KR20220075986A - Polyimide composite powder containing LCP powder and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본 발명은 LCP(액정 고분자) 분말을 포함하는 폴리이미드 복합 분말 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리이미드 분말 및 액정 고분자 분말을 포함하고, 액정 고분자 분말 함량은 총 중량대비 0.1 중량% 초과인 폴리이미드 복합 분말와 a) 다이안하이드라이드 및 다이아민을 포함하여 폴리아믹산을 제조하는 단계; 및 b) 상기 단계 a)의 폴리아믹산에 액정 고분자를 첨가하고 이미드화하는 단계를 포함하는 폴리이미드 복합 분말의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 LCP 분말을 특정 비율로 사용하고, 수계중합 사용함으로써, 기계적 특성을 저하시키지 않으면서 성형성이 개선가능하다. The present invention relates to a polyimide composite powder comprising an LCP (liquid crystal polymer) powder and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a polyimide powder and a liquid crystal polymer powder, wherein the liquid crystal polymer powder content is A polyimide composite powder of more than 0.1% by weight and a) preparing a polyamic acid including dianhydride and diamine; and b) adding a liquid crystal polymer to the polyamic acid of step a) and imidizing the polyimide composite powder. In the present invention, moldability can be improved without degrading mechanical properties by using LCP powder in a specific ratio and using water-based polymerization.
Description
본 발명은 LCP(액정 고분자) 분말을 포함하는 폴리이미드 복합 분말 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LCP 분말을 특정 비율로 혼합하고, 수계중합을 통해 폴리이미드 복합 분말을 제조함으로써, 기계적 특성을 저하시키지 않으면서 성형성이 개선된 폴리이미드 복합 분말 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polyimide composite powder comprising an LCP (liquid crystal polymer) powder and a method for manufacturing the same, and more particularly, by mixing the LCP powder in a specific ratio and preparing the polyimide composite powder through aqueous polymerization, The present invention relates to a polyimide composite powder having improved moldability without degrading properties, and a method for manufacturing the same.
고분자 성형은 플라스틱, 고무 등의 고분자 재료 물질로부터 성형품을 제조하는 물리적 처리에 관한 것으로, 고분자 재료에 열, 압력 등의 조건을 가하여 소정의 형상으로 부형하는 조작, 및 액상형태를 이용하여 열이나 압력을 이용하지 않고 부형하는 조작 모두를 포함하는 일련의 과정을 의미한다. 고분자 재료의 성형가공은 단계적으로는 1차성형(사출, 압출, 중공성형 등), 2차성형(열성형, 접합 등) 등으로 구분되고, 방법적으로는 압축성형, 압연성형, 사출성형, 진공성형, 중공성형, 발포성형, 섬유방사 등으로 구분된다. 고분자 성형은 일정한 품질의 제품을 가격경쟁력이 있도록 설계가 필요하며, 고분자의 성질이 알려져 있더라도 성형과정 중의 열, 압력 등의 조건에 의해 다양한 변화가 나타나고, 그에 따라 원하는 성질의 성형품을 곧바로 제조하는 것에 어려움이 있다.Polymer molding relates to a physical process for manufacturing a molded article from a polymer material such as plastic or rubber. It refers to a series of processes that include all manipulations of shaping without using The molding processing of polymer materials is divided into primary molding (injection, extrusion, blow molding, etc.) and secondary molding (thermoforming, bonding, etc.) It is divided into vacuum molding, blow molding, foam molding, and fiber spinning. Polymer molding requires designing a product of a certain quality to be cost-competitive, and even if the properties of the polymer are known, various changes appear due to conditions such as heat and pressure during the molding process, and accordingly, it is important to immediately manufacture a molded product with the desired properties. There are difficulties.
폴리이미드는 일반적으로 테트라카르복실산 또는 그 유도체와 방향족 디아민 또는 방향족 디이소시아네이트를 축중합 후, 이미드화하여 제조되는 고내열성 고분자를 일컫는다. 또한, 폴리이미드는 용매에 용해되지 않는 불용성과 가열에 의해 용융하지 않는 불융성을 가지며, 사용되는 단량체의 종류에 따라 여러 가지의 분자구조를 가질 수 있다. 일반적으로, 방향족 테트라카르복실산 유도체 성분으로서는 피로멜리트산 이무수물(PMDA) 또는 비페닐테트라카르복시산 이무수물(BPDA)을 사용하고 있고, 방향족 디아민 성분으로서는 옥시디아닐린(ODA) 또는 p-페닐렌 디아민(p-PDA)을 사용하여 축중합시켜 제조하고 있다. Polyimide generally refers to a high heat-resistant polymer produced by imidization after condensation polymerization of tetracarboxylic acid or a derivative thereof and aromatic diamine or aromatic diisocyanate. In addition, polyimide has insolubility that does not dissolve in a solvent and infusibility that does not melt by heating, and may have various molecular structures depending on the type of monomer used. In general, pyromellitic dianhydride (PMDA) or biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) is used as the aromatic tetracarboxylic acid derivative component, and oxydianiline (ODA) or p-phenylene diamine as the aromatic diamine component (p-PDA) is prepared by polycondensation.
폴리이미드는 고내열성 및 고강도를 가지고 있어, 자동차, 우수, 항공, 전기, 전자 부품의 용도로 다양한 연구가 이루어지고 있다. 폴리이미드는 반복 단위 내의 이미드 고리에 의해 불용성과 불융성을 가져, 전구체인 폴리아믹산 상태에서 가공하는 것이 일반적이며, 1962년 Du Pont사의 전방향족 폴리이미드 수지를 시작으로, 내열성, 내알칼리성, 치수안정성, 저흡수성 등을 변형 또는 개량한 폴리이미드, 예를 들면 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리에테르이미드 등이 공개되었다. Polyimide has high heat resistance and high strength, and thus various studies are being conducted for use in automobiles, rainwater, aviation, electrical and electronic components. Polyimide has insolubility and infusibility due to the imide ring in the repeating unit, so it is generally processed in the precursor polyamic acid state. Polyimides having modified or improved stability and low water absorption, for example, polyamideimide, polyetherimide, and the like have been disclosed.
