KR910000867B1 - 내열성 접착제용 폴리이미드의 제조방법 및 접착방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도 및 제2도는 본 발명의 2가지 실시예에 의한 폴리이미드의 흡수스펙트럼도.
본 발명은 접착강도 및 고온안정성이 탁월한 신규의 내열성 접착제용 폴리이미드의 제조방법 및 이것을 사용한 접착방법에 관한 것이다.
종래, 유기합성 고중합체의 각종 접착제가 공지되어 있다. 고온에서 안정성이 우수한 것으로서 폴리벤즈이미다졸과 폴리이미드계 접착제가 개발되었으며, 이외에도 불소수지, 폴리아미드이미드, 실리콘, 에폭시노보락, 에폭시아크릴, 니트릴고무페놀류 및 폴리에스테르로 부터 기타 접착제가 개발되었다.
그러나, 고온안정성이 우수하면 접착강도가 저하되는 한편 접착강도가 우수하면 고온안정성이 불량해지기 때문에 상기 접착제들의 특성은 아직 만족할 만한 것이 못된다.
따라서 본 발명의 목적은 접착강도 및 장시간 고온에서의 내구성이 탁월한 접착제로서 이용할 수 있는 신규의 폴리이미드를 제조하는 방법 및 그것을 이용한 접착방법을 제공함에 있다.
본 발명자들은 고온에서 접착제의 결합강도를 개선하기 위한 연구를 거듭한 결과 새로운 에테르디아민에서 유도된 신규의 폴리이미드를 발견하였다.
본 발명을 요약하면 다음과 같다.
1) 유기용매중에서 일반식
의 디아민을 일반식
의 테트라카르복실산 2무수물과 반응시키고, 생성된 일반식
의 단위가 반복되는 폴리아민산을 열적 또는 화학적으로 이미드화하여 일반식
의 반복단위를 가진 폴리이미드의 제조방법
(식중, 벤젠고리에 있는 2개의 카르보닐기의 위치는 메타 또는 파라이고, R은 탄소수가 2 이상인 지방족기, 시클로지방족기, 단일 방향족기, 축합폴리 방향족기 및 방향족기가 직접 또는 가교원에 의해 상호연결된 비축합폴리 방향족기로 이루어진 군에서 선택된 4가의 기이다.)
2) 일반식
(식중, 2개의 카르보닐기 위치와 R은 상기 정의와 동일하다)의 반복단위를 가진 폴리이미드를 기판상에 도포하고, 기판의 도포면을 다른 기판의 비처리면 또는 도포면과 중첩한 후에 상기폴리이미드의 유리전이온도 이상으로, 가압가열하는 것을 특징으로 하는 접착방법.
3) 폴리이미드의 전구물질인 일반식
(식중, 2개의 카르보닐기의 위치와 R은 상기 정의와 동일하다)의 반복단위를 가진 폴리아민산을 기판상에 도포한 후에 이미드화하여 일반식
의 반복단위를 가진 폴리이미드를 얻고, 기판의 도포면을 다른기판의 비처리면 또는 도포면과 중첩한 후에 상기 폴리이미드의 유리전이온도 이상으로 가압가열하는 것을 특징으로 하는 접착방법.
일반식
(식중, 벤젠고리에 있는 2개의 카르보닐기의 위치는 메타 또는 파라이고, R은 탄소수가 2 이상인 지방족기, 시클로지방족기, 단일방향족기, 축합폴리 방향족기 및 방향족기가 직접 또는 가교원에 의해 상호 연결된 비축합폴리 방향족기로 이루어진 군에서 선택된 4가 기이다)의 반복단위를 가진 신규의 폴리이미드는 본 발명에 따라 유기용매중에서 하기의 디아민을 테트라카르복실산 2무수물과 반응시킨 후에 생성된 폴리아민산을 탈수에 의해 고리화하여 제조한다.
본 발명에 유용한 디아민은 일반식
의 1,3-비스[4-(3-아미노페녹시)벤조일]벤젠 또는 일반식
의 1,4의 비스[4-(3-아미노페녹시)벤조일]벤젠이다.
