reaction (Diels-Alder reaction) occurs. The Diels-Elder reaction occurs as shown in Reaction Scheme 1 below, and due to this reaction, serves to have thermal reversibility in the polysilsesquioxane copolymer.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure 112019056915617-pat00003
Figure 112019056915617-pat00003

즉, 상기 폴리실세스퀴옥산 공중합체는 디엔을 포함하는 유기 관능기와 디에노필을 포함하는 유기 관능기가 다이엘스-엘더 반응을 형성하여 일정한 온도 범위에서 가교 결합된 공중합체를 형성하게 되며, 상기 폴리실세스퀴옥산 공중합체 내의 디엔 그룹에 디에노필 그룹이 다이엘스-엘더 반응으로 인하여 가교결합(crosslinking)을 형성하고, 가역 반응인 레트로 다이엘스-엘더 반응(Retro Diels-Alder reaction)으로 인하여 가교결합이 풀릴 수 있다.That is, in the polysilsesquioxane copolymer, the organic functional group containing diene and the organic functional group containing dienophil form a dies-elder reaction to form a crosslinked copolymer at a constant temperature range. The dieneophil group in the diene group in the silsesquioxane copolymer forms crosslinking due to the Diels-Elder reaction, and crosslinks due to the reversible reaction Retro Diels-Alder reaction. This can be solved.

구체적으로, 상기 디엔을 포함하는 유기 관능기는 하기 화학식 2로 표시되고, 상기 디에노필을 포함하는 유기 관능기는 하기 화학식 3으로 표시되는 것이 바람직하다.Specifically, the organic functional group containing the diene is represented by the following formula (2), and the organic functional group containing the dienophyl is preferably represented by the following formula (3).

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112019056915617-pat00004
Figure 112019056915617-pat00004

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112019056915617-pat00005
Figure 112019056915617-pat00005

상기 화학식 2 내지 3에서 R1 내지 R6은 서로 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 30의 측쇄 또는 분쇄형의 치환 또는 비치환된 알킬기이거나, 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기이고, 상기 치환은 아민기 또는 하이드록실기의 작용기로 치환된 것이다. 상기 화학식 2 내지 3의 R1 내지 R6 중에서 적어도 하나 이상은 트리알콕시실란기로 치환되어 실세스퀴옥산 중합 단량체로 사용되는 것이 바람직하다.In Formulas 2 to 3, R 1 to R 6 are the same or different from each other, and each independently hydrogen, a branched or pulverized substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, or a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms, Substitution is substituted with a functional group of an amine group or hydroxyl group. R 1 to R 6 of Formula 2 to 3 At least one of them is preferably substituted with a trialkoxysilane group and used as a silsesquioxane polymerization monomer.

더욱 바람직하게는, 상기 화학식 2 내지 3에서 R1 내지 R6은 서로 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기인 것으로, 이는 자가-치유 기능이 급격히 빨라져 수분 이내로 반응이 일어나게 하는데 효과적이며, 상기 작용기가 아닌 다른 종류의 경우에는 수 시간대로 자가-치유 기능이 현저히 느려지는 것을 확인하였다.More preferably, in Formulas 2 to 3, R 1 to R 6 are the same or different from each other, and are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, which rapidly accelerates the self-healing function to cause reaction within minutes. It was confirmed that it is effective and the self-healing function is significantly slowed over several hours in the case of other types than the above functional groups.

상기 폴리실세스퀴옥산 공중합체는 수평균분자량(Mn)이 100 내지 100,000인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 상기 공중합체가 필름화하기 어려운 물성을 나타내어 바람직하지 않다.It is preferable that the polysilsesquioxane copolymer has a number average molecular weight (Mn) of 100 to 100,000, and when it is outside the above range, the copolymer exhibits physical properties that are difficult to film and is not preferable.

특히, 상기 폴리실세스퀴옥산 공중합체는 사다리형(LPSQ, ladder type polysilsesquioxane)를 갖는 것이 바람직한데, 이러한 구조는 구조적으로 안정하여 열 안정성이 높고, 유기 용매와의 높은 상용성을 나타내어 유-무기 복합재료로써 장점을 갖는다.In particular, it is preferable that the polysilsesquioxane copolymer has a ladder type polysilsesquioxane (LPSQ), and this structure is structurally stable, so that it has high thermal stability, and exhibits high compatibility with organic solvents, which is organic-inorganic. It has advantages as a composite material.

만일, 상기 폴리실세스퀴옥산 공중합체가 바구니형(POSS, polyhedral silsesquioxane)인 경우에는 저분자 형태로써, 결정성을 가지므로 필름화하기 어렵고 저하된 물성을 나타내어 산업적으로 응용하기 어려운 문제점을 갖게 되어 바람직하지 않다.If, when the polysilsesquioxane copolymer is a basket type (POSS, polyhedral silsesquioxane), it has a low molecular form and has crystallinity, so it is difficult to film and exhibits deteriorated physical properties. Does not.