폴리이미드 수지는 폴리이미드 단량체의 기계적 교반, 열적 이미드화 등의 비교적 간단한 방법에 의해 제조될 수 있다. 다만, 폴리이미드 성형품을 제조하기 위한 성형과정에서, 폴리이미드 수지는 성형성 및 가공성이 매우 떨어져 일반적인 고분자용 가공기기를 통해 성형품을 제조하는 데 어려움이 있다. 성형성 및 가공성을 극복하기 위한 노력의 일환으로, 폴리이미드 분말을 통해 성형품을 제조하기 위한 시도가 이루어지고 있다.The polyimide resin can be produced by a relatively simple method such as mechanical stirring of a polyimide monomer, thermal imidization, or the like. However, in the molding process for manufacturing a polyimide molded article, polyimide resin has very poor moldability and processability, so it is difficult to manufacture a molded article using a general polymer processing machine. In an effort to overcome moldability and processability, attempts have been made to manufacture molded articles through polyimide powder.
폴리이미드 분말은 폴리이미드 수지와 형태의 차이를 나타내, 일반적으로 알려진 가열, 용융 등의 성형 방법을 적용하기 어렵다. 또한, 분말을 통한 성형품 제조는 분말의 비표면적, 이미드화도, 결정화도, 분자량, 입자크기 등의 다양한 요인에 의해 영향을 받으며, 각 조건의 조화가 필수적이다. 따라서, 일반적으로는 폴리이미드 수지를 통해 성형품을 제조하고 있으며, 폴리이미드 분말을 통해 성형품을 제조하기 위해서는 별도의 연구가 필요하다.Polyimide powder exhibits a difference in shape from polyimide resin, making it difficult to apply commonly known molding methods such as heating and melting. In addition, the production of molded products through powder is affected by various factors such as specific surface area, imidization, crystallinity, molecular weight, and particle size of the powder, and harmony of each condition is essential. Therefore, in general, a molded article is manufactured using a polyimide resin, and a separate study is required to manufacture a molded article using a polyimide powder.
이와 관련하여, 미국 등록특허 제9,469,048호에서 3,3′4,4′-비페닐테트라카르복실산 이무수물 및 피로멜리트산 이무수물의 혼합물과 p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 및 4,4’-디아미노디페닐에테르의 혼합물을 통해 제조된 폴리이미드 분말 및 폴리이미드 성형체가 개시된 바 있고, 미국등록특허 7,758,781호에서 지방족 디아민과 테트라카르복실산의 중합에 의해 형성되는 폴리이미드 미립자와 이를 건식 블렌딩하고 압축 성형하여 제조된 성형품이 개시된 바 있다. 또한, 대한민국등록특허 제1,987,511호에서 지방족 디아민 및 방향족 테트라카르복실산을 통해 제조되며 반결정질, 반방향족인 열가소성 폴리이미드 분말이 개시된바 있다. 다만, 이러한 노력에도 불구하고 폴리이미드 분말은 유전 특성이 낮아 소재 부품으로의 적용이 어려운 점이 있고, 분산성이 낮아 성형 및 가공이 어렵다는 문제와 성형 및 가공 문제를 해결하기 위한 과정에서 기계적 특성이 하락된다는 문제도 여전히 남아 있다.In this regard, in US Patent No. 9,469,048, a mixture of 3,3'4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride and pyromellitic dianhydride and p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, and 4 A polyimide powder and a polyimide molded product prepared through a mixture of 4'-diaminodiphenyl ether have been disclosed, and in US Patent No. 7,758,781, polyimide fine particles formed by polymerization of aliphatic diamine and tetracarboxylic acid and A molded article prepared by dry blending and compression molding thereof has been disclosed. In addition, Korean Patent No. 1,987,511 discloses a semi-crystalline, semi-aromatic thermoplastic polyimide powder prepared by using an aliphatic diamine and an aromatic tetracarboxylic acid. However, despite these efforts, polyimide powder has low dielectric properties, making it difficult to apply it to material parts, and due to its low dispersibility, it is difficult to form and process, and the mechanical properties are lowered in the process to solve the problem of molding and processing. The issue of becoming is still there.
이에 본 발명자는 폴리이미드 분말을 제조하는 과정에서 LCP 분말을 포함하여 폴리이미드 복합 분말을 제조한 결과, 폴리이미드 성형품이 우수한 기계적 강도를 가지면서, 성형성이 개선되었다는 점을 밝혀 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors completed the present invention by finding that the polyimide composite powder including the LCP powder was prepared in the process of preparing the polyimide powder, and the moldability was improved while the polyimide molded article had excellent mechanical strength. .
본 발명은 기존의 폴리이미드 분말은 분산성이 낮아 성형품의 제조가 어렵다는 문제가 있고, 이를 개선하기 위하여 타 필러 사용하는 경우 분산성이 개선되지 않거나 기계적 특성이 유지되지 않는다는 문제를 해결하고자 한다.The present invention intends to solve the problem that the conventional polyimide powder has low dispersibility, making it difficult to manufacture a molded article.
본 발명은 폴리이미드 분말 및 액정 고분자 분말을 포함하고, 액정 고분자 분말 함량은 총 중량대비 0.1 중량% 초과인, 폴리이미드 복합 분말을 제공한다.The present invention provides a polyimide composite powder comprising a polyimide powder and a liquid crystal polymer powder, wherein the liquid crystal polymer powder content is greater than 0.1 wt% based on the total weight.
