KR920009693B1 - Aromatic polyester with softness side chain and process for preparing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 측사슬의 탄소수가 12인 전방향족 폴리에스테르의 IR스펙트럼.1 is an IR spectrum of a wholly aromatic polyester having 12 carbon atoms in the side chain.
제2도는 측사슬의 탄소수가 12인 전방향족 폴리에스테르의1H-NMR스펙트럼.2 is a 1 H-NMR spectrum of a wholly aromatic polyester having 12 carbon atoms in the side chain.
제3도는 측사슬의 탄소수가 12인 전방향족 폴리에스테르의 DSC곡선.3 is a DSC curve of a wholly aromatic polyester having 12 carbon atoms in the side chain.
제4도는 측사슬의 탄소수가 12인 전방향족 폴리에스테르의 TGA곡선.4 is a TGA curve of a wholly aromatic polyester having 12 carbon atoms in the side chain.
제5도는 P-HQ-12의 편광현미경사진(배율 100배).5 is a polarized light micrograph (
제6도는 P-BP-12의 편광현미경사진(배율 100배).6 is a polarized light micrograph (
제7도는 P-HQ-12, P-BP-12 및 P-ND-12의 X선 회절곡선.7 is an X-ray diffraction curve of P-HQ-12, P-BP-12 and P-ND-12.
제8도는 유연성 측사슬을 갖는 전 방향족 폴리에스테르의 분자골격구조를 도시한 도면.FIG. 8 shows the molecular backbone structure of a wholly aromatic polyester with flexible side chains.
제9도는 알콕시측사슬의 탄소수(n)와 X선 회절곡선에서 얻어진 중합체골격간의 거리(ℓ)와의 관계를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the relationship between the carbon number (n) of the alkoxy side chain and the distance (l) between the polymer skeletons obtained in the X-ray diffraction curve.
본 발명은 유연성 측사슬을 갖는 전방향족 폴리에스테르 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방향족 디올유도체와 2,5-디알콕시테레프탈레이트로 이루어진 새로운 형태의 액정중합체인 가공성 전방향족 폴리에스테르 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wholly aromatic polyester having a flexible side chain and a method for preparing the same, and more particularly to a processable wholly aromatic polyester which is a new type of liquid crystal polymer composed of an aromatic diol derivative and a 2,5-dialkoxy terephthalate, and It relates to a manufacturing method thereof.
열방성 액정(thermotropic liquid crystal)의 전방향족 폴리에스테르는 액정상태에서 방사나 성형에 의해 고강도 및 고탄성율을 갖는 섬유나 플라스틱을 만들 수 있어 이들에 대한 합성 및 물성연구는 물론 가공기술개발에 관한 연구도 활발히 진행되고 있다.A wholly aromatic polyester of thermotropic liquid crystal can produce fibers or plastics having high strength and high modulus by spinning or forming in liquid crystal state. It is also actively underway.
이러한 전방향족 폴리에스테르 중에서 간단히 구조를 가지면서도 가장 큰 강도를 기대할 수 있는 폴리(P-페닐렌 테레프탈산)은 Tg(267℃)와 Tm(467℃)이 너무 높아 이로부터 섬유나 플라스틱 제품을 만들지 못하고 있다.Among these wholly aromatic polyesters, poly (P-phenylene terephthalic acid), which has a simple structure and can be expected to have the greatest strength, has a high Tg (267 ° C) and Tm (467 ° C), making it impossible to make a fiber or plastic product therefrom. have.
또한, 폴리(P-하이드록시벤조산)도 500℃근처에서 분해와 함께 용융되며 325℃-360℃에서 고체간 상전이(solid-solid phase transition)만을 보여줄 뿐이므로 보통의 가공조건에서는 성형이 불가능하며 고온압축법이나 소결법(sintering method)과 같이 특수한 가공 기술을 이용하여야만 한다.In addition, poly (P-hydroxybenzoic acid) also melts with decomposition near 500 ° C and shows only solid-solid phase transitions between 325 ° C and 360 ° C, making it impossible to mold under normal processing conditions. Special processing techniques, such as compression or sintering methods, must be used.