보다 상세하게는, 상기 폴리실시스퀴옥산 공중합체는 하기 화학식(1a-1g) 중에 하나의 구조를 갖는 것이 바람직하다.More specifically, the polysilsquioxane copolymer preferably has one structure in the following formula (1a-1g).

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112019056915617-pat00006
Figure 112019056915617-pat00006

[화학식 1b][Formula 1b]

Figure 112019056915617-pat00007
Figure 112019056915617-pat00007

[화학식 1c][Formula 1c]

Figure 112019056915617-pat00008
Figure 112019056915617-pat00008

[화학식 1d][Formula 1d]

Figure 112019056915617-pat00009
Figure 112019056915617-pat00009

[화학식 1e][Formula 1e]

Figure 112019056915617-pat00010
Figure 112019056915617-pat00010

[화학식 1f][Formula 1f]

Figure 112019056915617-pat00011
Figure 112019056915617-pat00011

[화학식 1g][Formula 1g]

Figure 112019056915617-pat00012
Figure 112019056915617-pat00012

이로써, 상술한 사다리형 폴리실세스퀴옥산 공중합체는 80 내지 100 ℃의 온도에서 가교 반응이 진행된 이후에 100 내지 120 ℃의 온도에서 수분 이내로 자가-치유(self-healing)가 이루어지며, 이는 후술하는 실시예 및 도 9와 10을 통해 확인하였다.Thus, the above-mentioned ladder-type polysilsesquioxane copolymer is self-healing within a few minutes at a temperature of 100 to 120 ° C after a crosslinking reaction at a temperature of 80 to 100 ° C, which is described later. It was confirmed through the examples and FIGS. 9 and 10.

상기 사다리형 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 제조하기 위한 일 구현예에 따르면, 하기 반응식 2에서 보는 바와 같이, 트리알콕시실록산 단량체, 디엔을 포함하는 유기 관능기 물질 및 디에노필을 포함하는 유기 관능기를 20 내지 30 ℃의 온도에서 50 내지 150시간 동안 반응시킨 후에 정제하여 제조할 수 있다.According to an embodiment for preparing the ladder-type polysilsesquioxane copolymer, as shown in Reaction Scheme 2 below, a trialkoxysiloxane monomer, an organic functional material containing diene, and an organic functional group comprising dienophyl 20 After reacting for 50 to 150 hours at a temperature of 30 ℃ may be prepared by purification.

[반응식 2][Scheme 2]

Figure 112019056915617-pat00013
Figure 112019056915617-pat00013

또한, 다른 구현예에 따르면, 트리알콕시실록산 단량체, 유기 용매, 물 및 촉매를 포함하는 함수 유기용액을 제조하고, 상기 함수 유기용액 중에서 유기 용매의 양 또는 함수량을 조절하는 방법을 통해 사다리형이 아닌 다른 구조 형태의 폴리실세스퀴옥산 공중합체로부터 선택적으로 합성할 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Further, according to another embodiment, a trialkoxysiloxane monomer, an organic solvent, a water-containing organic solution including a catalyst and a method of adjusting the amount or water content of the organic solvent in the water-containing organic solution is not a ladder type. It may be selectively synthesized from other structural forms of polysilsesquioxane copolymer, but is not limited thereto.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 포함하는 하이브리드 필름이 개시된다. 상기 하이브리드 필름(두께 1 nm 내지 500 ㎛)은 500 내지 800 nm의 파장에서 80 내지 100% 광투과도를 갖는 것이 바람직한데, 이는 하이브리드 소재로서 디스플레이 또는 자동차의 코팅소재로도 폭넓게 응용이 가능함을 보여준다.According to another aspect of the present invention, a hybrid film comprising the polysilsesquioxane copolymer is disclosed. The hybrid film (thickness 1 nm to 500 μm) preferably has an 80 to 100% light transmittance at a wavelength of 500 to 800 nm, which shows that it can be widely applied as a coating material for displays or automobiles as a hybrid material.

또한, 상기 폴리실세스퀴옥산 공중합체 중에서 광경화가 가능한 유기 관능기를 포함하는 하이브리드 필름은 일차적인 광경화 공정을 통해 고강도의 열경화성 하이브리드 필름으로도 제조할 수 있다.In addition, among the polysilsesquioxane copolymers, a hybrid film containing an organic functional group capable of photocuring may be prepared as a high-strength thermosetting hybrid film through a primary photocuring process.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 포함하는 기체 분리막이 개시된다.According to another aspect of the present invention, a gas separation membrane comprising the polysilsesquioxane copolymer is disclosed.