본 발명의 일 양태에서, 상기 액정 고분자 분말 함량은 총 중량대비 0.1 중량% 초과, 40 중량% 미만일 수 있다.In one aspect of the present invention, the content of the liquid crystal polymer powder may be greater than 0.1% by weight and less than 40% by weight relative to the total weight.
본 발명의 일 양태에서, 상기 액정 고분자 분말 함량은 총 중량대비 10 중량% 내지 30 중량%일 수 있다.In one aspect of the present invention, the content of the liquid crystal polymer powder may be 10% to 30% by weight based on the total weight.
또한, 본 발명은 a) 다이안하이드라이드 및 다이아민을 포함하여 폴리아믹산을 제조하는 단계; 및 b) 상기 단계 a)의 폴리아믹산에 액정 고분자를 첨가하고 이미드화하는 단계;를 포함하는 폴리이미드 복합 분말의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of a) preparing a polyamic acid including dianhydride and diamine; And b) adding a liquid crystal polymer to the polyamic acid of step a) and imidizing it; provides a method for producing a polyimide composite powder comprising a.
또한, 상기 폴리이미드 복합 분말을 소결하는 단계를 포함하여 제조된 폴리이미드 성형품을 제공한다.In addition, there is provided a polyimide molded article prepared including the step of sintering the polyimide composite powder.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)는 증류수를 용매로 하여 폴리아믹산을 제조하는 것을 특징으로 한다.In one aspect of the present invention, step a) is characterized in that the polyamic acid is prepared using distilled water as a solvent.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)는 0 내지 150 ℃의 온도조건 및 0.1 내지 10 bar의 압력조건에서 5분 내지 4 시간 교반하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, step a) may be stirred for 5 minutes to 4 hours under a temperature condition of 0 to 150 ℃ and a pressure condition of 0.1 to 10 bar.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)에서 다이안하이드라이드는 하기 화학식 1의 다이안하이드라이드일 수 있다.In one aspect of the present invention, the dianhydride in step a) may be a dianhydride of Formula 1 below.
<화학식 1><Formula 1>
상기 화학식 1에서 R1은 아래의 화학구조In Formula 1, R 1 is the following chemical structure
로 이루어지는 군에서 선택된다.is selected from the group consisting of
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)에서 다이아민은 하기 화학식 2의 다이아민일 수 있다.In one aspect of the present invention, the diamine in step a) may be a diamine of Formula 2 below.
<화학식 2><Formula 2>
상기 화학식 2에서 R2는 아래의 화학구조In Formula 2, R 2 is the following chemical structure
로 이루어진 군에서 선택된다.is selected from the group consisting of
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 b)의 액정 고분자는 분말 형태인 것을 특징으로 한다.In one aspect of the present invention, the liquid crystal polymer of step b) is characterized in that it is in the form of a powder.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 b)의 액정 고분자는 폴리아믹산 및 액정 고분자 총합 중량 대하여 0.1 중량% 초과, 40 중량% 미만일 수 있다.In one aspect of the present invention, the amount of the liquid crystal polymer in step b) may be greater than 0.1% by weight and less than 40% by weight based on the total weight of the polyamic acid and the liquid crystal polymer.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 b)의 액정 고분자는 폴리아믹산 및 액정 고분자 총합 중량 대하여 10 내지 30 중량%일 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, the liquid crystal polymer in step b) may be 10 to 30 wt% based on the total weight of the polyamic acid and the liquid crystal polymer.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 b)에서 이미드화는 150 내지 400 ℃의 온도조건 및 10 내지 300 bar의 압력조건에서 5분 내지 10 시간 교반하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the imidization in step b) may be stirring for 5 minutes to 10 hours under a temperature condition of 150 to 400 ℃ and a pressure condition of 10 to 300 bar.
본 발명의 일 양태에서, 상기 제조방법에 의해 제조된 폴리이미드 복합 분말을 제공하고, 상기 폴리이미드 복합 분말은 100 ℃ 내지 550 ℃의 온도조건에서, 1시간 내지 5시간 소결하는 단계를 포함하여 성형품의 제조가 가능하다.In one aspect of the present invention, there is provided a polyimide composite powder prepared by the above manufacturing method, wherein the polyimide composite powder is sintered at a temperature of 100° C. to 550° C. for 1 hour to 5 hours. can be manufactured.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 상기 폴리이미드 복합 분말은 50 Mpa 이상의 인장강도를 갖는 성형품의 제조가 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, in one aspect of the present invention, the polyimide composite powder is characterized in that it is possible to manufacture a molded article having a tensile strength of 50 Mpa or more.
본 발명에 따른 폴리이미드 복합 분말 및 이의 제조방법은 LCP(액정 고분자) 분말을 사용하여, 종래 필러와 달리 폴리이미드 분말의 분산성이 개선되면서도 우수한 기계적 특성이 유지된다는 이점이 있다.The polyimide composite powder and its manufacturing method according to the present invention use LCP (liquid crystal polymer) powder, and unlike conventional fillers, there is an advantage in that the dispersibility of the polyimide powder is improved while excellent mechanical properties are maintained.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
폴리이미드 분말 및 액정 고분자 분말을 포함하고, 액정 고분자 분말 함량은 총 중량대비 0.1 중량% 초과인, 폴리이미드 복합 분말에 관한 것이다.It relates to a polyimide composite powder comprising a polyimide powder and a liquid crystal polymer powder, wherein the liquid crystal polymer powder content is greater than 0.1% by weight relative to the total weight.