최근들어 경질 중합체(rigid polymer)들의 가공성을 증진시키기 위해 융점을 낮추고 용해도를 높이는 방법으로 주합체 사슬속에 유연성 스페이서(spacer)나 사슬의 직선형을 파괴시키는 비선형 구조의 삽입 또는 중합체의 반복단위들의 규칙성을 깨뜨리는 공중합 방법을 비롯하여 벤젠고리에 치환기를 도입시키는 등의 폭넓은 중합체 설계 개념이 창출되어 집중적으로 연구되고 있다.(참고 ; H.F.Kuhfuss and W.J.Jackson, Jr. (East-man Kodak), US.Patent 3,778,410(1973))In recent years, regularity of repeating units of polymers or insertion of nonlinear structures that break the linearity of flexible spacers or chains in main chains by lowering the melting point and increasing the solubility in order to enhance the processability of rigid polymers. A wide range of polymer design concepts have been created and studied, including copolymerization methods to break the benzene ring and introducing substituents into the benzene ring (see HF Kuhfuss and WJJackson, Jr. (East-man Kodak), US Pat. 3,778,410 (1973)
1980년대 중반에 들어 Lenz등 및 Ballauff는 막대형 전방향족 폴리에스테르는 측면으로 유연성 사슬을 결합시켜 중합체의 융점을 효과적으로 낮추는 방법을 연구하였으며 특히 Ballauff는 Flory의 격자모델을 기초로 하여 액정상의 출현을 이론적으로 합리화 시켰다. (참조; J.Majnusz and R.W.Lenz, Eur.Polym.J.21,565(1985). ; M.Ballauff, Makromol. Chem. Rapid Commun. 7,407(1986))In the mid-1980s, Lenz et al. And Ballauff studied how to reduce the melting point of polymers by combining flexible chains on the side of rod-type wholly aromatic polyesters. Particularly, Ballauff, based on Flory's lattice model, predicted the appearance of liquid crystal phases. Rationalized. (See J. Majnusz and R. W. Lenz, Eur. Polym. J. 21,565 (1985); M. Balauff, Makromol. Chem. Rapid Commun. 7,407 (1986))
그러나 이와 같은 종래의 기술들은 다만 학술적인 이론으로만 제시되어 있을 뿐 이들 기술을 산업적으로 이용하기 위해서는 아직 많은 개선의 여지가 남아 있었다.However, these conventional techniques are only presented as academic theory, and there is still much room for improvement in order to use these techniques industrially.
이에 본 발명에서는 고강도 및 고탄성율을 나타내는 전방향족 폴리에스테르를 산업적으로 유용하게 이용할 수 있도록 하기 위하여 전방향족 폴리에스테르에다 유연성 측사슬을 도입하므로서 저융점 및 고용해도의 특성을 나타내면서 가공성등이 크게 개선되어 있는 새로운 형태의 전방향족 폴리에스테르 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, in the present invention, by introducing a flexible side chain to the wholly aromatic polyester in order to make industrial use of the wholly aromatic polyester showing high strength and high modulus of elasticity, the workability is greatly improved while showing the characteristics of low melting point and solid solubility. It is an object of the present invention to provide a new type of wholly aromatic polyester and a method for producing the same.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 다음 구조식(I)으로 표시되는 방향족 디올유도체와, 같은 당량의 2,5-디알콕시 테레프탈레이트로 이루어지되, 고유점도(ninh)가 0.15-2.51dl/g이고 275℃-326℃의 온도에서 분해가 시작되는 것을 특정으로 하는 전방향족 폴리에스테르인 것이다.The present invention consists of an aromatic diol derivative represented by the following structural formula (I) and the same equivalent of 2,5-dialkoxy terephthalate, having an intrinsic viscosity (ninh) of 0.15-2.51 dl / g and of 275 ° C-326 ° C. It is a wholly aromatic polyester which specifies that decomposition starts at temperature.
상기식에서 R은 CnH2n+1(n=8,12 또는 16)이고, Ar은Wherein R is C n H 2n + 1 (n = 8,12 or 16), and Ar is
이다.to be.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명에 따른 전방향족 폴리에스테르는 상기 구조식(I)으로 표시되는 방향족 디올유도체와 2,5-디알콕시 테레프탈산 클로라이드를 중합시켜서 제조되는 것으로서, 단량체인 상기 2,5-디알콕시 테레프탈산 클로라이드는 다음과 같은 방법으로 제조된다.The wholly aromatic polyester according to the present invention is prepared by polymerizing the aromatic diol derivative represented by the above formula (I) with 2,5-dialkoxy terephthalic acid chloride, wherein the
[단량체의 합성]Synthesis of Monomer
우선, 디에틸-2,5-디하이드록시 테레프탈레이트의 히드록시기에 알킬브로마이드를 결합시켜 2,5-디알콕시테레프탈레이트를 합성하고, 이를 검화(safonification)하여 2,5-디알콕시테레프탈산을 만든후, 이를 티오닐 클로라이드로 염소화하여 2,5-디알콕시 테레프탈산 클로라이드를 얻는다.First, by combining alkyl bromide with a hydroxy group of diethyl-2,5-dihydroxy terephthalate to synthesize 2,5-dialkoxyterephthalate and saponification to form 2,5-diakoxyterephthalate This is chlorinated with thionyl chloride to give 2,5-dialkoxy terephthalic acid chloride.
