KR20170046681A - 나노 다공성 마이크로 구형의 폴리이미드 에어로젤 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예에 따른 폴리이미드 에어로젤 제조방법을 이용하면, 저온공정으로 제조가 가능하여 기존의 제조방법에 비해 시간과 에너지를 절약할 수 있고, 제작단가를 줄일 수 있으며, 나노크기의 기공을 가지면서 화학안정성, 단열 및 흡ㆍ탈착 특성이 뛰어난 마이크로 크기의 균일한 입자인 구형의 폴리이미드 에어로젤을 제조할 수 있다. 상기 구형의 폴리이미드 에어로젤은 뛰어난 물리적 특성으로 인하여 단열재, 약물전달 매체, 촉매 담지체 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.
Description
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 다공성 마이크로 구형의 폴리이미드 에어로젤의 입자 크기 분포를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 다공성 마이크로 구형의 폴리이미드 에어로젤을 SEM을 이용하여 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 다공성 마이크로 구형의 폴리이미드 에어로젤의 표면에 있는 나노 크기의 공극을 SEM을 이용하여 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 다공성 마이크로 구형의 폴리이미드 에어로젤의 비표면적 및 공극률을 측정한 데이터이다.
| 공극률 | 표면적 |
| 80% | 103 m2/g |
Claims (25)
- (B) 밀폐된 반응기 내에 위치한 있는 제1 용기 및 제2 용기를 가열하는 단계를 포함하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법으로서,
상기 제1 용기에는 폴리아믹산과 용매를 포함하는 폴리아믹산 용액이 담겨 있고, 상기 제2 용기에는 비용매가 담겨져 있으며,
상기 폴리아믹산은 하기 화학식 1의 구조를 가지고,
[화학식 1]
상기 및 는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 화학식 3a 내지 화학식 3f 중 하나의 구조를 가지며,
[화학식 3a]
[화학식 3b]
[화학식 3c]
[화학식 3d]
[화학식 3e]
[화학식 3f]
상기 -A2- 및 -A4-는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 화학식 4a 내지 화학식 4j 중 하나의 구조를 가지며,
[화학식 4a]
[화학식 4b]
[화학식 4c]
[화학식 4d]
[화학식 4e]
[화학식 4f]
[화학식 4g]
[화학식 4h]
[화학식 4i]
[화학식 4j]
상기 -X1 및 -X2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 화학식 5a 내지 화학식 5d 중 하나의 구조를 가지며,
[화학식 5a]
[화학식 5b]
[화학식 5c]
[화학식 5d]
상기 n1 및 n4는 모두 0이거나 또는 모두 1이고,
상기 n2 및 n3은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 이상이고 10,000 이하의 정수이며, 상기 n2와 상기 n3 중 적어도 하나는 0이 아닌 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 밀폐된 반응기는 오토클레이브이고;
상기 제1 용기와 상기 제2 용기는 하기 (i) 내지 (iii) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법:
(i) 상기 제1 용기는 상기 오토클레이브 내에 위치한 내열 용기이고, 상기 제2 용기는 상기 오토클레이브와 상기 내열 용기 사이의 공간,
(ii) 상기 제2 용기는 상기 오토클레이브 내에 위치한 내열 용기이고, 상기 제1 용기는 상기 오토클레이브와 상기 내열 용기 사이의 공간,
(iii) 상기 제1 용기는 상기 오토클레이브 내에 위치한 제1 내열 용기이고, 상기 제2 용기는 상기 오토클레이브 내에 위치한 제2 내열 용기인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 n1 및 상기 n4는 모두 0이거나 또는 모두 1인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 용매는 N-메틸피롤리돈(NMP), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF) 및 이들 2종 이상의 혼합물 중에서 선택되고;
상기 비용매는 아세톤, 에틸아세테이트 및 이들 2종 이상의 혼합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법. - 제4항에 있어서, 상기 용매는 NMP와 DMAc를 부피비 1 : 0.5 내지 2로 혼합한 용매이고,
