선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구는 주사슬에 이소프로필리덴 구조를 도입하여 비결정 성질을 증대시킬 수 있는 무수물 단량체와 굽은 사슬구조 및 지방족 구조를 갖거나 강한 전자 끌게기를 가져 CTC를 낮출 수 있게 설계된 아민계 단량체, 그리고 가교된 구조가 가능한 멜라민 단량체들을 이용하여 우수한 열적 특성 및 광학 성질을 갖는 PI 필름을 제조하고자 한다.
제안 방법
- 이미드화 반응. 4가지의 시료 중에서 대표적으로 II 구조를 이용해서 PAA가 열처리됨에 따라 PI로 변화된 결과를 FTIR로 측정하였고 이를 Figure 4에 나타냈다. PAA에 존재하는 1541 cm-1인 -NH- 피크가 이미드 고리로 변화하여 -CNC-로 변화하는 1367 cm-1 피크를 확인하였으며 PI 구조에서는 -NH- 피크가 나타나지 않아 이미드 반응이 완벽하게 이루어졌음을 확인하였다.
- spectrometer(SHIMADZU UV-3600)를 사용하여 200∼800 nm 영역까지 1 nm 단위로 측정을 하였다.
- 광학적 특성을 관찰하기 위하여 각각 43∼50 μm 두께의 샘플을 준비하여 색차계(KONICA MINOLTA CM-3600D)로 측정하였고 동일한 샘플로 UV-Vis.
- 본 연구에서는 광학적 특성을 증가시키고자 이소프로필리덴 그룹을 갖는 무수물 단량체인 BPADA를 중심으로 아민계 단량체인 트리플루오로 메틸 그룹이 치환된 TFB, 굽은 사슬구조를 갖는 APS, 주사슬에 지방족 그룹 도입을 위한 MMCA, 굽은 사슬과 유연한 연결 고리를 갖는 BAPS를 각각 반응시켰다. 또한 이들의 물성을 증가시키고자 멜라민을 이용하여 가교된 PAA를 제조하였고 단계적인 열처리를 통해 PI 필름을 제조하였다. 제조된 필름은 각종 분석 기기를 통하여 열적 성질 및 광학적 특성을 조사하였다.
- 광학적 투명성. 본 연구에서 얻은 무색 투명한 PI 필름이 각각 단량체 구조에 따라 어떻게 변화되는지 그 정도를 측정하였다. 측정된 필름의 두께는 약 40∼50 um의 필름을 사용하였다.
- 본 연구에서는 광학적 특성을 증가시키고자 이소프로필리덴 그룹을 갖는 무수물 단량체인 BPADA를 중심으로 아민계 단량체인 트리플루오로 메틸 그룹이 치환된 TFB, 굽은 사슬구조를 갖는 APS, 주사슬에 지방족 그룹 도입을 위한 MMCA, 굽은 사슬과 유연한 연결 고리를 갖는 BAPS를 각각 반응시켰다. 또한 이들의 물성을 증가시키고자 멜라민을 이용하여 가교된 PAA를 제조하였고 단계적인 열처리를 통해 PI 필름을 제조하였다.
- 열-기계적 성질을 조사하기 위하여 열-기계 분석기(TMA, TA instrument TMA2940)를 이용하여 승온 속도 10 ℃/min으로 하중은 5 g 조건에서 측정하였고, 50∼150 ℃까지의 선 팽창 계수(coefficient of thermal expansion, CTE)를 계산하였다.
- 이렇게 얻어진 유리판에 코팅된 PAA 필름을 110, 140 ℃에서 각각 진공상태를 유지하여 완전히 제거되지 않은 DMAc 및 이미드화 반응시 생성되는 물 분자를 동시에 제거한다. 이후 질소기류 하에서 170, 200, 230, 250 ℃에서 각각 30분 동안 각각 열처리를 하여 최종 PI 필름을 제조하였다. 자세한 PI의 합성 조건에 따른 열처리 조건을 Table 1에 나타내었다.