상기 에테르디아민은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 방법에 유용한 테트라카르복실산 2무수물의 일반식은
(식중, R은 탄소수가 2 이상인 지방족기, 시클로지방족기, 단일방향족기, 축합폴리 방향족기, 방향족기가 직접 또는 가교원에 의해 상호 연결된 비축합폴리 방향족기로 이루어진 군에서 선택된 4가기이다)이다.
본 발명의 방법에 사용되는 테트라카르복실산 2무수물의 예로서는, 에틸렌 테트라카르복실산 2무수물, 시클로펜 탄테트라카르복실산 2무수물, 피로멜리트산 2무수물, 3,3',4,4'-벤조페논 테트라카르복실산 2무수물, 2,2',3,3'-벤조페논 테트라카르복실산 2무수물, 3,3',4,4'-비페닐 테트라카르복실산 2무수물, 2,2',3,3'-비페닐 테트라카르복실산 2무수물, 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)프로판 2무수물, 2,2-비스(2,3-디카르복시페닐)프로판 2무수물, 비스(3,4-디카르복시페닐)에테르 2무수물, 비스(3,4-디카르복시페닐)술폰 2무수물, 1,1-비스-(2,3-디카르복시페닐)에탄 2무수물, 비스(2,3-디카르복시페닐)메탄 2무수물, 비스(3,4-디카르복시페닐)메탄 2무수물, 2,3,6,7-나프탈렌 테트라카르복실산 2무수물, 1,4,5,8-나프탈렌 테트라카르복실산 2무수물, 1,2,5,6-나프탈렌 테트라카르복실산 2무수물, 1,2,3,4-벤젠 테트라 카르복실산 2무수물, 3,4,9,10-페릴렌 테트라카르복실산 2무수물, 2,3,6,7-안트라센 테트라카르복실산 2무수물 및 1,2,7,8-페난트렌 테트라카르복실산 2무수물을 들 수 있다.
상기 2무수물 중에서도 특히 피로멜리트산 2무수물 및 3,3',4,4'-벤조페논 테트라카르복실산 2무수물이 바람직하다.
테트라카르복실산 2무수물은 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
통상적으로 중합체는 유기용매중에서 에테르디아민을 테트라카르복실산 2무수물과 반응시켜서 제조할 수 있다. 이 반응에 사용되는 유기 용매의 예로서는, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디에틸아세트아미드, N,N-디메틸메톡시아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 1,3-디메틸-2-아미다졸리디논 N-메틸카프로락탐, 1,2-디메톡시에탄, 비스(2-메톡시에틸)에테르, 1,2-비스(2-메톡시에톡시)에탄, 비스[2-(2-메톡시에톡시)에틸]에테르테트라히드로푸란, 1,3-디옥산, 1,4-디옥산, 피리딘, 피콜린, 디메틸술폭사이드, 디멜틸술폰, 테트라메틸우레아 및 헥사메틸포스포르아미드를 들 수 있다. 이들 용매는 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
반응온도는 통상적으로 60℃ 이하로 하며, 50℃ 이하인 것이 바람직하다. 반응압력에는 특별한 제한이 없으며 반응을 행하는 데에는 대기압으로도 충분하다. 반응시간은 용매의 종류, 반응온도와 디아민 및 테트라카르복실산 2무수물 등의 원료에 따라 다르며, 상기 식으로 표시되는 폴리아민산의 형성이 충분히 완료되도록 하는 것이 일반적이다. 통상적으로 4 내지 24시간 동안의 반응이면 충분하다.
반응결과, 일반식
의 반복단위를 가진 폴리아민산이 얻어진다. 그 다음에, 폴리아민산용액을 100 내지 300℃에서 열탈수하거나 아세트산무수물 등의 이미드화제로 처리하여 화학적 탈수하여서
일반식
의 반복단위를 가진 당해 폴리이미드를 얻는다.
이와 같이 얻어진 접착제용 중합체의 피복방법은 크게 두 공정으로 구분된다.