이와 같이하여 단량체를 합성한 후에는, 이를 방향족 디올유도체와 중합시키게 되는데, 본 발명에 사용될 수 있는 중합방법으로는 다음 세가지가 있다.After the monomer is synthesized in this way, it is polymerized with an aromatic diol derivative. There are three polymerization methods that can be used in the present invention.
가. 제1용액중합법(방법 A)end. First solution polymerization method (method A)
피리딘을 용매로 사용하여 방향족 디올과, 같은 단량의 2,5-디알콕시 테레프탈산 클로라이드를 혼합하고, 이 혼합물을 70℃-90℃의 온도에서 3-5시간동안 반응시킨다.Using pyridine as a solvent, aromatic diols and the same amount of 2,5-dialkoxy terephthalic acid chloride are mixed and the mixture is allowed to react at a temperature of 70 ° C-90 ° C for 3-5 hours.
나. 제2용액중합법(방법 B)I. Second solution polymerization method (method B)
테트라클롤에탄에다, 방향족디올과, 같은 당량의 2,5-디알콕시 테레프탈산 클로라이드를 용해시키고, 여기에다 질소기류하의 상온에서 피리딘을 부가한 다음, 이 혼합물을 90℃-100℃의 온도에서 3-5시간동안 반응시킨다.In tetrachloroethane, aromatic diol and the same equivalent of 2,5-dialkoxy terephthalic acid chloride are dissolved, and pyridine is added thereto at room temperature under a nitrogen stream, and the mixture is then heated at a temperature of 90 ° C-100 ° C to 3-5 ° C. React for hours.
다. 용융중합법(방법 C)All. Melt polymerization method (method C)
100℃의 온도에서 방향족 디올과 2,5-디알콕시 테레프탈산 클로라이드를 용융반응시키고, 건조질소를 주입하면서 점도가 높아짐에 따라 반응온도를 승온시켜 250℃-270℃의 온도가 될 때까지 4-6시간동안 가온 반응시킨다.Melt-reacts the aromatic diol and 2,5-dialkoxy terephthalic acid chloride at a temperature of 100 ° C, and as the viscosity increases while injecting dry nitrogen, the reaction temperature is increased to 4-6 until the temperature reaches 250 ° C-270 ° C. Allow to warm up for time.
본 발명에서 상기 구조식(I)의 방향족 디올유도체를 명명함에 있어서 치환기 Ar의 종류에 따라 다음과 같이 명명하기로 한다.In the present invention, in naming the aromatic diol derivative of the structural formula (I), it will be named as follows according to the type of the substituent Ar.
즉, Ar이이면 HQ-n이라 한다.That is, Ar Is called HQ-n.
Ar이이면 DPB-n이라 한다.Ar is If it is called DPB-n.
Ar이이면 BP-n이라 한다.Ar is If it is called BP-n.
Ar이이면 DDPSO-n이라 한다.Ar is Is called DDPSO-n.
Ar이이면 ND-n이라 한다. (여기서, n은 8, 12 또는 16이다)Ar is It is called ND-n. Where n is 8, 12, or 16
이하, 본 발명에 대한 실시예를 들어보면 다음과 같다.Hereinafter, examples of the present invention will be described.
[실시예 1 내지 3(방법 A)]Examples 1-3 (Method A)
얼음물의 용기안에서 냉각시킨 티오닐클로라이드 1.3g(0.11mole)에 피리딘 10ml를 낮은 온도로 유지하면서 천천히 부가한 후 30분동안 교반하였다.To 1.3 g (0.11 mole) of cooled thionyl chloride in an iced water container, 10 ml of pyridine was slowly added while maintaining at a low temperature, followed by stirring for 30 minutes.
이 혼합물에 2,5-디올콕시테레프탈산 2.1g(0.005mole)을 피리딘 10ml에 녹인 용액을 20분간에 걸쳐 첨가하고 상온에서 20분동안 유지하였다.A solution of 2.1 g (0.005 mole) of 2,5-diol cocciterephthalic acid in 10 ml of pyridine was added to the mixture over 20 minutes and maintained at room temperature for 20 minutes.
이어서 피리딘 10ml에 녹인 당량의 방향족디올(실시예 1; HQ-8, 실시예 2; BP-8, 실시예 3; ND-8)을 일시에 첨가하고 그 혼합물을 80℃에서 4시간동안을 반응시켰다.Subsequently, an equivalent amount of aromatic diol (Example 1; HQ-8, Example 2; BP-8, Example 3; ND-8) dissolved in 10 ml of pyridine was added at once and the mixture was reacted at 80 ° C. for 4 hours. I was.