또한, 본 발명은 a) 다이안하이드라이드 및 다이아민을 포함하여 폴리아믹산을 제조하는 단계; 및 b) 상기 단계 a)의 폴리아믹산에 액정 고분자를 첨가하고 이미드화하는 단계;를 포함하는 폴리이미드 복합 분말의 제조방법에 관한 것이다.In addition, the present invention comprises the steps of a) preparing a polyamic acid including dianhydride and diamine; and b) adding a liquid crystal polymer to the polyamic acid of step a) and imidizing the polyamic acid.
또한, 본 발명은 상기 폴리이미드 복합 분말을 소결하는 단계를 포함하여 제조된 폴리이미드 성형품에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a polyimide molded article prepared including the step of sintering the polyimide composite powder.
본 발명에서, 액정 고분자는 용융 시 액정성을 보이는 열가소성 플라스틱을 의미하는 것으로, 이에 한정되는 것은 아니나 폴리에스테르계 액정, 폴리에스테르아미드계 액정 등을 포함한다. 본 발명에서, 상기 액정 고분자는 전방향족 폴리에스테르계 액정일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. In the present invention, the liquid crystal polymer refers to a thermoplastic plastic exhibiting liquid crystallinity when melted, and includes, but is not limited to, a polyester-based liquid crystal, a polyesteramide-based liquid crystal, and the like. In the present invention, the liquid crystal polymer may be a wholly aromatic polyester liquid crystal, but is not limited thereto.
본 발명의 일 양태에서, 상기 액정 고분자 분말 함량은 총 중량대비 0.1 중량% 초과, 40 중량% 미만일 수 있다.In one aspect of the present invention, the content of the liquid crystal polymer powder may be greater than 0.1% by weight and less than 40% by weight relative to the total weight.
구체적으로, 본 발명에서 상기 액정 고분자 분말 함량은 총 중량대비 0.5 내지 38 중량%, 1 내지 33 중량%, 2 내지 38 중량%, 3 내지 37 중량%, 4 내지 36 중량%, 5 내지 35 중량%, 5.5 내지 34.5 중량%, 6 내지 34 중량%, 6.5 내지 33.5 중량%, 7 내지 33 중량%, 7.5 내지 32.5 중량%, 8 내지 32 중량%, 8.5 내지 31.5 중량%, 9 내지 31 중량%, 9.5 내지 30.5 중량%, 10 내지 30 중량%일 수 있다.Specifically, in the present invention, the liquid crystal polymer powder content is 0.5 to 38% by weight, 1 to 33% by weight, 2 to 38% by weight, 3 to 37% by weight, 4 to 36% by weight, 5 to 35% by weight relative to the total weight , 5.5-34.5 wt%, 6-34 wt%, 6.5-33.5 wt%, 7-33 wt%, 7.5-32.5 wt%, 8-32 wt%, 8.5-31.5 wt%, 9-31 wt%, 9.5 to 30.5% by weight, 10 to 30% by weight.
본 발명에서, 액정 고분자 분말의 함량이 상기 중량부 범위에 해당하는 경우, 폴리이미드의 우수한 기계적 강도를 유지하면서 성형성이 개선된 효과를 가진다. 이에 따라 성형 시, 파단되지 않고 소성변형이 용이하다.In the present invention, when the content of the liquid crystal polymer powder falls within the range by weight, the moldability is improved while maintaining excellent mechanical strength of the polyimide. Accordingly, during molding, it is not fractured and plastic deformation is easy.
본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 폴리이미드 복합 분말은 전 방향족 폴리이미드, 부분 지환족 폴리이미드, 또는 전지환족 폴리이미드일 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 폴리이미드 복합 분말은 전 방향족인 경우에도 기계적 특성을 유지하며 성형성이 개선된 우수한 효과가 있다.The polyimide composite powder prepared according to an embodiment of the present invention may be a wholly aromatic polyimide, a partially alicyclic polyimide, or a wholly cyclic polyimide. However, the polyimide composite powder prepared by the manufacturing method according to the present invention has an excellent effect of maintaining mechanical properties and improving moldability even in the case of wholly aromatics.
본 발명의 일 양태에서, 상기 폴리이미드 복합 분말은 100 ℃ 내지 550 ℃의 온도조건에서, 1시간 내지 5시간 소결하는 단계를 포함하여 성형품의 제조가 가능할 수 있다.In one aspect of the present invention, the polyimide composite powder may be manufactured at a temperature of 100° C. to 550° C., including sintering for 1 hour to 5 hours.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 상기 폴리이미드 복합 분말은 50 Mpa이상의 인장강도를 갖는 성형품의 제조가 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, in one aspect of the present invention, the polyimide composite powder is characterized in that it is possible to manufacture a molded article having a tensile strength of 50 Mpa or more.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)는 증류수를 용매로 하여 폴리아믹산을 제조하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 증류수를 용매로 하여 액정 고분자의 용해가 용이하며, 폴리이미드 복합 분말을 제조한 후에는 폐기용매가 발생하지 않아 잔류용매 제거 후에도 기계적 특성의 저하가 발생하지 않는다.In one aspect of the present invention, step a) is characterized in that the polyamic acid is prepared using distilled water as a solvent. In the present invention, it is easy to dissolve the liquid crystal polymer by using distilled water as a solvent, and since no waste solvent is generated after the polyimide composite powder is prepared, the mechanical properties do not deteriorate even after the residual solvent is removed.