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples and the like, but the scope and content of the present invention may be reduced or limited by the following examples and the like and cannot be interpreted. In addition, if it is based on the disclosure of the present invention including the following examples, it is obvious that a person skilled in the art can easily carry out the present invention in which experimental results are not specifically presented, and patents to which such modifications and corrections are attached Naturally, it is within the scope of the claims.

또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.In addition, the experimental results presented below are only representative of experimental results of the examples and comparative examples, and the effects of various embodiments of the present invention, which are not explicitly presented below, will be described in detail in the corresponding parts.

(실시예 1: 사다리형 폴리실세스퀴옥산의 합성(LPCSQ55))(Example 1: Synthesis of ladder-type polysilsesquioxane (LPCSQ55))

a) 증류수 1.2 g에 촉매인 탄산칼륨 0.01 g을 미리 용해시켜 테트라하이드로퓨란 2 g과 균일하게 20분 동안 교반하여 준비하였다.a) Prepared by dissolving 0.01 g of potassium carbonate as a catalyst in 1.2 g of distilled water in advance and uniformly stirring with 2 g of tetrahydrofuran for 20 minutes.

b) 디엔을 포함하는 유기 관능기 물질로 N-(3-트리메톡시실릴프로필)피롤(N-(3-Trimethoxysilylpropyl)pyrrole, Abcr, 95%) 0.04 mol과 디에노필을 포함하는 유기 관능기 물질로 2-(3-사이클로헥세닐)에틸트리메톡시실란(2-(3-Cyclohexenyl)ethyltrimethoxysilane, Abcr, 97%) 0.04 mol을 미리 준비하여 둔 상기 a)의 용액에 적가한 후 교반하였다. 적가가 완료 후부터 25 ℃의 온도에서 96시간 동안 반응시키고, 정제 방법으로는 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 톨루엔, 자일렌 등 물과 섞이지 않으며, 폴리실세스퀴옥산계 물질을 녹일 수 있는 용매들을 사용하여 분별 증류의 방법으로 정제함으로써 하기 화학식 1a로 표시되는 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 합성하였다.(단, Mw = 13,000 (polystyrene 기준), yield = 95%)b) 0.04 mol of N- (3-trimethoxysilylpropyl) pyrrole (N- (3-Trimethoxysilylpropyl) pyrrole, Abcr, 95%) as an organic functional material containing diene and 2 as an organic functional material containing dienophyll 0.04 mol of-(3-cyclohexenyl) ethyltrimethoxysilane (2- (3-Cyclohexenyl) ethyltrimethoxysilane, Abcr, 97%) was added dropwise to the solution of a) previously prepared and stirred. After the dropwise addition is completed, the mixture is reacted at a temperature of 25 ° C. for 96 hours, and the purification method is not mixed with water such as chloroform, methylene chloride, toluene, or xylene, and fractionated using solvents capable of dissolving polysilsesquioxane-based materials. By purification by distillation, a ladder type polysilsesquioxane represented by the following formula 1a was synthesized (however, Mw = 13,000 (based on polystyrene), yield = 95%).

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112019056915617-pat00014
Figure 112019056915617-pat00014

(실시예 2: 사다리형 폴리실세스퀴옥산의 합성(LPrPCSQ244))(Example 2: Synthesis of ladder-type polysilsesquioxane (LPrPCSQ244))

a) 실시예 1과 동일하게 실시하였다.a) It was carried out in the same manner as in Example 1.

b) 프로필트리메톡시실란(propyltrimethoxysilane) 0.016 mol, N-(3-트리메톡시실릴프로필)피롤 0.032 mol, 및 2-(3-사이클로헥세닐)에틸트리메톡시실란 0.032 mol을 미리 준비하여 둔 상기 a) 용액에 적가한 후 교반하였다. 적가가 완료 후부터 25 ℃의 온도에서 96시간 동안 반응을 진행한고, 반응이 완료된 후에는 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 톨루엔 및 자일렌 등의 물과 섞이지 않으며 폴리실세스퀴옥산계 물질을 녹일 수 있는 용매를 사용하여 분별 증류의 방법으로 정제함으로써 하기 화학식 1b로 표시되는 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 합성하였다.(단, Mw = 23,000 (polystyrene 기준), yield = 95%)b) 0.016 mol of propyltrimethoxysilane, 0.032 mol of N- (3-trimethoxysilylpropyl) pyrrole, and 0.032 mol of 2- (3-cyclohexenyl) ethyl trimethoxysilane prepared in advance The a) was added dropwise to the solution and stirred. After the dropwise addition was completed, the reaction was carried out for 96 hours at a temperature of 25 ° C., and after the reaction was completed, a solvent capable of dissolving the polysilsesquioxane-based material was not mixed with water such as chloroform, methylene chloride, toluene, and xylene. It was synthesized using a fractional distillation method to synthesize a ladder type polysilsesquioxane represented by the following formula 1b (however, Mw = 23,000 (based on polystyrene), yield = 95%).