점도를 띈 반응생성물 용액에 메탄올을 과량부어 침전을 잡고 거른다음, 따뜻한 메탄올로 씻어 100℃의 진공건조기에서 말려 중합체를 얻었다.Methanol was poured into the reaction product solution having a viscosity, and the precipitate was collected and filtered. The resultant was washed with warm methanol and dried in a vacuum dryer at 100 ° C. to obtain a polymer.
[실시예 4 내지 9(방법 B)]Examples 4 to 9 (Method B)
2.5-디알콕시테레프탈산클로라이드 2g(0.0035mole)과 같은 당량의 방향족디올(실시예 4; BP-12, 실시예 5 ; ND-12, 실시예 6 ; DBP-12, 실시예 7 ; DDPSO-12, 실시예 8 ; BP-16, 실시예 9 ; ND-16)을 테트라클로로에탄 11ml에 녹이고 격렬한 교반과 함께 질소 기류하에 피리딘 1.1g을 상온에서 천천히 부가하였다.Aromatic diols equivalent to 2 g (0.0035 mole) of 2.5-alkoxyterephthalate chloride (Example 4; BP-12, Example 5; ND-12, Example 6; DBP-12, Example 7; DDPSO-12, Example 8 BP-16, Example 9 ND-16) was dissolved in 11 ml of tetrachloroethane and 1.1 g of pyridine was slowly added at room temperature under a stream of nitrogen with vigorous stirring.
이 혼합물을 100℃로 온도를 높이고 4시간동안 교반한 다음, 사용된 용매의 부피가 2배 되도록 회석하여 과량의 메탄올로 침전을 잡았다.The mixture was warmed to 100 ° C. and stirred for 4 hours, and then distilled off to twice the volume of solvent used to catch precipitation with excess methanol.
이것을 여과하여 메탄올로 씻은 다음, 100℃의 진공 건조기속에서 24시간 말려 원하는 중합체를 얻었다.After filtration and washing with methanol, the resultant was dried in a vacuum dryer at 100 DEG C for 24 hours to obtain a desired polymer.
[실시예 10 내지 12(방법C)][Examples 10 to 12 (Method C)]
2.5-디알콕시테레프탈산클로라이드와 방향족디올(실시예 10 ; HQ-12, 실시예 11; BP-12, 실시예 12 ; ND-12)을 100℃에서 교반하면서 반응시켰다.2.5- dialkoxy terephthalic acid chloride and aromatic diol (Example 10; HQ-12, Example 11; BP-12, Example 12; ND-12) were reacted at 100 占 폚 with stirring.
이때 발생하는 HCl은 반응용기 내에 건조질소를 연속적으로 흘려보내어 제거하였다. 반응이 진행되면서 점도가 높아져 교반이 어려워지면 중합체에 따라 온도를 250℃에서 270℃까지 점차적으로 높여가면서 5시간 동안 반응시켰다. 교반이 더 이상 어려울 때 반응을 중지시켜 중합체를 얻었다.HCl generated at this time was removed by continuously flowing dry nitrogen into the reaction vessel. As the reaction proceeds, the viscosity increases and the stirring becomes difficult, and the reaction is carried out for 5 hours while gradually increasing the temperature from 250 ° C to 270 ° C depending on the polymer. When stirring was no longer difficult, the reaction was stopped to obtain a polymer.
상기 실시예 1 내지 12에 따라 제조된 방향족 폴리에스테르의 중합조건과 수득율을 다음 표 1에 나타내었다.The polymerization conditions and yields of the aromatic polyesters prepared according to Examples 1 to 12 are shown in Table 1 below.
[표 1]TABLE 1
* 상기 표 1의 중합체란에서 P-는 중합체를 의미한다. 즉, P-HQ-8은 HQ-8을 방향족디올로 사용하여 제조된 전방향족 폴리에스테르를 말한다.* In the polymer column of Table 1, P- means a polymer. That is, P-HQ-8 refers to an wholly aromatic polyester prepared using HQ-8 as an aromatic diol.
본 발명에 따른 전방향족 폴리에스테르는 다음과 같은 특성을 갖는다.The wholly aromatic polyester according to the present invention has the following characteristics.
[분자구조][Molecular Structure]
첨부한 도면 제1도는 본 발명에 따른 전방향족 폴리에스테르중 대표적으로 측사슬의 탄소수가 12인 중합체에 대한 IR-스펙트럼을 나타낸 것인데, 중합반응에 의한 카르보닐기의 흡수띠를 1750cm-1와 1720cm-1에서, C-O 신축진동을 1000-1300cm-1에서, 그리고 벤젠고리에 붙어있는 알콕시기에 기인한 아릴에테르 진동의 흡수띠를 1040cm-1와 1250cm-1에서 볼 수 있다.Geotinde drawings accompanying the turning 1 showing the IR- spectrum of the wholly aromatic polyester is typically in the side chain of the polymer having a carbon number of 12 according to the present invention, the absorption band of the carbonyl group by a polymerization reaction at 1750cm -1 and 1720cm -1 you can see the absorption band of the aryl ether vibration due to CO stretching vibration alkoxy groups attached at 1000-1300cm -1, and the benzene ring at 1040cm -1 and 1250cm -1.