본 발명에서 상기 증류수는 문언적 의미의 증류수만을 의미하는 것이 아니라, 증류수 이외에도, 탈이온수, 수돗물 등의 어떠한 상태의 물을 사용하더라도 무관하다. 또한, 증류수의 양은 다이안하이드라이드 및 다이아민의 양에 따라 적절히 조절될 수 있다. In the present invention, the distilled water does not mean only distilled water in a literal sense, and it does not matter whether water in any state, such as deionized water or tap water, is used in addition to distilled water. In addition, the amount of distilled water may be appropriately adjusted according to the amount of dianhydride and diamine.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)에서 다이안하이드라이드 화합물을 기준으로 하여, 다이안하이드라이드 화합물 100 중량부, 다이아민 80 내지 120 중량부 및 혼합용매 1000 내지 1200 중량부를 사용하여 폴리아믹산을 제조할 수 있다. 해당 중량부 범위에서 증류수를 용매로 하여 단량체 염을 형성할 수 있다.In one aspect of the present invention, based on the dianhydride compound in step a), 100 parts by weight of the dianhydride compound, 80 to 120 parts by weight of the diamine, and 1000 to 1200 parts by weight of a mixed solvent to prepare a polyamic acid can do. A monomer salt may be formed by using distilled water as a solvent in the range of parts by weight.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)는 0 내지 150 ℃의 온도조건 및 0.1 내지 10 bar의 압력조건에서 5분 내지 4 시간 교반하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, step a) may be stirred for 5 minutes to 4 hours under a temperature condition of 0 to 150 ℃ and a pressure condition of 0.1 to 10 bar.
구체적으로, 상기 단계 a)에서 온도는 30 내지 130 ℃, 50 내지 120 ℃, 60 내지 100 ℃일 수 있다. 또한, 상기 단계 a)에서 압력은 0.2 내지 8 bar, 0.3 내지 6 bar, 0.5 내지 5 bar일 수 있다. 또한, 상기 단계 a)에서 시간은 10분 내지 3.5시간, 30분 내지 3시간 일 수 있다. 상기 온도, 압력 및 시간 조건에서 이미드화가 곧바로 이뤄지지 않아 폴리아믹산 염을 제조할 수 있다.Specifically, the temperature in step a) may be 30 to 130 ℃, 50 to 120 ℃, 60 to 100 ℃. In addition, the pressure in step a) may be 0.2 to 8 bar, 0.3 to 6 bar, 0.5 to 5 bar. In addition, the time in step a) may be 10 minutes to 3.5 hours, 30 minutes to 3 hours. Imidization is not performed immediately under the above temperature, pressure and time conditions, so that a polyamic acid salt can be prepared.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)에서 다이안하이드라이드는 하기 화학식 1의 다이안하이드라이드일 수 있다.In one aspect of the present invention, the dianhydride in step a) may be a dianhydride of Formula 1 below.
<화학식 1><Formula 1>
상기 화학식 1에서 R1은 아래의 화학구조In Formula 1, R 1 is the following chemical structure
로 이루어지는 군에서 선택된다.is selected from the group consisting of
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 a)에서 다이아민은 하기 화학식 2의 다이아민일 수 있다.In one aspect of the present invention, the diamine in step a) may be a diamine of Formula 2 below.
<화학식 2><Formula 2>
상기 화학식 2에서 R2는 아래의 화학구조In Formula 2, R 2 is the following chemical structure
로 이루어진 군에서 선택된다.is selected from the group consisting of
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 b)의 액정 고분자는 분말 형태인 것을 특징으로 한다.In one aspect of the present invention, the liquid crystal polymer of step b) is characterized in that it is in the form of a powder.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 b)의 액정 고분자는 폴리아믹산 및 액정 고분자 총합 중량 대하여 0.1 중량% 초과, 40 중량% 미만일 수 있다.In one aspect of the present invention, the amount of the liquid crystal polymer in step b) may be greater than 0.1% by weight and less than 40% by weight based on the total weight of the polyamic acid and the liquid crystal polymer.
구체적으로, 본 발명에서 상기 액정 고분자 분말 함량은 총 중량대비 0.5 내지 38 중량%, 1 내지 33 중량%, 2 내지 38 중량%, 3 내지 37 중량%, 4 내지 36 중량%, 5 내지 35 중량%, 5.5 내지 34.5 중량%, 6 내지 34 중량%, 6.5 내지 33.5 중량%, 7 내지 33 중량%, 7.5 내지 32.5 중량%, 8 내지 32 중량%, 8.5 내지 31.5 중량%, 9 내지 31 중량%, 9.5 내지 30.5 중량%, 10 내지 30 중량%일 수 있다.Specifically, in the present invention, the liquid crystal polymer powder content is 0.5 to 38% by weight, 1 to 33% by weight, 2 to 38% by weight, 3 to 37% by weight, 4 to 36% by weight, 5 to 35% by weight relative to the total weight , 5.5-34.5 wt%, 6-34 wt%, 6.5-33.5 wt%, 7-33 wt%, 7.5-32.5 wt%, 8-32 wt%, 8.5-31.5 wt%, 9-31 wt%, 9.5 to 30.5% by weight, 10 to 30% by weight.
본 발명에서 액정 고분자는 강직한 고분자 구조를 가지며, 폴리아믹산 염 상태에서 액정 고분자와 조합됨에 따라 고분자의 구조를 변화시켜 폴리이미드 분말의 성형성이 개선될 수 있다. 구체적으로, 액정 고분자는 전방향족 타입의 액정 고분자로 인해 폴리이미드 구조와 결합하여 고분자 구조를 변화시키면서 일정한 인장강도를 유지할 수 있고, 액정 고분자의 낮은 성형 수축률, 선팽창률로 인해 폴리이미드 분말의 성형성을 개선할 수 있다.In the present invention, the liquid crystal polymer has a rigid polymer structure, and the formability of the polyimide powder can be improved by changing the structure of the polymer as it is combined with the liquid crystal polymer in the polyamic acid salt state. Specifically, the liquid crystal polymer can maintain a constant tensile strength while changing the polymer structure by combining with the polyimide structure due to the wholly aromatic type liquid crystal polymer, and the moldability of polyimide powder due to the low molding shrinkage and linear expansion of the liquid crystal polymer can be improved
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 b)에서 이미드화는 150 내지 400 ℃의 온도조건 및 10 내지 300 bar의 압력조건에서 5분 내지 10 시간 교반하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the imidization in step b) may be stirring for 5 minutes to 10 hours under a temperature condition of 150 to 400 ℃ and a pressure condition of 10 to 300 bar.