(1) 중합체로서 상기 폴리아민산 전구물질을 주성분으로 하는 접착제 용액을 사용하여 이미드화한 후에 접착한다.
(2) 중합체로서 상기 폴리이미드 자체를 사용한다.
공정(1)에서, 접착제용액은 폴리아민산의 유기용매 용액이다. 또한, 유기용매중에서 에테르디아민을 테트라카르복실산 2무수물과 반응시켜서 얻어진 폴리아민산의 반응혼합물이어도 되고 주성분인 폴리아민산과 폴리아민산의 고리화생성물인 폴리이미드를 함유하는 용액이어도 된다. 즉 폴리아민산을 함유하는 접착제용액은 보조성분으로서 폴리이미드를 함유하는 용액 또는 현탄액이다.
상기 폴리아민산을 함유하는 접착제를 피복하는 경우에, 결합대상물 상에 폴리아민산의 박층을 형성한 후, 피복된 결합대상물을 공기중에서 180 내지 350℃, 바람직하게는 200 내지 300℃의 온도로 소정시간 동안 예열한다. 과다한 용매는 제거되고, 폴리아민산은 일층 안정한 폴리이미드로 변환된다. 이어서, 50 내지 400℃의 온도에서 1 내지 1,000㎏/㎠의 압력하에 가압하여 결합대상물을 강하게 결합시킨 후에, 100 내지 400℃의 온도에서 경화한다.
접착제용으로 상기 폴리이미드가 사용되는 공정(2)는 크게 세가지 경우로 구분된다.
(a) 상기 폴리이미드를 분말자체로 사용하는 경우.
(b) 상기 폴리이미드를 용매에 용해된 상태 또는 이미드화 종료시에 얻어진 용액의 형태로 사용하는 경우.
(c) 상기 폴리이미드로 필름을 제조한 후에 사용하는 경우.
상기의 경우에 있어서, 상기 폴리이미드에는 약간의 폴리아민산이 함유될 수 있다.
경우(a)에 있어서는, 결합대상물간에 분말을 삽입하고, 50 내지 400℃의 온도에서 1 내지 1,000㎏/㎠의 압력하에 가압하고, 100 내지 400℃의 온도에서 경화하여 결합대상물을 강하게 결합시킬 수 있다.
경우(b)에 있어서는, 폴리이미드를 함유하는 접착제용액의 박층을 결합대상물상에 형성한 후, 결합대상물을 공기중에서 대략 30 내지 200℃의 온도로 소정시간 동안 예열하여 용매를 제거한다. 피복된 결합대상물을 다른 결합대상물과 조합하여 50 내지 400℃의 온도에서 1 내지 1,000㎏/㎠의 압력하에 가압하고 100 내지 400℃의 온도에서 결화하여 강하게 결답된 결합물을 얻는다.
[실시예]
다음은 합성예 및 실시예에 의거하여 본 발명을 설명한다.
[합성예 1]
본 발명에서 사용하는 1,3-비스[4-(3-아미노페녹시)벤조일]벤젠을 다음과 같이 제조한다.
1ℓ짜리 반응기에 1,3-비스(4-플루오르벤조일)벤젠 70g(0.22몰) m-아미노페놀 50.1g(0.46몰), 무수탄산칼륨 63.5g, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논 550㎖를 장입하고, 혼합물을 150 내지 160℃에서 5시간동안 반응시킨다. 반응종료후, 얻어진 혼합물을 상온까지 냉각하고 여과해서 무기염을 제거한 다음, 이어서 용매를 여과액으로부터 진공증류한다. 잔여물에 35% 염산 60g, 물 85g과 이소프로필알콜 150g을 첨가한 후에 가열하여 용해시킨다. 얻어진 용액에 염화나트륨 50g을 첨가하고, 20 내지 25℃로 냉각한다. 침저된 염화수소 결정을 여과하여, 50% 이소프로필알콜수 600㎖에서 가열하여 용해한다. 이어서 활성탄 5g을 첨가한 후 교반하여, 고온여과하고 냉각하였다. 분리된 결정을 여과하고, 상기에서 얻어진 염화수소결정을 물 750g과 이소프로필알콜 350g의 혼합물에서 가열하여 용해하고, 활성탄으로 재처리한 후 암모니아수로 중화하였다. 분리된 결정을 여과하고, 수세하고 건조하여 융점이 147 내지 149℃이고, 고속액체 크로마토그래피에 의한 순도가 99.7%인 1,3-비스[4-(3-아미노페녹시)벤조일]벤젠 백색결정 90.2g(수율 82%)을 얻었다.