[화학식 1b][Formula 1b]

Figure 112019056915617-pat00015
Figure 112019056915617-pat00015

(실시예 3: 사다리형 폴리실세스퀴옥산의 합성(LHPCSQ244))(Example 3: Synthesis of ladder-type polysilsesquioxane (LHPCSQ244))

상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 프로필트리메톡시실란 대신에 헥실트리메톡시실란(hexyltrimethoxysilane)을 사용하여 하기 화학식 1c로 표시되는 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 합성하였다.(단, Mw = 11,000 (polystyrene 기준), yield = 95%)The same procedure as in Example 2 was carried out, but instead of propyl trimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane was used to synthesize ladder-type polysilsesquioxane represented by the following Chemical Formula 1c (however, Mw = 11,000 (based on polystyrene), yield = 95%)

[화학식 1c][Formula 1c]

Figure 112019056915617-pat00016
Figure 112019056915617-pat00016

(실시예 4: 사다리형 폴리실세스퀴옥산의 합성(LDPCSQ244))(Example 4: Synthesis of ladder-type polysilsesquioxane (LDPCSQ244))

상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 프로필트리메톡시실란 대신에 도데실트리메톡시실란(dodecyltrimethoxysilane)을 사용하여 하기 화학식 1d로 표시되는 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 합성하였다.(단, Mw = 11,000 (polystyrene 기준), yield = 95%) Ladder-type polysilsesquioxane represented by the following Chemical Formula 1d was synthesized in the same manner as in Example 2, using dodecyltrimethoxysilane instead of propyltrimethoxysilane (however, Mw). = 11,000 (based on polystyrene), yield = 95%)

[화학식 1d][Formula 1d]

Figure 112019056915617-pat00017
Figure 112019056915617-pat00017

(실시예 5: 사다리형 폴리실세스퀴옥산의 합성 (LPAPCSQ244))(Example 5: Synthesis of ladder-type polysilsesquioxane (LPAPCSQ244))

상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 프로필트리메톡시실란 대신에 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란(3-acryloxypropyltrimethoxysilane)을 사용하여 하기 화학식 1e로 표시되는 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 합성하였다.(단, Mw = 13,000 (polystyrene 기준), yield = 95%) The same procedure as in Example 2 was carried out, but instead of propyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane was used to synthesize ladder-type polysilsesquioxane represented by the following Chemical Formula 1e. . (However, Mw = 13,000 (based on polystyrene), yield = 95%)

[화학식 1e][Formula 1e]

Figure 112019056915617-pat00018
Figure 112019056915617-pat00018

(실시예 6: 사다리형 폴리실세스퀴옥산의 합성 (LPGPCSQ244))(Example 6: Synthesis of ladder-type polysilsesquioxane (LPGPCSQ244))

상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 프로필트리메톡시실란 대신에 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)을 사용하여 하기 화학식 1f로 표시되는 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 합성하였다.(단, Mw = 12,000 (polystyrene 기준), yield = 95%) The same procedure as in Example 2 was carried out, but instead of propyl trimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane was used to synthesize ladder-type polysilsesquioxane represented by Chemical Formula 1f. (However, Mw = 12,000 (based on polystyrene), yield = 95%)

[화학식 1f][Formula 1f]

Figure 112019056915617-pat00019
Figure 112019056915617-pat00019

(실시예 7: 사다리형 폴리실세스퀴옥산의 합성 (LPCEPCSQ244))(Example 7: Synthesis of ladder-type polysilsesquioxane (LPCEPCSQ244))

상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 프로필트리메톡시실란 대신에 2-3-사이클로헥실에폭시에틸트리메톡시실란 (2-3-cyclohexylepoxyethyltrimethoxysilane)을 사용하여 하기 화학식 1g로 표시되는 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 합성하였다.(단, Mw = 10,000 (polystyrene 기준), yield = 95%) Performed in the same manner as in Example 2, using a 2-3-cyclohexyl epoxyethyltrimethoxysilane (2-3-cyclohexylepoxyethyltrimethoxysilane) instead of propyltrimethoxysilane, ladder-type polysilses represented by the following Chemical Formula 1g Quioxane was synthesized (however, Mw = 10,000 (based on polystyrene), yield = 95%).