상기 비용매는 아세톤과 에틸아세테이트를 부피비 1 : 0.5 내지 2로 혼합한 비용매인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 가열은 200 내지 350 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 폴리이미드 에어로젤의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 가열을 위한 승온은 1 내지 50 ℃/분의 속도로 수행하는 것을 특징으로 폴리이미드 에어로젤의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 가열은 70 내지 90 ℃에서 45 내지 75 분, 130 내지 170 ℃에서 20 내지 40 분, 180 내지 220 ℃에서 20 내지 40 분, 230 내지 250 ℃에서 20 내지 40 분, 320 내지 380 ℃에서 100 내지 140 분 동안 단계적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (B) 단계 전에 (A) 1종 또는 2종의 이무수물과 1종 또는 2종의 디아민을 중합시켜 상기 폴리아믹산 용액을 수득하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 폴리아믹산은 하기 화학식 1a의 구조를 가지며,
[화학식 1a]
상기 , 및 는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 상기 화학식 3a 내지 화학식 3f 중 하나의 구조를 가지며,
상기 -A2- 및 -A4-는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 상기 화학식 4a 내지 화학식 4j 중 하나의 구조를 가지며,
상기 n2 및 n3은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 이상이고 10,000 이하의 정수이며, 상기 n2와 상기 n3 중 적어도 하나는 0이 아닌 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법. - 제9항에 있어서, 상기 n2와 상기 n3의 비율(n2 : n3)은 1 : 20 내지 20 : 1인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리이미드 에어로젤의 제조방법은 상기 (B) 단계 전에
(A') 1종 또는 2종의 이무수물과 1종 또는 2종의 디아민을 반응시키는 단계, 및
(A'') 상기 (A') 단계의 반응 생성물 용액에 1종 또는 2종의 엔드 캡핑제를 첨가하여 엔드 캡핑시키는 단계를 포함하고,
상기 폴리아믹산은 하기 화학식 1의 구조를 가지고,
[화학식 1]
상기 및 는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 상기 화학식 3a 내지 화학식 3f 중 하나의 구조를 가지며,
상기 -A2- 및 -A4-는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 상기 화학식 4a 내지 화학식 4j 중 하나의 구조를 가지며,
상기 -X1 및 -X2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 상기 화학식 5a 내지 화학식 5d 중 하나의 구조를 가지며,
상기 n1 및 n4는 모두 1이고,
상기 n2 및 n3은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 이상이고 10,000 이하의 정수이며, 상기 n2와 상기 n3 중 적어도 하나는 0이 아닌 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법. - 제11항에 있어서, 상기 n1과 n4는 모두 1이고,
상기 n1과 상기 n2의 비율(n1 : n2)은 1 : 1 내지 1 : 20이며,
상기 n1과 상기 n3의 비율(n1 : n3)은 1 : 1 내지 1 : 20이며,
상기 n2와 상기 n3의 비율(n2 : n3)은 1 : 20 내지 20 : 1인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법. - 제11항에 있어서, 상기 (B) 단계는 (B') 상기 폴리아믹산을 이미드화하는 단계, 및 (B'') 상기 X1과 X2를 부위를 가교 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법.
- 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1종 또는 2종의 이무수물은 피로멜리트산 이무수물(PMDA), 4,4'-옥시디프탈산 이무수물(ODPA), 3,3',4,4'-바이페닐테트라카르복실산 이무수물(BPDA), 3,3'4,4'-벤조페논테트라카르복실산 이무수물(BTDA), 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 이무수물(6FDA), 3,3',4,4'-디페닐술폰테트라카르복실산 이무수물(DSDA) 중에서 선택된 1종 또는 2종인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법.
- 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1종 또는 2종의 디아민은 4,4'-옥시다이아닐린(4,4'-ODA), 페닐메틸 디아민, 3,4'-옥시다이아닐린(3,4'-ODA), 1,4-페닐렌 다이아민(1,4-PDA), 4,4'-설포닐다이아닐린(4,4'-DDS), 2,2'-비스(3-아미노-4-하이드록시페닐)-헥사플루오로프로판(AHHFP), 2,2'-비스(4-아미노페닐)-헥사플루오로프로페인(BAPFP), 4,4'-다이아미노다이페닐메테인(MDA), 비스(4-아미노페닐)설폰(BAPS), 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]설폰, 비스[4-(3-아미노페녹시)페닐]설폰 중에서 선택된 1종 또는 2종인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법.