원소분석 C32H24N2
계산치(%) : C ; 76.8, H ; 4.8, N ; 5.6
실측치(%) : C ; 76.7, H ; 4.7, N ; 5.54
IR(KBr, cm-1) : 3450 및 3390(아미노기), 1630 및 1595(카르보닐기), 1250(에테르결합)
[합성예 2]
본 발명에서 사용하는 1,4-비스[4-(3-아미노페녹시)벤조일]벤젠을 다음과 같이 제조하였다.
1ℓ짜리 반응기에 1,4-비스(4-플루오르벤조일)벤젠 50(0.16몰) m-아미노페놀 42g(0.39몰) 무수탄산칼룸 54g 및 술포산 400㎖를 장입하고, 150 내지 160℃에서 6시간동안 반응시켰다. 반응종료후 반응혼합물을 물에 부어서 총부피 2ℓ를 만들었다. 그후 분리된 결정을 여과 및 수세하고, 2-메톡시에탄올 400㎖에 가열하에 용해시켰다. 생성된 용액에 활성탄 8g을 첨가하여 교반하고, 고온 여과한 후 냉각시켰따. 분리된 결정을 여과하고 2-메톡시에탄올과 활성탄으로부터 재결정화하여, 융점이 161 내지 163℃이고, 고속액체 크로마토그래피에 의한 순도가 99.3%인 1,4-비스[4-(3-아미노페녹시)벤조일]벤젠의 담갈색결정 60g(수율 75%)을 얻었다.
원소분석 C32H24N2
계산치(%) : C ; 76.8, H ; 4.8, N ; 5.6
실측치(%) : C ; 76.4, H ; 4.72, N ; 5.5
IR(KBr, cm-1) : 3420(아미노기), 1640 및 1595(카르보닐기), 1245(에테르결합)
[실시예 1]
교반기, 환류냉각기 및 질소도입관이 부착된 반응기에, 1,3-비스[4-(3-아미노페녹시)벤조일]벤젠 50(0.1몰) 및 N,N-디메틸아세트아미드 215.4g을 장입하고, 약 0℃까지 냉각하고, 질소분위기하에 용액의 온도가 상승하지 않도록 주의하면서 피로멜리트산 2무수물 17.44g(0.08몰)을 네 번에 나누어 첨가하였다. 대략 0℃에서 약 2시간동안 교반한 후, 반응용액의 온도는 상온으로 상승하였다. 피로멜리트산 2무수물 4.36g(0.02몰)을 질소분위기하에 첨가하여, 계속해서 20시간동안 질소분위기하에서 교반하였다.
얻어진 폴리아민산은 0.5% N,N-디메틸아세트아미드 용액중에서 35℃에서의 고유점도가 1.82dl/g이었다.
그 다음에, 교반기, 환류냉각기, 질소도입관이 부착된 반응기에 상기 폴라아민산용액 200g 및 N,N-디메틸아세트아미드 300g을 장입하였다. 혼합물에 아세트산무수물 28.4g(0.28몰) 및 트리에틸아민 10.5g(0.104몰)을 적가하고, 질소분위기하에 상온에서 교반하고, 20시간동안 더 교반하였다. 반응종료후 침전물을 여과하고, 메탄올로 세척하여 150℃에서 8시간동안 감압건조하여 담황색의 폴리이미드분말 45.8g(수율 96.5%)을 얻었다. 분말은 DSC 방법에 의한 유리전이 온도가 228℃이고, DTA-TG에 의한 5% 감량온도는 522℃이었다.