[화학식 1g][Formula 1g]

Figure 112019056915617-pat00020
Figure 112019056915617-pat00020

(실시예 8 내지 11: 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 이용한 하이브리드 필름 제조)(Examples 8 to 11: Hybrid film production using ladder-type polysilsesquioxane)

실시예 1 내지 4의 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 테트라하이드로퓨란에 50 wt%로 녹여 투명한 용액을 만든 후, 상기 용액을 유리 기판 위에 드롭 캐스팅(Drop-casting)하고 하루 동안 상온에서 건조시킨 다음, 추가로 2시간 동안 40 ℃의 온도에서 진공 건조를 실시하여 50 ㎛두께를 갖는 하이브리드 필름을 제조하였다.After the polysilsesquioxane copolymers of Examples 1 to 4 were dissolved in tetrahydrofuran at 50 wt% to make a transparent solution, the solution was drop-casted onto a glass substrate and dried at room temperature for one day. , A hybrid film having a thickness of 50 μm was prepared by performing vacuum drying at a temperature of 40 ° C. for an additional 2 hours.

(실시예 12 내지 14: 경화시스템이 가능한 광경화/열적 자가치유 하이브리드 필름 제조)(Examples 12 to 14: Preparation of photocurable / thermal self-healing hybrid film capable of curing system)

(a) 2중 경화가 가능한 실시예 5 내지 7에 도입된 자가치유 가능한 실세스퀴옥산은 각각 테트라하이드로퓨란에 50 wt%로 녹여 투명한 용액을 만든 후, 실시예 5(LPAPCSQ244)는 광개시제 1-Hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone(Irgacure 184/Basf 사)를 고분자 대비 1wt%, 실시예 6(LPGPCSQ244) 및 실시예 7(LPCEPCSQ244)은 광개시제 (4-Methylphenyl) [4-(2-methylpropyl)phenyl] iodonium hexafluorophosphate(Irgacure 250/Basf 사)를 고분자 대비 3wt% 첨가하여 투명한 코팅액을 제조한다.(a) Self-healing silsesquioxane introduced in Examples 5 to 7 capable of double curing was dissolved in tetrahydrofuran at 50 wt%, respectively, to prepare a transparent solution, and Example 5 (LPAPCSQ244) was a photoinitiator 1- Hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone (Irgacure 184 / Basf) is 1 wt% of polymer, Example 6 (LPGPCSQ244) and Example 7 (LPCEPCSQ244) are photoinitiators (4-Methylphenyl) [4- (2-methylpropyl) phenyl] iodonium hexafluorophosphate (Irgacure 250 / Basf) was added 3 wt% of the polymer to prepare a transparent coating solution.

(b) 상기 용액을 유리 기판 위에 드롭 캐스팅(Drop-casting)하고 하루 동안 상온에서 건조시킨 다음, 추가로 2시간 동안 40 ℃의 온도에서 진공 건조를 실시하여 50 ㎛ 두께를 갖는 하이브리드 필름을 500 mJ/cm2 자외선 조사하여 2중 경화시스템이 가능한 광경화/열적 자가치유 하이브리드 필름을 제조하였다.(b) The solution was drop-casted onto a glass substrate, dried at room temperature for one day, and then vacuum dried at a temperature of 40 ° C. for 2 hours to obtain a hybrid film having a thickness of 50 μm 500 mJ. / cm 2 UV cured to prepare a photocurable / thermal self-healing hybrid film capable of a dual curing system.

(시험예 1: NMR, FT-IR 및 XRD 분석)(Test Example 1: NMR, FT-IR and XRD analysis)

실시예 1 내지 7의 사다리형 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 1H NMR, 29Si NMR 및 FT-IR 분석을 실시하였으며, 그 결과를 도 1 내지 3 및 8에 나타내었다.The ladder-type polysilsesquioxane copolymers of Examples 1 to 7 were subjected to 1 H NMR, 29 Si NMR and FT-IR analysis, and the results are shown in FIGS. 1 to 3 and 8.

도 1은 1H NMR 분석 결과를 나타낸 그래프이고, 도 2는 29Si NMR 분석 결과를 나타낸 그래프이며, 도 3은 FT-IR 분석 결과를 나타낸 그래프이고, 도 8은 XRD 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the results of 1 H NMR analysis, FIG. 2 is a graph showing the results of 29 Si NMR analysis, FIG. 3 is a graph showing the results of FT-IR analysis, and FIG. 8 is a graph showing the results of XRD.

도 1을 참조하면, 실시예의 폴리실세스퀴옥산 공중합체 구조를 나타낸 것으로 a-g로 표시된 각 구조의 피크를 확인할 수 있으며, 도 2를 참조하면 사다리형 구조를 갖는 alkyl-Si(OSi-)3의 피크를 확인할 수 있다.Referring to Figure 1, it can be seen the peak of each structure indicated by ag as showing the polysilsesquioxane copolymer structure of the embodiment, and referring to Figure 2 of the alkyl-Si (OSi-) 3 having a ladder structure The peak can be confirmed.