또한 제2도는 중합체들의1H-NMR스펙트럼을 나타낸 것으로서, -OCH2(CH2)10CH3의 신호를 δ 0.75-0.99ppm에서, -OCH2(CH2)10CH3의 신호를 δ 1.00-2.50ppm에서, -OCH2(CH2)10CH3의 신호를 δ 3.80-4.20ppm에서 그리고 Ar-H의 신호를 δ 7.00-8.50ppm에서 확인할 수 있으며, 따라서 원하는 중합체의 구조임을 알 수 있다.Figure 2 also shows the 1 H-NMR spectrum of the polymers, the signal of -OCH 2 (CH 2 ) 10 CH 3 at δ 0.75-0.99ppm, the signal of -OCH 2 (CH 2 ) 10 CH 3 is δ 1.00 At -2.50 ppm, the signal of -OCH2 (CH2) 10CH3 can be seen at δ 3.80-4.20 ppm and the signal of Ar-H at δ 7.00-8.50 ppm, thus revealing the structure of the desired polymer.
상기 제1도 및 제2도에서 a)는 P-BP-12, b)는 P-ND-12, c)는 P-DBP-12 그리고 d)는 P-DDPSO-12의 스펙트럼을 나타낸다.1 and 2, a) shows a spectrum of P-BP-12, b) P-ND-12, c) P-DBP-12 and d) P-DDPSO-12.
[용해도][Solubility]
다음 표 2는 본 발명에 따른 전방향족 폴리에스테르의 용해도 시험결과를 나타낸 것이다.Table 2 shows the solubility test results of the wholly aromatic polyester according to the present invention.
일반적으로, 막대형의 전방향족 폴리에스테르는 일반적인 유기용매에 잘 녹지 않고 황산과 같은 강산에만 용해되는 것으로 알려져 있다.In general, rod-shaped wholly aromatic polyesters are known to dissolve only in strong acids such as sulfuric acid without being soluble in a general organic solvent.
그러나, 본 발명에 따라 측사슬을 도입시킨 전방향족 폴리에스테르는 THF, DMF, CHCl3등과 같은 용매에 부분적으로, 혹은 완전히 용해되었다.However, the wholly aromatic polyester incorporating the side chain according to the present invention was partially or completely dissolved in a solvent such as THF, DMF, CHCl 3 and the like.
여기서 부분적으로 용해되는 중합체는 용융중합에 의해 얻어진 막대형 폴리에스테르로써 높은 분자량의 부분들이 있기 때문으로 여겨진다.The partially soluble polymer here is believed to be due to the high molecular weight portions of the rod polyester obtained by melt polymerization.
그리고, 디올의 벤젠고리 사이에 CO나 SO2가 삽입되면 중합체들은 더 쉽게 용해되었다.And, when CO or SO 2 were inserted between the benzene rings of the diols, the polymers were more easily dissolved.
이와 같이 전방향족 중합체 사슬에 유연성 측사슬이 도입되므로서, 이들의 용해도가 급격히 증가하기 때문에 용매주형(solvent casting)에 의해 필름을 쉽게 만들 수 있었따.As the flexible side chain is introduced into the wholly aromatic polymer chain as described above, the solubility thereof is rapidly increased, and thus the film can be easily formed by solvent casting.
[표 2]TABLE 2
상기 표 2에서 ○는 가열하에서 용해, △는 가열하에서 부분용해, ×는 불용성을 나타낸다.In Table 2, ○ represents dissolution under heating,? Represents partial dissolution under heating, and × represents insolubility.
[열분석 및 용액점도]Thermal Analysis and Solution Viscosity
본 발명에 따라 합성된 중합체들 중에서 대표적으로 측사슬의 탄소수가 12개인 폴리에스테르의 DSC와 TGA에 의한 열적성질 및 열안정성에 대한 조사결과를 제3도 및 제4도에 각각 도시하였다.Among the polymers synthesized according to the present invention, the results of thermal and thermal stability by DSC and TGA of polyesters having 12 carbon atoms in the side chain are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.
제3도의 DSC곡선을 보면 측사슬을 갖는 전방향족 경질중합체들 중 P-HQ-12와 P-BP-12는 서로 다른 온도영역에서 세 개의 흡열 봉우리를 보여주고 있다.The DSC curve of FIG. 3 shows that P-HQ-12 and P-BP-12 have three endothermic peaks at different temperature ranges.