구체적으로, 상기 단계 b)에서 온도는 160 내지 250 ℃, 170 내지 240 ℃, 180 내지 220 ℃일 수 있다. 반응온도가 150℃ 미만이면 반응속도가 지나치게 저하될 수 있고, 반응온도가 400℃를 초과하게 되면 단량체 또는 고분자의 열 분해가 진행될 수 있다. Specifically, the temperature in step b) may be 160 to 250 ℃, 170 to 240 ℃, 180 to 220 ℃. If the reaction temperature is less than 150 ℃, the reaction rate may be excessively reduced, and if the reaction temperature exceeds 400 ℃, thermal decomposition of the monomer or polymer may proceed.
또한, 상기 단계 b)에서 압력은 10 내지 300 bar, 10 내지 100 bar, 10 내지 80 bar일 수 있다. 반응압력이 10 bar 미만이면 반응성을 제어하기 어렵고, 반응압력이 300 bar을 초과하게 되면 고분자량의 폴리이미드 복합 분말을 얻기 어려울 수 있다.In addition, the pressure in step b) may be 10 to 300 bar, 10 to 100 bar, 10 to 80 bar. When the reaction pressure is less than 10 bar, it is difficult to control the reactivity, and when the reaction pressure exceeds 300 bar, it may be difficult to obtain a high molecular weight polyimide composite powder.
또한, 상기 단계 a)에서 시간은 10분 내지 10시간, 10분 내지 5시간 일 수 있다. 반응시간이 5분 미만이면 반응이 잘 진행되지 않으며, 반응시간이 10시간을 초과하게 되면 고분자의 가수분해가 일어날 수 있다.In addition, the time in step a) may be 10 minutes to 10 hours, 10 minutes to 5 hours. If the reaction time is less than 5 minutes, the reaction does not proceed well, and if the reaction time exceeds 10 hours, hydrolysis of the polymer may occur.
또한, 본 발명에서 상기 단계 b) 이후 여과 및 건조하는 단계를 더 포함하여 폴리이미드 복합 분말을 제조할 수 있다. In addition, in the present invention, it is possible to prepare a polyimide composite powder by further including the steps of filtration and drying after step b).
본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 폴리이미드 복합 분말은 상기 소결하는 단계를 포함하여 압축성형, 사출성형, 슬러시 성형, 중공성형, 압출성형 또는 방적 방법을 통한 성형품의 제조가 가능하다.The polyimide composite powder prepared according to an embodiment of the present invention can be manufactured through compression molding, injection molding, slush molding, blow molding, extrusion molding or spinning method, including the step of sintering.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 폴리이미드 복합 분말은 성형성 및 인장강도가 개선되어 우주, 항공, 전기/전자, 반도체, 투명/유연 디스플레이, 액정 배향막, 자동차, 정밀기기, 패키징, 의료용 소재, 분리막, 연료전지 및 2차전지 등 광범위한 산업분야에 이용될 수 있다.In addition, the polyimide composite powder prepared according to an embodiment of the present invention has improved formability and tensile strength, so that space, aviation, electricity/electronics, semiconductors, transparent/flexible displays, liquid crystal alignment films, automobiles, precision devices, packaging, It can be used in a wide range of industrial fields such as medical materials, separators, fuel cells and secondary batteries.
이하에서는, 본 발명에 따른 폴리이미드 복합 분말의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 폴리이미드 복합 분말의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다. 다만 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the method for producing the polyimide composite powder according to the present invention and the physical properties of the polyimide composite powder prepared through the production method will be described with reference to Examples. However, it is not limited by the following examples.
<실시예 1> 전 방향족 폴리이미드 복합 분말의 제조<Example 1> Preparation of wholly aromatic polyimide composite powder
증류수 255 g을 5구 비커형 반응조에 넣고 계량한 뒤, 피로멜리틱 디안하이드라이드(pyromellitic dianhydride, PMDA) 23.46 g를 첨가하고 고속교반기를 통해 교반하여 용해시켜 테트라카르복실산(tetracarboxylic acid) 형태로 변환시켰다(70 ℃, 1시간). 이 후, 4,4′-옥시디아닐린(4,4′-oxydianiline, ODA) 21.54 g을 첨가하여 70 ℃에서 2시간동안 반응시켜, 단량체 염을 합성하였다. 이 때 단량체 염의 농도는 15 중량 %였고, 고형분은 ~15 중량%였다.255 g of distilled water is placed in a 5-neck beaker-type reactor and weighed. Then, 23.46 g of pyromellitic dianhydride (PMDA) is added and dissolved by stirring through a high-speed stirrer to form tetracarboxylic acid. Transform (70° C., 1 h). Thereafter, 21.54 g of 4,4′-oxydianiline (ODA) was added and reacted at 70° C. for 2 hours to synthesize a monomer salt. The concentration of the monomer salt at this time was 15% by weight and the solids content was -15% by weight.
형성된 단량체 염의 혼합물에 분말 상태의 액정 고분자(Liquid Crystal Polymer, LCP) 5.00 g을 첨가하고, 고온·고압 반응기의 압력을 12-15 bar으로 설정하고, 온도 190 ℃로 6 시간동안 교반하였다. 이 후, 폴리이미드 복합 분말 현탁액을 증류수로 세척해주면서 감압여과를 실시하여, 폴리이미드 복합 분말을 수득하였다.5.00 g of liquid crystal polymer (LCP) in a powder state was added to the resulting mixture of monomer salts, the pressure of the high-temperature/high-pressure reactor was set to 12-15 bar, and the mixture was stirred at a temperature of 190° C. for 6 hours. Thereafter, the polyimide composite powder suspension was filtered under reduced pressure while washing with distilled water to obtain a polyimide composite powder.