또한, 도 3를 참조하면 실시예 1 내지 7의 사다리형 실세스퀴옥산의 화학 작용기들을 나타내면 사다리형 실세스퀴옥산의 대표적인 2중 Si-O-Si 결합피크, n-pyrrole/ cyclohexenyl기를 나타나는 피크를 보여줬다. 도 8은 XRD 분석 결과로, 사다리형 실세스퀴옥산 고분자간 간격 또는 분자내 간격을 나타나며 LPrPCSQ244, LHPCSQ244 및 LDPCSQ244의 propyl, hexyl, dodecyl기의 길이가 길어질수록 사다리형 실세스퀴옥산 고분자간 간격이 커짐을 증명한다. In addition, referring to FIG. 3, when the chemical functional groups of the ladder-type silsesquioxanes of Examples 1 to 7 are shown, a peak showing a typical double Si-O-Si bond peak and an n-pyrrole / cyclohexenyl group of the ladder-type silsesquioxane Showed. FIG. 8 shows the results of XRD analysis, showing the interval between the ladder-type silsesquioxane polymers or the intramolecular interval, and the longer the propyl, hexyl, and dodecyl groups of LPrPCSQ244, LHPCSQ244 and LDPCSQ244, the longer the interval between ladder-type silsesquioxane polymers. Prove that it grows.

(시험예 2: TGA 및 DSC 분석)(Test Example 2: TGA and DSC analysis)

실시예 8 내지 11의 하이브리드 필름을 TGA 및 DSC로 분석하였으며, 그 결과를 도 4 및 5에 각각 나타내었다.The hybrid films of Examples 8 to 11 were analyzed by TGA and DSC, and the results are shown in FIGS. 4 and 5, respectively.

도 4는 TGA 분석 결과를 나타낸 그래프로, 500 ℃ 이상에서 무게 손실이 하기 70 내지 80%대로 나타났으며, 800 ℃의 온도까지 약 40% 이상의 무게 손실을 유지하는 것을 알 수 있다. 4 is a graph showing the results of the TGA analysis, and the weight loss at 500 ° C or higher was found to be 70 to 80% below, and it can be seen that the weight loss of about 40% or more was maintained up to a temperature of 800 ° C.

또한, DSC 분석 결과를 나타낸 그래프인 도 5에 따르면, Tg는 -50 내지 - 25 ℃의 온도로 유지됨을 확인하였다.In addition, according to FIG. 5, which is a graph showing DSC analysis results, it was confirmed that Tg was maintained at a temperature of -50 to -25 ° C.

(시험예 3: 하이브리드 필름의 투명성 분석)(Test Example 3: Analysis of the transparency of the hybrid film)

실시예 8 내지 11의 하이브리드 필름의 투명성을 UV-vis 분광법(Ultraviolet-visible spectroscopy)으로 분석하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. The transparency of the hybrid films of Examples 8 to 11 was analyzed by UV-vis spectroscopy, and the results are shown in FIG. 6.

도 6을 참조하면, 500 내지 800 nm에서 약 80 내지 100%의 광투과도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 6, it can be seen that the light transmittance of about 80 to 100% at 500 to 800 nm.

(시험예 4: 스크래치 테스트를 통한 하이브리드 필름의 자가-치유 여부 분석)(Test Example 4: Analysis of self-healing of hybrid film through scratch test)

실시예 8 내지 11의 하이브리드 필름에 대한 자가-치유 반응 가능성을 확인하기 위하여, 상기 하이브리드 필름을 90 ℃의 온도에서 2시간 동안 다이엘스-엘더 반응을 통해 경화시킨 후, ~100 ㎛ 크기의 스크래치를 내주었다. 그리고, 자가-치유 여부를 광학현미경으로 분석하였으며, 그 결과를 도 9 및 10에 나타내었다. 또한, 상기 경화된 하이브리드 필름을 FT-IR로 분석하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다. In order to confirm the possibility of self-healing reaction for the hybrid films of Examples 8 to 11, the hybrid film was cured through a Diels-Elder reaction for 2 hours at a temperature of 90 ° C., and then scratched to a size of ˜100 μm. Gave out. And, self-healing was analyzed by an optical microscope, and the results are shown in FIGS. 9 and 10. In addition, the cured hybrid film was analyzed by FT-IR, and the results are shown in FIG. 7.

도 9를 참조하면, 실시예 8 내지 11의 하이브리드 필름은 스크래치가 110 ℃의 온도에서 레트로 다이엘스-엘더 반응을 통해 5분 이내에 자가-치유되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be confirmed that the hybrid films of Examples 8 to 11 were self-healing within 5 minutes of the scratch through a retro dies-elder reaction at a temperature of 110 ° C.