가장 낮은 온도에서 나타나는 봉우리 측사슬의 융점(Ts)이고 가장 높은 온도에서의 봉우리는 등방성 액체로 전이되는 온도(Ti)에 해당하며 중간범위의 온도에서 관찰되는 봉우리는 메소상(mesophase)으로의 전이온도(Tt)로 볼 수 있다.The melting point of the peak side chain (Ts) at the lowest temperature and the peak at the highest temperature correspond to the temperature (Ti) transition to the isotropic liquid and the peak observed at the midrange temperature is the transition to the mesophase. It can be seen as the temperature Tt.
다음에 다시 언급하겠지만 편광현미경에 의한 광학적 구조를 조사한 결과 액정상을 보였으며 DSC상에서 Tt는 가열 및 냉각시 가역적으로 나타나서 양방성(enantiotropic)액정임이 확인되었다.As will be described later, the optical structure of the polarizing microscope showed a liquid crystal phase, and Tt in the DSC phase was reversibly shown during heating and cooling, thereby confirming that it was an enantiotropic liquid crystal.
P-ND-12는 Ts와 Ti사이에서 전이온도를 보여 액정상의 출현을 기대하였으나 이에 해당하는 어떠한 광학구조도 발견할 수 없었다.P-ND-12 showed a transition temperature between Ts and Ti, so it was expected to appear in the liquid crystal phase, but no optical structure was found.
이러한 이유는 1.5-나프탈렌 단위가 중합체의 직선형구조를 파괴시킴으로서 액정상 형성에 방해를 주었기 때문으로 판단된다.This is believed to be because the 1.5-naphthalene unit interfered with the liquid crystal phase formation by destroying the linear structure of the polymer.
P-DBP-12와 P-DPPSO-12의 DSC곡선에서도 1차가열시 Ts와 고체간 상전이로 추측되는 흡열 봉우리를 보여주었다.DSC curves of P-DBP-12 and P-DPPSO-12 also showed endothermic peaks presumed to be phase transitions between Ts and solids at the first heating.
그러나, 이들 중합체에서는 Ti가 관찰되지 않아 결정화하는 측사슬을 제외하고는 중합체 자체 골격에 이해 결정성을 띄지 않은 것으로 생각된다. 특히 DSC 곡선상에서 냉각시나 이차가열시 어떠한 상전이 현상도 관찰할 수 없었는데 이러한 열적가동으로부터 일차 가열시 용융된 측사슬이 무질서한 분자배열을 유지함으로써 중합체 전체가 무정형(amorphous)으로 변화하였음을 추측할 수 있다.However, in these polymers, it is considered that Ti is not observed and does not show crystallinity in the polymer itself skeleton except for the side chain which crystallizes. In particular, no phase transition could be observed during cooling or secondary heating on the DSC curve. From this thermal behavior, it can be inferred that the molten side chains maintained an disordered molecular arrangement during primary heating, resulting in an amorphous polymer. .
이 결과를 뒷받침해 주는 간단한 증거로써는 일차 가열후 냉각시켜 얻은 중합체가 투명한 상태임을 보아도 알 수 있었다.A simple evidence supporting this result is that the polymer obtained by cooling after primary heating is transparent.
다음 표 3은 본 발명에 따른 중합체들의 분석결과와 용액점도를 나타낸 것이다.Table 3 shows the analysis results and solution viscosity of the polymers according to the present invention.
[표 3]TABLE 3
1. Ts : 측사슬의 융점.1. Ts: melting point of the side chain.
2. Tt : 메소상으로 전이되는 온도.2. Tt: The temperature at which the transition to the meso phase.
3. Ti : 등방성액체로 전이되는 온도.3. Ti: The temperature at which an isotropic liquid is transferred.
4. Tid : 최초분해온도.4. Tid: Initial decomposition temperature.
5. ηinh : 고유점도.5. ηinh: Intrinsic viscosity.
상기 표 3에서 보면 측사슬이 없는 전방향족 폴리에스테르는 융점이 500℃ 근처로 알려졌으나 측사슬의 도입으로 사슬길이에 따라 149℃-292℃로 융점을 상당히 낮출 수 있음을 확인할 수 있었다.In Table 3, the melting point of the wholly aromatic polyester having no side chain was known to be around 500 ° C., but it was confirmed that the melting point could be considerably lowered to 149 ° C.-292 ° C. depending on the length of the chain.
측사슬의 탄소수가 12와 16인 중합체들은 이들이 용융되는 현상에 기인한 흡열 봉우리를 70℃ 이하에서 보여주는데 측사슬의 탄소수가 증가할수록 융점이 증가하였다.Polymers with 12 and 16 carbons in the side chains showed endothermic peaks at 70 ° C or lower due to the melting of them, and the melting point increased as the carbon number in the side chains increased.