<실시예 2> 전 방향족 폴리이미드 복합 분말의 제조<Example 2> Preparation of wholly aromatic polyimide composite powder
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 액정 고분자를 11.25 g 사용하여 폴리이미드 복합 분말을 제조하였다.A polyimide composite powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that 11.25 g of liquid crystal polymer was used.
<실시예 3> 전 방향족 폴리이미드 복합 분말의 제조<Example 3> Preparation of wholly aromatic polyimide composite powder
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 액정 고분자를 19.29 g 사용하여 폴리이미드 복합 분말을 제조하였다.A polyimide composite powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that 19.29 g of liquid crystal polymer was used.
<비교예 1> 액정 고분자를 포함하지 않은 폴리이미드 분말 제조<Comparative Example 1> Preparation of polyimide powder without liquid crystal polymer
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 액정 고분자를 포함하지 않고, 폴리이미드 분말을 제조하였다.A polyimide powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that the liquid crystal polymer was not included.
<비교예 2> 액정 고분자 분말 함량을 달리한 폴리이미드 복합 분말 제조<Comparative Example 2> Preparation of polyimide composite powder with different liquid crystal polymer powder content
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 액정 고분자를 0.045 g 사용하여 폴리이미드 복합 분말을 제조하였다.A polyimide composite powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.045 g of liquid crystal polymer was used.
<비교예 3> 액정 고분자 분말 함량을 달리한 폴리이미드 복합 분말 제조<Comparative Example 3> Preparation of polyimide composite powder with different liquid crystal polymer powder content
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 액정 고분자를 30.00 g 사용하여 폴리이미드 복합 분말을 제조하였다.A polyimide composite powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that 30.00 g of liquid crystal polymer was used.
<평가><Evaluation>
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3을 통해 제조된 폴리이미드 복합 분말 또는 폴리이미드 분말을 각각 2 g씩 ASTM D1708 규격시편 몰드를 이용하여 96000 psi 압력하에서, 압축성형한 후 질소분위기 하에서 100 ℃에서 1시간, 250 ℃에서 1시간, 450 ℃에서 1시간 가열 및 소결하여 시편 10개를 제조하였다.2 g of each of the polyimide composite powders or polyimide powders prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were compression molded under a pressure of 96000 psi using an ASTM D1708 standard specimen mold, followed by 100 under a nitrogen atmosphere. 10 specimens were prepared by heating and sintering at °C for 1 hour, at 250 °C for 1 hour, and at 450 °C for 1 hour.
상기 과정을 통해 제조된 시편의 인장강도를 측정하여 하기 표 1을 통해 나타냈다. 시편의 인장강도는 인스론사 5564 UTM을 이용하여 ASTM D1708 규격에 따라 측정하였다.The tensile strength of the specimen prepared through the above process was measured and shown in Table 1 below. The tensile strength of the specimen was measured according to ASTM D1708 standard using Inslon's 5564 UTM.
(중량%)LCP Powder
(weight%)
(Mpa)The tensile strength
(Mpa)
(성형성 O: 복합분말을 100 mm × 100 mm × 10 mm 몰드를 이용하여 압축성형하였을 때, 성형이 되는 경우에 성형성을 O로 평가하였다.(Formability O: When the composite powder was compression molded using a 100 mm × 100 mm × 10 mm mold, moldability was evaluated as O when molding was performed.
성형성 X: 상기 압축성형과 동일하게 진행하여, 성형이 되지 않는 경우에 성형성을 X로 평가하였다.)Moldability X: Proceeded in the same manner as the above compression molding, and when molding was not performed, moldability was evaluated as X.)
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 폴리이미드 복합 분말은 성형성이 우수하며, 이를 통해 제조된 성형품은 인장강도가 우수한 것으로 나타났다.As shown in Table 1, the polyimide composite powders prepared according to Examples 1 to 3 of the present invention had excellent moldability, and the molded articles manufactured through this had excellent tensile strength.
LCP 분말을 포함하지 않은 비교예 1, LCP 분말을 0.1 중량%로 포함한 비교예 2의 경우 성형성이 현저하게 낮아 성형품이 제조되지 않는 것을 확인하였고, LCP 분말을 40 중량% 포함한 비교예 3의 경우 인장강도가 현저히 낮아지는 것을 확인하였다.In Comparative Example 1 without LCP powder and Comparative Example 2 including 0.1 wt% of LCP powder, it was confirmed that a molded article was not manufactured due to remarkably low formability, and in Comparative Example 3 containing 40 wt% of LCP powder It was confirmed that the tensile strength was significantly lowered.
따라서, 본 발명에 따른 폴리이미드 복합 분말의 제조방법은, LCP 분말을 폴리이미드 복합 분말 제조단계의 중간단계인 단량체 염의 상태에서 첨가함에 따라 폴리이미드 분말의 분산성이 개선된 우수한 효과를 가진다. 또한, LCP 분말의 투입량을 조절함에 따라 우수한 기계적 강도를 유지하면서 성형성이 개선된 우수한 특성을 가진다. 또한, 반응온도가 낮고 반응시간이 짧아 제조공정 상의 효율성이 높고, 반응 용매로 물을 사용하여 친환경적이며, 비용절감의 효과를 가진다.Accordingly, the method for producing a polyimide composite powder according to the present invention has an excellent effect of improving the dispersibility of the polyimide powder by adding the LCP powder in the state of a monomer salt, which is an intermediate step of the polyimide composite powder production step. In addition, it has excellent properties with improved moldability while maintaining excellent mechanical strength by adjusting the amount of LCP powder added. In addition, the reaction temperature is low and the reaction time is short, so the efficiency in the manufacturing process is high, and it is eco-friendly by using water as a reaction solvent, and has the effect of cost reduction.