또한, 상기 실시예 12 내지 14의 하이브리드 필름을 30분 동안 100 ℃의 온도에서 경화시켜 DA(Diels-Alder reaction) 가교가 가능함을 보여주고, 그 이후에 의도적인 스크래치를 낸 후에 120 ℃의 온도에서 10분 동안 열처리한 후, rDA(Retro Diels-Alder reaction)가 효과적으로 일어나 가교가 풀리는 현상을 FT-IR로 분석하였으며, 그 결과를 도 12에 나타내었다. 도 13은 상기 자가-치유 열처리 조건으로 DA 가교 후에 낸 스크래치가 없어지는 것을 광학현미경으로 확인한 이미지 결과이다. In addition, the hybrid films of Examples 12 to 14 were cured at a temperature of 100 ° C. for 30 minutes to show that DA (Diels-Alder reaction) crosslinking was possible, after which an intentional scratch was performed at a temperature of 120 ° C. After heat treatment for 10 minutes, rDA (Retro Diels-Alder reaction) effectively occurred and the phenomenon of crosslinking being solved was analyzed by FT-IR, and the results are shown in FIG. 12. Figure 13 is the result of the image confirmed by the optical microscope that scratches disappeared after DA crosslinking under the self-healing heat treatment conditions.

따라서, 본 발명의 여러 구현예에 따르면, 80 내지 100 ℃의 온도에서 가교 반응이 진행된 이후에 100 내지 120 ℃의 온도에서 수분 이내로 자가-치유(self-healing)가 가능한 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 제공할 수 있으며, 상기 폴리실세스퀴옥산 공중합체는 디엔과 디에노필이 공중합체 내에 함께 도입되어 단일 소재로의 응용이 가능하다.Therefore, according to various embodiments of the present invention, a polysilsesquioxane copolymer capable of self-healing within a few minutes at a temperature of 100 to 120 ° C. after a crosslinking reaction at a temperature of 80 to 100 ° C. In the polysilsesquioxane copolymer, diene and dienophyl are introduced together in the copolymer, and thus can be applied as a single material.

또한, 상기 자가-치유 기능을 갖는 폴리실세스퀴옥산 공중합체는 필름과 같은 하이브리드 소재에 적용시킬 경우, 내열성, 기계적 강도, 광투과도, 용해도 및 가공성의 물성이 현저히 향상되므로, 기체 분리막 이외에도 디스플레이 또는 자동차의 코팅 소재로도 폭넓게 응용이 가능하다.In addition, when the polysilsesquioxane copolymer having a self-healing function is applied to a hybrid material such as a film, the physical properties of heat resistance, mechanical strength, light transmittance, solubility and processability are significantly improved, and thus display or It can be widely applied as a coating material for automobiles.

Claims (9)

하기 화학식 1로 표시되는 자가-치유 기능을 갖는 폴리실세스퀴옥산 공중합체로,
[화학식 1]
Figure 112020023191978-pat00021

(상기 화학식 1에서 R1 내지 R4는 -R7-R8이고, R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소 또는 -R7-R8이고,
상기 R7은 탄소수 1 내지 6의 알킬기이며,
상기 R1 및 R2의 R8은 디에노필을 포함하는 유기 관능기이고,
상기 R3 및 R4의 R8은 디엔을 포함하는 유기 관능기이고,
상기 R5 및 R6의 R8은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 -OR9로 이루어진 그룹으로부터 선택되고,
상기 R9는 아크릴기, 에폭시기 및 에폭시사이클로헥실로 이루어진 그룹으로부터 선택되며,
상기 x= 1-10,000, y= 1-10,000, z= 1-10,000의 정수이다.)
상기 디엔을 포함하는 유기 관능기는 하기 화학식 2-1 내지 2-6으로 표시되는 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고,
상기 디에노필을 포함하는 유기 관능기는 하기 화학식 3-1 또는 3-2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 자가-치유 기능을 갖는 폴리실세스퀴옥산 공중합체.
[화학식 2-1]
Figure 112020023191978-pat00045

[화학식 2-2]
Figure 112020023191978-pat00046

[화학식 2-3]
Figure 112020023191978-pat00047

[화학식 2-4]
Figure 112020023191978-pat00048

[화학식 2-5]
Figure 112020023191978-pat00049

[화학식 2-6]
Figure 112020023191978-pat00050

[화학식 3-1]
Figure 112020023191978-pat00051

[화학식 3-2]
Figure 112020023191978-pat00052

(상기 화학식 2-1 내지 2-6과 상기 화학식 3-1 및 3-2에서 R1 내지 R6은 서로 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 30의 측쇄 또는 분쇄형의 치환 또는 비치환된 알킬기이거나, 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기이고,
상기 치환은 아민기 또는 하이드록실기의 작용기로 치환되는 것이다.)
A polysilsesquioxane copolymer having a self-healing function represented by the following Chemical Formula 1,
[Formula 1]
Figure 112020023191978-pat00021