- 특성 조사. 제조된 PI 필름의 열 특성을 조사하기 위하여 시차주사 열량계(DSC, METTER DSC823e)와 열 중량 분석기(TGA, TA instrument TA Q-500)를 이용하였으며, 승온 속도는 20 ℃/min으로 질소분위기 속에서 측정을 하였다. 열-기계적 성질을 조사하기 위하여 열-기계 분석기(TMA, TA instrument TMA2940)를 이용하여 승온 속도 10 ℃/min으로 하중은 5 g 조건에서 측정하였고, 50∼150 ℃까지의 선 팽창 계수(coefficient of thermal expansion, CTE)를 계산하였다.
- 또한 이들의 물성을 증가시키고자 멜라민을 이용하여 가교된 PAA를 제조하였고 단계적인 열처리를 통해 PI 필름을 제조하였다. 제조된 필름은 각종 분석 기기를 통하여 열적 성질 및 광학적 특성을 조사하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 재료로 무수물인 4,4′-(4,4′-isopropylidene-diphenoxy)bis(phthalic anhydride)(BPADA)와 멜라민은 Aldrich사에서 구입하여 사용하였고, 아민계로 사용된 2,2′-bis(trifluoromethyl)benzidine(TFB), bis(3-aminophenyl)sulfone(APS), 4,4′-methylenebis-(2-methylcyclohexylamine)(MMCA), 그리고 bis[4-(3-aminophenoxy)phenyl] sulfone(BAPS)는 TCI사에서 각각 구입하여 사용하였으며, 용매로는 N,N-dimetylacetamide(DMAc)를 Aldrich사로부터 구입하여 molecular sieve(4 Å)를 넣어 수분을 완전히 제거한 후 사용하였다.
- 측정된 필름의 두께는 약 40∼50 um의 필름을 사용하였다.
성능/효과
- TGA에 의한 열 분석 결과값을 역시 Table 2에 정리하였고, 그 결과 값을 Figure 2에 보여 주었다. 4 종류의 PI 모두 350 ℃ 이상의 높은 초기 2% 손실 값(TDi)을 나타내었다. I, II, III 및 IV는 각각 437, 392, 368, 518 ℃을 나타냈으며 지방족 구조가 도입된 III 구조가 가장 낮은 TDi을 나타내었다.
- 24 ppm/℃ 사이의 값을 보였다(Table 2 참조). 4 종류의 PI 중 가장 강직한 사슬 구조를 갖는 구조 I가 예상대로 46.89 ppm/℃ 값의 가장 낮은 열 팽창 특성을 보였으며, 주사슬에 에테르 그룹을 가지나 가장 이상적으로 하이퍼브랜치 형태를 갖는 구조 IV가 48.53 ppm/℃로 2번째로 낮은 열 팽창 특성을 보였다. 주사슬에 굽은 사슬 구조가 도입된 구조 II와 III는 61.
- 400 nm에서의 투과율은 61∼88%로 비교적 우수한 광학 특성을 나타냄을 확인하였고, DuPont사에서 현재 생산되어 판매하고 있는 Kapton 200 KN과 비교할 때 월등 우수한 빛 투과 특성을 보였다.
- BAPS인 IV 구조는 4 종류의 PI 중에서 518 ℃로 가장 높은 TDi 값을 나타내었는데, 이는 고분자의 반복단위 내에 보다 많은 방향족 벤젠 고리를 가지기 때문이며, 용액 중합 시 5 mole%의 멜라민과 무수물인 BPADA 분자, 그리고 BAPS 분자가 다른 구조에 비해 이상적으로 하이퍼 브랜치 형태를 가져 상대적으로 다른 구조에 비해 높은 TDi 값을 나타내었다. 600 ℃에서의 잔유량(wtR600)은 I, II, III, IV의 4 종류의 PI가 TDi 값과 동일한 경향성을 가진 결과값으로 나타났다.
- 이는 고온에서 지방족 단량체가 방향족에 비해 초기에는 상대적으로 저온에서 분해가 시작되기 때문으로 설명이 가능하다. BAPS인 IV 구조는 4 종류의 PI 중에서 518 ℃로 가장 높은 TDi 값을 나타내었는데, 이는 고분자의 반복단위 내에 보다 많은 방향족 벤젠 고리를 가지기 때문이며, 용액 중합 시 5 mole%의 멜라민과 무수물인 BPADA 분자, 그리고 BAPS 분자가 다른 구조에 비해 이상적으로 하이퍼 브랜치 형태를 가져 상대적으로 다른 구조에 비해 높은 TDi 값을 나타내었다. 600 ℃에서의 잔유량(wtR600)은 I, II, III, IV의 4 종류의 PI가 TDi 값과 동일한 경향성을 가진 결과값으로 나타났다.