고체간 상전이는 중합체에 따라 몇 개씩 나타났으며 P-HQ와 P-BP인 경우에 액정상이 출현하는 온도는 측사슬의 길이와 분자량에 큰 영향을 받았다.The phase transitions between solids were several depending on the polymer, and the temperature at which the liquid crystal phase appeared in the case of P-HQ and P-BP was greatly influenced by the length and molecular weight of the side chain.
TGA분석에 따르면 중합체에 따라 열분해는 275℃-326℃의 영역에서 시작되었고, 5%의 무게감량은 350℃-392℃에서 발생하여 비교적 높은 열안정성을 나타앴다.According to the TGA analysis, depending on the polymer, pyrolysis began in the region of 275 ℃ -326 ℃ and weight loss of 5% occurred at 350 ℃ -392 ℃, indicating relatively high thermal stability.
중합체들의 고유점도를 측정해보면 용융중합에 의해 합성된 것이 대체로 큰 값을 갖는데 특히 P-BP-12는 용액중합체인 경우 1.09dl/g인데 비하여 용융중합체는 2.51dl/g으로 두배 이상의 큰 점도값을 보였다.When the intrinsic viscosity of the polymers is measured, the synthesized by melt polymerization generally has a large value, especially P-BP-12 is 1.09 dl / g in the case of a solution polymer, while the molten polymer is 2.51 dl / g, more than twice as large as the viscosity value. Seemed.
[편광현미경][Polarization microscope]
첨부한 도면 제5도는 P-HQ-12를 190℃에서, 제6도는 P-BP-12를 200℃에서 얻은 편광현미경 사진이다.FIG. 5 is a polarized light micrograph of P-HQ-12 obtained at 190 ° C., and FIG. 6 obtained of P-BP-12 at 200 ° C.
여기서 보면 모두 네마택상으로 간주할 수 있는 대리석 혹은 쉴리이렌(schlieren)구조를 나타내는데, 특히 P-BP-12를 200℃에서 45분동안 열처리(annealing)하면 더욱 뚜렷한 무늬를 볼 수 있다.All of them show a marble or schlieren structure that can be regarded as a nematic tack, especially when annealing P-BP-12 at 200 ° C for 45 minutes.
그러나 P-ND-n, P-DBP-n과 P-DDPSO-n은 액정에 관련되는 어떠한 광학구조도 관찰되지 않았다.However, P-ND-n, P-DBP-n and P-DDPSO-n did not observe any optical structure related to liquid crystal.
이러한 이유는 메소겐 단위(mesogenic unit)로 역할하는 중합체 골격이 P-ND-n인 경우에는 1,5-나프탈렌디올을 사용함으로써 중합체 사슬의 직선형이 파괴되었기 때문으로 여겨지고 또한 다른 두 중합체인 경우는 메소겐 단위에 CO,SO2가 있어 인접사슬의 정돈을 방해하여 액정성을 띄지 못하는 것으로 사료된다.This is believed to be due to the breakage of the straight chain of the polymer chain by the use of 1,5-naphthalenediol when the polymer backbone serving as the mesogenic unit is P-ND-n and for the other two polymers. It is believed that CO and SO 2 are not present in the mesogen unit, which interferes with the arrangement of adjacent chains and thus has no liquid crystallinity.
[X선 분석][X-ray analysis]
고체상태에서 중합체의 구조를 알아보기 위하여 광각 X-선 산란(wide angle X-ray scattering)실험을 실시하였다.Wide angle X-ray scattering experiments were performed to investigate the structure of the polymer in the solid state.
제7도에는 P-HQ-12, P-BP-12와 P-ND-12의 X-선 회절곡선이 실려있다. 개괄적인 회절곡선의 양상을 보면 상기의 세 중합체는 높은 결정도를 갖고 있음을 알 수 있다.7 shows the X-ray diffraction curves of P-HQ-12, P-BP-12 and P-ND-12. The general diffraction curve shows that the above three polymers have high crystallinity.
이 곡선에서 가장 저각도 영역에서 나타나는 비교적 예리한 회절곡선은 제8도에서 보는 바와 같이 측사슬로 인한 경질 중합체의 골격간 거리(ℓ)로 판단된다.The relatively sharp diffraction curve in the lowest angle region of this curve is determined as the distance between the skeletons of the hard polymer due to the side chain (L) as shown in FIG.
이 중합체에서 지그재그형태(conformation)를 갖는 알콕시 측사슬의 탄소수가 12이므로 CH2단위당 길이가 1.27Å인 것을 고려하면 총길이는 15.24Å이 된다.Since the number of carbon atoms in the zigzag alkoxy side chain in this polymer is 12, the total length is 15.24 Å, considering that the length per unit of CH 2 is 1.27 Å.