상기에서 얻어진 폴리이미드분말의 IR 흡수스펙트럼도를 제1도에 도시한다. 스텍트럼도에서 이미드의 특성흡수대역인 1780㎝-1와 1720㎝-1및 에테르결합의 특성흡수대역인 1240㎝-1주위에서 두드러진 흡수대역이 발견되었다.
트리클로로에틸렌으로 세정하고 130℃에서 예열한 냉각압연강판(JIS G 3141, SPCC/SD, 25×100×16㎜)에 폴리이미드 분말을 도포하였다. 피복된 강판을 다른 냉각압연가판과 중첩하여 320℃에서 5분동안 20㎏/㎠의 압력으로 가압하였다.
결합된 표본의 랩전단강도는 상온에서 330㎏/㎠이고 JIS K 6848 및 6850에 의해 240℃에서는 200㎏/㎠이었다. 이어서, 상기 폴리아민산용액을 미리 트리클로로에틸렌으로 세정한 냉각압연강판에 도포하고 100℃와 220℃에서 각각 1시간동안 건조시켰다. 피복된 강판을 다른 냉각압연강판과 중첩하여 320℃에서 5분동안 20㎏/㎠의 압력으로 가압하였다. 피복된 접착제의 두께는 36μ이었다. 결합된 표본의 랩전단강도는 상온에서 330㎏/㎠이고, 240℃에서는 200㎏/㎠이었다.
이어서, 상기 폴리아민산용액을 유리판상에 캐스트하고 110℃, 200℃ 및 300℃에서 각각 1시간동안 가열하였다.
상기에서 얻어진 폴리이미드필름은 TMA 흡수법에 의한 유리전이온도가 230℃이고, 5% 감량온도는 520℃이었다.
폴리이미드필름을 130℃에서 예열한 냉각압연강판 사이에 삽입하여 320℃에서 5분동안 20㎏/㎠의 압력으로 가압하였다.
결합된 표본의 랩전단강도는 상온에서 320㎏/㎠이고, 240℃에서는 200㎏/㎠이었다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 반응기에 1,3-비스[4-(3-아미노페녹시)벤조일]벤젠 50g(0.1몰) 및 N,N-디메틸아세트아미드 246.6g을 장입하여 약 0℃까지 냉각하고, 반응용액의 온도가 상승하지 않도록 주의하면서 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산 2무수물 25.76g(0.08몰)을 네 번에 나누어 첨가하였다. 대략 0℃에서 약 2시간동안 교반한후, 반응용액의 온도가 상온으로 상승하였다. 그후, 3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복실산 2무수물 6.44g(0.02몰)을 질소분위기하에 첨가하고 계속해서 질소분위기하에 20시간동안 교반하였다.
상기에서 얻어진 폴리아민산의 고유점도는 1.20dl/g이었다.
폴리아민산용액을 유리판상에 캐스트하고, 각각 100℃, 200℃ 및 300℃에서 1시간동안 가열하였다.
상기에서 얻어진 폴리이미드필름은 유리전이온도가 215℃이고, 5% 감량온도는 532℃이었다. 이 필름은 인장강도가 1600㎏/㎠이고 23℃에서의 파단연신율이 68%이었다.
이 필름을 사용하고 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 제조된 냉각압연강판의 가압-결합된 표본의 랩전단 강도는 상온에서 330㎏/㎠이고 240℃에서는 210㎏/㎠이었다.
[실시예 3]
1,3-비스[4-(3-아미노페녹시)벤조일]벤젠대신에 1,4-비스[4-(3-아미노페녹시)벤조일]벤젠을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 공정을 반복하였다. 그리하여 고유점도가 1.25dl/g인 폴리아민산을 얻었다.
트리클로로에틸렌으로 미리 세정한 2개의 냉각압연강판상에 상기 폴리아민산 접착제용액을 도포하고, 100℃ 및 220℃ 각각에서 1시간동안 건조하였다.