- 4가지의 시료 중에서 대표적으로 II 구조를 이용해서 PAA가 열처리됨에 따라 PI로 변화된 결과를 FTIR로 측정하였고 이를 Figure 4에 나타냈다. PAA에 존재하는 1541 cm-1인 -NH- 피크가 이미드 고리로 변화하여 -CNC-로 변화하는 1367 cm-1 피크를 확인하였으며 PI 구조에서는 -NH- 피크가 나타나지 않아 이미드 반응이 완벽하게 이루어졌음을 확인하였다. PAA에서는 아미드(amide)결합과 산(acid)그룹에 존재하는 C=O 카르보닐 피크가 이미드화 반응이 진행됨에 따라 이미드 구조를 가지므로, 이미드 구조 내에 존재하는 두 개의 C=O를 가진 카르보닐 구조에서 1724 cm-1인 대칭과 1780 cm-1인 비대칭 운동을 각각 확인할 수 있었다.
- PAA에 존재하는 1541 cm-1인 -NH- 피크가 이미드 고리로 변화하여 -CNC-로 변화하는 1367 cm-1 피크를 확인하였으며 PI 구조에서는 -NH- 피크가 나타나지 않아 이미드 반응이 완벽하게 이루어졌음을 확인하였다. PAA에서는 아미드(amide)결합과 산(acid)그룹에 존재하는 C=O 카르보닐 피크가 이미드화 반응이 진행됨에 따라 이미드 구조를 가지므로, 이미드 구조 내에 존재하는 두 개의 C=O를 가진 카르보닐 구조에서 1724 cm-1인 대칭과 1780 cm-1인 비대칭 운동을 각각 확인할 수 있었다.
- PAA의 합성 및 PI 필름 제조. Scheme 1에 본 연구에서 사용된 PI의 구조, 출발 물질 및 합성 과정, 열처리에 따른 PI의 구조적 변화를 보였으며, 아울러 합성된 PI 필름의 다양한 구조도 나타내었다. 예를 들어, BPADA와 TFB를 이용한 PAA의 합성 방법은 다음과 같다: BPADA 1.
- 각 구조에 따라 제조된 PI 필름의 UV측정 결과를 Table 3과 Figure 5에 각각 나타내었으며, 초기 투과를 나타내는 cut off wave length(λo) 값이 I－IV 등 모든 구조의 단량체에서 400 nm 이하로, 가시광선 이전의 영역에서 빛을 투과하기 시작함을 알 수 있었다.
- 13으로 가장 높은 YI 값을 나타내었다. 그러나 제조된 4 종류의 필름 모두 YI 값이 3.0 이하로 매우 우수한 광학 특성을 나타냄을 확인하였다. 참고로 현재 상용화된 Kapton® 200 KN의 YI 값은 97.
- 제조된 필름의 Tg는 가장 강직한 사슬 구조를 갖는 I 구조가 가장 높게 나타났으며 동시에 강한 전자 끌게기인 트리플루오로 메틸기로 인해 가장 낮은 YI 값을 보였다. 한편 TDi와 wtR600 값은 가장 이상적으로 네트워크 구조를 갖는 IV가 가장 우수한 특성을 나타내었다.
- 한편 TDi와 wtR600 값은 가장 이상적으로 네트워크 구조를 갖는 IV가 가장 우수한 특성을 나타내었다. 제조된 필름의 광학적 특성은 Kapton® 200 KN 필름에 비해 모두 우수하였으며 열 팽창 계수는 단량체 구조에 따라 46.53∼64.24 ppm/℃ 사이의 값을 보였다.
- 는 가장 강직한 사슬 구조를 갖는 I 구조가 가장 높게 나타났으며 동시에 강한 전자 끌게기인 트리플루오로 메틸기로 인해 가장 낮은 YI 값을 보였다. 한편 TDi와 wtR600 값은 가장 이상적으로 네트워크 구조를 갖는 IV가 가장 우수한 특성을 나타내었다. 제조된 필름의 광학적 특성은 Kapton® 200 KN 필름에 비해 모두 우수하였으며 열 팽창 계수는 단량체 구조에 따라 46.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.