- 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1종 또는 2종의 엔드 캡핑제는 모노메틸 5-노보넨-2,3-디카르복실레이트(화학식 7a), 디메틸 5-노보넨-2,3-디카르복실레이트(화학식 7b), cis-5-노보넨-endo-2,3-디카르복실산(화학식 7c), cis-노보넨-endo-2,3-디카르복실산 무수물(화학식 7d), cis-노보넨-exo-2,3-디카르복실산 무수물(화학식 7e), 3-아미노페닐 아세틸렌(화학식 7f), 말레산 무수물(화학식 7g), 3-아미노페닐 시클로부텐(화학식 7h) 중에서 선택된 1종 또는 2종인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법:
[화학식 7a]
[화학식 7b]
[화학식 7c]
[화학식 7d]
[화학식 7e]
[화학식 7f]
[화학식 7g]
[화학식 7h]
. - 제1항에 있어서, 상기 폴리아믹산 용액에서 폴리아믹산의 함량은 용액 전체 중량을 기준으로 5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법.
- 제9항 또는 제11항에 있어서, 상기 폴리아믹산 용액은 충진제를 추가로 포함하고,
상기 충진제는 실리카, 클레이, 지르코늄 및 이들 2종 이상의 혼합물 중에서 선택되며,
상기 충진제는 상기 폴리아믹산 용액 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 10 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법. - 제18항에 있어서, 상기 충진제는 상기 (A) 단계 또는 (A') 단계에서 투입되는 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤의 제조방법.
- 하기 화학식 2의 구조를 가지는 폴리이미드 에어로젤:
[화학식 2]
상기 및 는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 화학식 3a 내지 화학식 3f 중 하나의 구조를 가지며,
[화학식 3a]
[화학식 3b]
[화학식 3c]
[화학식 3d]
[화학식 3e]
[화학식 3f]
상기 -A2- 및 -A4-는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 화학식 4a 내지 화학식 4j 중 하나의 구조를 가지며,
[화학식 4a]
[화학식 4b]
[화학식 4c]
[화학식 4d]
[화학식 4e]
[화학식 4f]
[화학식 4g]
[화학식 4h]
[화학식 4i]
[화학식 4j]
상기 와 상기는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 하기 화학식 6의 구조를 가지며,
[화학식 6]
상기 n1 및 n4는 모두 0이거나 또는 모두 1이고,
상기 n2 및 n3은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 이상이고 10,000 이하의 정수이며, 상기 n2와 상기 n3 중 적어도 하나는 0이 아닌 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤. - 제20항에 있어서, 상기 n1 및 n4는 모두 1이고;
상기 폴리이미드 에어로젤은 동적 광 산란법에 따라 측정된 입자 크기는 3 내지 6 μm이며,
BET 분석법 및 수은 압입법에 의해 분석된 공극률은 70% 내지 90%이고,
질소 BET 분석법에 의한 비표면적은 95 내지 110 m2/g이며,
BJH 방법에 따라 측정된 공극 크기는 2 내지 100 nm이고,
BJH 방법에 따라 측정된 최대 분포의 공극 크기는 2 내지 7 nm이며,
수은 압입법에 측정된 공극 크기는 4 내지 100 nm이고,
BJH 방법에 따라 측정된 최대 분포의 공극 크기는 10 내지 20 nm이며,
TGA 분석에 따라 측정된 1% 분해 온도가 500 내지 515 ℃이고,
TGA 분석에 따라 측정된 10% 분해 온도가 560 내지 570 ℃이며,
DSC 분석에 따라 측정된 유리 전이 온도가 430 내지 450 ℃인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤. - 제20항에 있어서, 상기 폴리이미드 에어로젤은 제9항 또는 제10항에 따라 제조된 것임을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤.
- 제23항에 있어서, 상기 폴리이미드 에어로젤은 동적 광 산란법에 따라 측정된 입자 크기는 3 내지 6 μm이며,
BET 분석법 및 수은 압입법에 의해 분석된 공극률은 70% 내지 90%이고,
질소 BET 분석법에 의한 비표면적은 95 내지 110 m2/g이며,
BJH 방법에 따라 측정된 공극 크기는 2 내지 100 nm이고, BJH 방법에 따라 측정된 최대 분포의 공극 크기는 2 내지 7 nm이며,
수은 압입법에 측정된 공극 크기는 4 내지 100 nm이고, BJH 방법에 따라 측정된 최대 분포의 공극 크기는 10 내지 20 nm이며,
TGA 분석에 따라 측정된 1% 분해 온도가 500 내지 515 ℃이고,
TGA 분석에 따라 측정된 10% 분해 온도가 560 내지 570 ℃이며,
DSC 분석에 따라 측정된 유리 전이 온도가 320 내지 340 ℃인 것을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤. - 제23항에 있어서, 상기 폴리이미드 에어로젤은 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따라 제조된 것임을 특징으로 하는 폴리이미드 에어로젤.
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