그러나, 중합체 골격간의 실제 측정거리는 P-HQ-12는 20.33Å이고, P-BP-12는 22.53Å이므로 산소원자를 포함하는 폴리에스테르 골격의 직경은 각각 5.09Å와 7.29Å가 됨을 예측할 수 있다.However, the actual measurement distance between the polymer backbones is 20.33Å for P-HQ-12 and 22.53Å for P-BP-12, so it can be expected that the diameter of the polyester skeleton including oxygen atoms will be 5.09Å and 7.29Å, respectively.
따라서 dodecyloxy 치환기를 갖는 중합체를 기준으로하여 octyloxy와 hexadecyloxy 치환기를 갖는 중합체의 골격간의 거리를 예상할 수 있고 실제 X-선 회절분석으로부터 확인할 수 있다.Therefore, the distance between the skeleton of the polymer having octyloxy and hexadecyloxy substituent based on the polymer having dodecyloxy substituent can be estimated and confirmed from the actual X-ray diffraction analysis.
한편, 다음 표 4는 P-HQ-n과 P-BP-n(n+8,12,16)의 측정된 2θ값과 이로부터 브래그(Bragg)법칙을 이용하여 계산된 d값이 수록되어 있다.On the other hand, Table 4 below shows the measured 2θ values of P-HQ-n and P-BP-n (n + 8,12,16) and the d value calculated using Bragg's law from them. .
제9도에서 보면 측사슬의 길이가 감소 또는 증가할수록 중합체 골격간의 거리가 비례적으로 증감하는 경향을 보여 중합체가 직선형이며 층구조로 결정화함을 알 수 있다.In FIG. 9, as the length of the side chain decreases or increases, the distance between the polymer backbones increases proportionally, indicating that the polymer is linear and crystallized in a layered structure.
여기서 n=0일 때 접점이 골격의 평균 직경으로서 P-HQ-n은 5.20Å, P-BP-n은 7.58Å이었다.Here, when n = 0, the contact point was an average diameter of the skeleton, with 5.20 kPa of P-HQ-n and 7.58 kPa of P-BP-n.
[표 4]TABLE 4
*s : 강, m : 중, w : 약, vw : 매우약, b : 완만.* s: strong, m: medium, w: weak, vw: very weak, b: gentle.
본 발명에 따라 전방향족 폴리에스테르에 유연성측사슬을 도입시킨 중합체의 특성을 요약하면 다음과 같다.According to the present invention, the characteristics of the polymer in which the flexible side chain is introduced into the wholly aromatic polyester are as follows.
1. 유연성 측사슬로 치환된 전방향족 폴리에스테르는 치환기가 없는 중합체 자체와 비교할 때 용해도가 상당히 증가하여 P-클로로페놀, THF,DMF,CHCl3등과 같은 용매에 쉽게 용해되었다.1. The wholly aromatic polyester substituted by the flexible side chain was significantly dissolved in solvents such as P-chlorophenol, THF, DMF, CHCl 3 and so on, compared to the polymer itself without substituents.
2. 중합체 측사슬의 융점(Ts)은 알콕시기의 탄소수가 증가함에 따라 증가하였지만 메소상 전이온도(Tt)와 등방성융점(Ti)은 감소하였다. 중합체의 분해는 275℃-326℃에서 시작되었으며 5% 무게감량이 350℃-392℃에서 발생하여 비교적 열에 안정함을 보였다.2. The melting point (Ts) of the polymer side chain increased with increasing carbon number of the alkoxy group, but the mesophase transition temperature (Tt) and isotropic melting point (Ti) decreased. Degradation of the polymer started at 275 ° C-326 ° C and a 5% weight loss occurred at 350 ° C-392 ° C, indicating that it was relatively thermally stable.
3. P-HQ-n과 P-BP-n(n=8,12,16), P-DBP-12 및 P-DDPSO-12는 액정상이 전혀 출현하지 않았고, 용융상태에서 냉각시켜 얻은 P-DBP-12와 P-DDPSO-12는 무정형이었다.3. P-HQ-n and P-BP-n (n = 8,12,16), P-DBP-12 and P-DDPSO-12 did not show any liquid crystal phase, and P- obtained by cooling in the molten state DBP-12 and P-DDPSO-12 were amorphous.
4. X-선 분석결과 P-HQ-n과 P-BP-n(n=8,12,16)은 층구조로 결정화 하였으며 중합체 골격의 직경은 각각 5.20Å 및 7.58Å이었다.4. As a result of X-ray analysis, P-HQ-n and P-BP-n (n = 8,12,16) crystallized in layer structure, and the diameters of the polymer backbone were 5.20Å and 7.58Å, respectively.
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