(In Formula 1, R 1 to R 4 are -R 7 -R 8 , R 5 and R 6 are each independently hydrogen or -R 7 -R 8 ,
R 7 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
R 8 of R 1 and R 2 is an organic functional group containing dienophyl,
R 8 of R 3 and R 4 is an organic functional group containing diene,
R 8 of R 5 and R 6 is selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and -OR 9 ,
R 9 is selected from the group consisting of an acrylic group, an epoxy group and an epoxy cyclohexyl,
X = 1-10,000, y = 1-10,000, and z = 1-10,000.)
The organic functional group containing the diene is selected from the group consisting of compounds represented by the following Chemical Formulas 2-1 to 2-6,
The organic functional group containing the dienophyl is a polysilsesquioxane copolymer having a self-healing function, characterized in that the compound represented by the following formula 3-1 or 3-2.
[Formula 2-1]
Figure 112020023191978-pat00045

[Formula 2-2]
Figure 112020023191978-pat00046

[Formula 2-3]
Figure 112020023191978-pat00047

[Formula 2-4]
Figure 112020023191978-pat00048

[Formula 2-5]
Figure 112020023191978-pat00049

[Formula 2-6]
Figure 112020023191978-pat00050

[Formula 3-1]
Figure 112020023191978-pat00051

[Formula 3-2]
Figure 112020023191978-pat00052

(In Formulas 2-1 to 2-6 and in Formulas 3-1 and 3-2, R 1 to R 6 are the same or different from each other, and each independently hydrogen, a side chain of 1 to 30 carbon atoms, or a substituted or pulverized type. A substituted alkyl group or a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms,
The said substitution is substituted by the functional group of an amine group or a hydroxyl group.)
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 폴리실세스퀴옥산 공중합체는 수평균분자량(Mn)이 100 내지 100,000인 것을 특징으로 하는 자가-치유 기능을 갖는 폴리실세스퀴옥산 공중합체.
According to claim 1,
The polysilsesquioxane copolymer is a polysilsesquioxane copolymer having a self-healing function, characterized in that the number average molecular weight (Mn) is 100 to 100,000.
제1항에 있어서,
상기 폴리실시스퀴옥산 공중합체는 하기 화학식 중에 하나의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자가-치유 기능을 갖는 폴리실세스퀴옥산 공중합체:
[화학식 1a]
Figure 112019056915617-pat00024

[화학식 1b]
Figure 112019056915617-pat00025

[화학식 1c]
Figure 112019056915617-pat00026

[화학식 1d]
Figure 112019056915617-pat00027

[화학식 1e]
Figure 112019056915617-pat00028

[화학식 1f]
Figure 112019056915617-pat00029

[화학식 1g]
Figure 112019056915617-pat00030

According to claim 1,
The polysilsquioxane copolymer is a polysilsesquioxane copolymer having a self-healing function characterized by having one structure in the following formula:
[Formula 1a]
Figure 112019056915617-pat00024

[Formula 1b]
Figure 112019056915617-pat00025

[Formula 1c]
Figure 112019056915617-pat00026

[Formula 1d]
Figure 112019056915617-pat00027

[Formula 1e]
Figure 112019056915617-pat00028

[Formula 1f]
Figure 112019056915617-pat00029

[Formula 1g]
Figure 112019056915617-pat00030

제1항에 있어서,
상기 폴리실세스퀴옥산 공중합체는 80 내지 100 ℃의 온도에서 가교 반응이 일어난 후에 100 내지 120 ℃의 온도에서 자가-치유(self-healing)되는 것을 특징으로 하는 자가-치유 기능을 갖는 폴리실세스퀴옥산 공중합체.
According to claim 1,
The polysilsesquioxane copolymer is polysilses having a self-healing function, characterized in that it is self-healing at a temperature of 100 to 120 ° C after a crosslinking reaction occurs at a temperature of 80 to 100 ° C. Quioxane copolymer.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 포함하는 하이브리드 필름.
Hybrid film comprising the polysilsesquioxane copolymer according to any one of claims 1 and 3 to 5.
제6항에 있어서,
상기 하이브리드 필름은 500 내지 800 nm의 파장에서 80 내지 100%의 광투과도를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 필름.
The method of claim 6,
The hybrid film is a hybrid film characterized in that it has a light transmittance of 80 to 100% at a wavelength of 500 to 800 nm.
제6항에 있어서,
상기 하이브리드 필름의 두께는 1 nm 내지 500 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 하이브리드 필름.
The method of claim 6,
The hybrid film has a thickness of 1 nm to 500 μm.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 폴리실세스퀴옥산 공중합체를 포함하는 기체 분리막.A gas separation membrane comprising the polysilsesquioxane copolymer according to any one of claims 1 and 3 to 5.
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