이 강판의 피복된 표면을 같이 조합하여, 320℃에서 5분동안 20㎏/㎠의 압력으로 가압하였다.
결합된 표본의 랩전단강도는 상온에서 290㎏/㎠이고 240℃에서 180㎏/㎠이었다.
이어서, 폴리아민산을 실시예 1에서와 동일한 공정으로 처리하였다. 얻어진 폴리이미드필름은 유리전이온도가 238℃이고 5% 감량온도는 520℃이었다.
이 필름을 사용하고 실시예 1과 동일한 조건으로 제조된 냉각압연강판의 가압-결합된 표본의 랩전단강도는 상온에서 285㎏/㎠이고 240℃에서는 180㎏/㎠이었다.
[실시예 4]
1,3-비스[4-(3-아미노페녹시)벤조일]벤젠대신에 1,4-비스[4-(3-아미노페녹시)벤조일]벤젠을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2의 공정을 반복하였다. 그리하여 고유점도가 1.05dl/g인 폴리아민산을 얻었다.
그 다음에, 교반기, 환류냉각기 및 질소도입관이 부착된 반응기에 상기에서 얻은 폴리아민산용액 200g과, N,N-디메틸아세트아미드 300g을 장입하였다. 혼합물에 질소분위기하의 상온에서 교반하면서 아세트산무수물 24.48g(0.24몰) 및 트리에틸아민 9.09g(0.09몰)을 적가하고, 이어서 20시간동안 교반하였다. 반응종료후, 반응혼합물을 메탄올 500g에 부었다. 침전물은 여과되고, 메탄올로 세정되어 감압하에 150℃에서 8시간동안 건조시켜 폴리이미드 엷은 황색분말 45.0g(수율 95.5%)을 얻었다. 분말은 유리전이온도가 212℃이고 5% 감량온도가 520℃이었다.
상기에서 얻어진 폴리이미드분말의 IR 흡수스펙트럼도를 제2도에서 나타낸다. 스펙트럼도에서 이미드의 특성흡수대역인 1780㎝-1와 1720㎝-1및 에테르결합의 특성흡수대역인 1240㎝-1주위에서 두드러진 흡수대역이 발견되었다.
폴리이미드분말을 130℃에서 예열한 냉각압연강판 사이에 삽입하고, 320℃에서 5분동안 20㎏/㎠의 압력으로 가압하였다.
결합된 표본의 랩전단강도는 상온에서 300㎏/㎠이고 240℃에서는 180㎏/㎠이었다.
이어서 얻어진 폴리아민산용액을 유리판상에 캐스트하고, 100℃, 200℃ 및 300℃ 각각에서 1시간동안 가열하였다.
상기에서 얻어진 폴리이미드필름은 유리전이온도가 215℃이고, 5% 감량온도는 519℃이었다.
이 필름을 사용하고 실시예 1과 동일한 조건에 의하여 제조된 냉각압연강판의 가압-결합된 표본의 랩전단 강도는 상온에서 290㎏/㎠이고 240℃에서는 180㎏/㎠이었다.
Claims (5)
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KR1019870000629A KR910000867B1 (ko) | 1987-01-27 | 1987-01-27 | 내열성 접착제용 폴리이미드의 제조방법 및 접착방법 |
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KR1019870000629A KR910000867B1 (ko) | 1987-01-27 | 1987-01-27 | 내열성 접착제용 폴리이미드의 제조방법 및 접착방법 |
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Cited By (1)
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KR101056555B1 (ko) * | 2003-05-09 | 2011-08-11 | 미츠비시 가스 가가쿠 가부시키가이샤 | 접착제 및 접착성 필름 |
-
1987
- 1987-01-27 KR KR1019870000629A patent/KR910000867B1/ko not_active IP Right Cessation
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KR101056555B1 (ko) * | 2003-05-09 | 2011-08-11 | 미츠비시 가스 가가쿠 가부시키가이샤 | 접착제 및 접착성 필름 |
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KR880009064A (ko) | 1988-09-14 |
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