Claims (15)
액정 고분자 분말 함량은 총 중량대비 0.1 중량% 초과인, 폴리이미드 복합 분말.
Containing polyimide powder and liquid crystal polymer powder,
The liquid crystal polymer powder content is more than 0.1% by weight based on the total weight, polyimide composite powder.
상기 액정 고분자 분말 함량은 총 중량대비 0.1 중량% 초과, 40 중량% 미만인, 폴리이미드 복합 분말.
According to claim 1,
The liquid crystal polymer powder content is greater than 0.1% by weight, less than 40% by weight, based on the total weight, polyimide composite powder.
상기 액정 고분자 분말 함량은 총 중량대비 10 중량% 내지 30 중량%인, 폴리이미드 복합 분말.
According to claim 1,
The liquid crystal polymer powder content is 10% to 30% by weight based on the total weight, polyimide composite powder.
상기 폴리이미드 복합 분말은 100 ℃ 내지 550 ℃의 온도조건에서, 1시간 내지 5시간 소결하는 단계를 포함하여 성형품의 제조가 가능한 것을 특징으로 하는, 폴리이미드 복합 분말.
According to claim 1,
The polyimide composite powder is a polyimide composite powder, characterized in that it is possible to manufacture a molded article, including the step of sintering for 1 to 5 hours at a temperature condition of 100 ℃ to 550 ℃, polyimide composite powder.
상기 폴리이미드 복합 분말은 50 Mpa 이상의 인장강도를 갖는 성형품의 제조가 가능한 것을 특징으로 하는, 폴리이미드 복합 분말.
The method of claim 1,
The polyimide composite powder is a polyimide composite powder, characterized in that it is possible to manufacture a molded article having a tensile strength of 50 Mpa or more.
b) 상기 단계 a)의 폴리아믹산에 액정 고분자를 첨가하고 이미드화하는 단계;를 포함하는 폴리이미드 복합 분말의 제조방법.
a) preparing a polyamic acid including dianhydride and diamine; and
b) adding a liquid crystal polymer to the polyamic acid of step a) and imidizing;
상기 단계 a)는 증류수를 용매로 하여 폴리아믹산을 제조하는 것인, 폴리이미드 복합 분말의 제조방법.
7. The method of claim 6,
The step a) is to prepare a polyamic acid using distilled water as a solvent, a method for producing a polyimide composite powder.
상기 단계 a)는 0 내지 150 ℃의 온도조건 및 0.1 내지 10 bar의 압력조건에서 5분 내지 4 시간 교반하는 것인, 폴리이미드 복합 분말의 제조방법.
7. The method of claim 6,
The step a) is a method for producing a polyimide composite powder, wherein the stirring for 5 minutes to 4 hours under a temperature condition of 0 to 150 ℃ and a pressure condition of 0.1 to 10 bar.
상기 단계 a)에서 다이안하이드라이드는 하기 화학식 1의 다이안하이드라이드인, 폴리이미드 복합 분말의 제조방법:
<화학식 1>
상기 화학식 1에서 R1은 아래의 화학구조
로 이루어지는 군에서 선택된다.
7. The method of claim 6,
In step a), the dianhydride is a dianhydride of Formula 1, a method for producing a polyimide composite powder:
<Formula 1>
In Formula 1, R 1 is the following chemical structure
is selected from the group consisting of
상기 단계 a)에서 다이아민은 하기 화학식 2의 다이아민인, 폴리이미드 복합 분말의 제조방법:
<화학식 2>
상기 화학식 2에서 R2는 아래의 화학구조
로 이루어진 군에서 선택된다.
7. The method of claim 6,
In step a), the diamine is a diamine of the following formula (2), a method for producing a polyimide composite powder:
<Formula 2>
In Formula 2, R 2 is the following chemical structure
is selected from the group consisting of
상기 단계 b)에서 액정 고분자는 분말 형태인 것을 특징으로 하는, 폴리이미드 복합 분말의 제조방법.
7. The method of claim 6,
In the step b), the liquid crystal polymer is in the form of a powder, a method for producing a polyimide composite powder.
상기 단계 b)에서 액정 고분자는 폴리아믹산 및 액정 고분자 총합 중량 대하여 0.1 중량% 초과, 40 중량% 미만인, 폴리이미드 복합 분말의 제조방법.
7. The method of claim 6,
In step b), the liquid crystal polymer is more than 0.1 wt%, less than 40 wt%, based on the total weight of the polyamic acid and the liquid crystal polymer, the method for producing a polyimide composite powder.
상기 단계 b)에서 액정 고분자는 폴리아믹산 및 액정 고분자 총합 중량에 대하여 10 내지 30 중량%인, 폴리이미드 복합 분말의 제조방법.
7. The method of claim 6,
The liquid crystal polymer in step b) is 10 to 30% by weight based on the total weight of the polyamic acid and the liquid crystal polymer, the method for producing a polyimide composite powder.
상기 단계 b)에서 이미드화는 150 내지 400 ℃의 온도조건 및 10 내지 300 bar의 압력조건에서 5분 내지 10 시간 교반하는 것인, 폴리이미드 복합 분말의 제조방법.
7. The method of claim 6,
The imidization in step b) is a method for producing a polyimide composite powder, wherein the stirring for 5 minutes to 10 hours under a temperature condition of 150 to 400 ℃ and a pressure condition of 10 to 300 bar.
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