폴리이미드

Polyimide
폴리이미드의 일반 화학구조

폴리이미드(polyimide, 때로는 약칭 PI)는 고성능 플라스틱의 등급에 속하는 이미드 모노머의 폴리머다. 높은 내열성을 가진 폴리이미드는 고온 연료전지, 디스플레이, 다양한 군사 역할과 같이 견고한 유기 물질을 요구하는 역할에서 다양한 응용을 즐긴다. 고전적인 폴리이미드는 카프톤으로, 파이로멜라틱 디아나이드와 4,4'-옥시디아닐린이 응축되어 생산된다.[1]

역사

최초의 폴리이미드는 1908년 보고르트와 렌쇼에 의해 발견되었다.[2] 그들은 4-아미노 프탈릭 무수화물이 가열될 때 녹지 않고 고분자 중량의 폴리이미드가 형성될 때 물을 방출한다는 것을 발견했다. 첫 번째 반음극 폴리이미드는 에드워드와 로빈슨에 의해 직경과 테트라산 또는 직경과 디아시드/다이어의 용융에 의해 준비되었다.[3]

그러나 상업적으로 중요한 최초의 폴리이미드인 카프톤은 1950년대에 수용성 고분자 전구체가 포함된 고분자중량 폴리이미드의 합성을 위한 성공적인 루트를 개발한 듀폰트 노동자들에 의해 개척되었다. 오늘날까지 이 경로는 대부분의 폴리이미드 생산을 위한 주요 경로가 되고 있다. 폴리이미드는 1955년부터 대량생산에 들어갔다. 폴리이미드 분야는 다양한 방대한 서적과[4][5][6] 리뷰 기사로 다루어져 있다.[7][8]

분류

주요 사슬의 구성에 따라 폴리이미드는 다음과 같이 될 수 있다.

  • 앨리파틱,
  • 반자동(alipharomic이라고도 함),
  • 방향족: 이것들은 온도 조절 능력 때문에 가장 많이 사용되는 폴리이미드다.

메인 체인 간의 상호작용 유형에 따라 폴리이미드는 다음과 같은 것이 될 수 있다.

  • 열가소성 수지: 흔히 가성가소성 수지라고 부른다.
  • 열경화: 무담보 수지, 폴리이미드 용액, 재고 모양, 얇은 시트, 라미네이트 및 가공 부품으로 시중에서 구입할 수 있다.

합성

폴리이미드를 제조할 수 있는 몇 가지 방법은 다음과 같다.

디아민과 디아나이드의 중합은 폴리(아미드산)를 먼저 준비하거나 1단계 방법으로 직접 준비하는 2단계 방법으로 진행할 수 있다. 2단계 방법은 폴리이미드 합성에 가장 널리 사용되는 절차다. 처음에는 폴리이미드에 대한 두 번째 단계에서 추가 처리 후 사이클링되는 용해성 폴리(암산)가 준비된다. 최종 폴리이미드는 대부분의 경우 방향성 구조로 인해 불용성이고 불용성인 경우가 많기 때문에 2단계 과정이 필요하다.

Polyimide Formation (schematic) V1.png

이러한 물질에 대한 전구체로 사용되는 디아나트륨에는 파이로멜리틱 디아나트륨, 벤조퀴노네테트라박시리 디아나트륨, 나프탈렌 테트라카복시 디아나리드가 포함된다. 일반적인 직경 구성 요소로는 4,4'-다이아미노데닐 에테르("DAPE"), 메타페닐렌디아민("MDA") 및 3,3-다이아미노디페닐메탄 등이 있다.[1] 수백 개의 직경과 디아나이드 성분이 이러한 물질의 물리적, 특히 처리 특성을 조정하기 위해 검사되었다. 이러한 물질은 용해성이 없고 연화 온도가 높은 경향이 있는데 평면 서브유닛 사이의 전하 전달 상호작용에서 발생한다.[9]

분석

이미지화 반응은 IR 분광법을 통해 따를 수 있다. IR 스펙트럼은 3400~2700cm−1(OH 스트레치), ~1720~1660(아미드 C=O), ~1535cm−1(C-N 스트레치)에서 폴리(암산)의 흡수 밴드가 사라지는 반응에 의해 특징지어진다. 동시에 ~1780(C=O점자), ~1720(C=O symm), ~1360(C-N 스트레치), ~1160 및 745cm−1(이미드 링 변형)에서 특성 이미드 밴드의 외관을 관찰할 수 있다.[10]

특성.

열경화성 폴리이미드는 열 안정성, 우수한 화학 저항성, 우수한 기계적 특성, 특징적인 주황색/노란색으로 알려져 있다. 흑연 또는 유리섬유 보강재와 혼합된 폴리이미드는 최대 340 MPa(49,000 psi)의 휨강도와 2만1000 MPa(300,000 psi)의 휨강도를 가지고 있다. 열성 고분자 매트릭스 폴리이미드는 매우 낮은 크리프와 높은 인장 강도를 나타낸다. 이러한 특성은 최대 232 °C(450 °F)의 온도로 연속 사용하는 동안 유지되며, 짧은 편위의 경우 최대 704 °C(1,299 °F)까지 유지된다.[11] 성형된 폴리이미드 부품과 라미네이트는 내열성이 매우 좋다. 이러한 부품과 라미네이트의 정상 작동 온도는 극저온에서 260 °C(500 °F)를 초과하는 온도까지 다양하다. 폴리이미드는 또한 본질적으로 불꽃 연소에 내성이 있으며, 일반적으로 난연제와 혼합할 필요가 없다. 대부분은 VTM-0의 UL 등급을 가지고 있다. 폴리이미드 라미네이트는 400시간의 249 °C(480 °F)에서 휨 강도 반감기를 가진다.

일반적인 폴리이미드 부품은 탄화수소, 에스테르, 에테르, 알코올 및 프리온 등 일반적으로 사용되는 용매와 오일의 영향을 받지 않는다. 그들은 또한 약한 산에 저항하지만 알칼리나 무기산을 포함하는 환경에서는 사용하지 않는 것이 좋다. CP1과 CORIN XLS와 같은 일부 폴리이미드는 용매 용해성이 뛰어나고 광학적 선명도가 높다. 용해성 특성은 분무 및 저온 치료 용도에 적합하게 한다.

적용들

Kapton 포일로 만든 열전도성 패드, 두께 약 0.05 mm
카프톤 접착테이프 롤

절연 및 패시브 필름

폴리이미드 재료는 가볍고 유연하며 열과 화학물질에 내성이 있다. 따라서, 그것들은 유연한 케이블과 자석 와이어의 절연 필름으로 전자 산업에서 사용된다. 예를 들어 노트북 컴퓨터에서 메인 로직 보드를 디스플레이에 연결하는 케이블(노트북을 열거나 닫을 때마다 구부러져야 함)은 구리 도체가 있는 폴리이미드 베이스인 경우가 많다. 폴리이미드 영화의 예로는 Apical, Kapton, UPILEX, VTEC PI, Norton TH, Kaptrex 등이 있다.

폴리옥시디페닐렌피로멜리티미드, "Kapton"의 구조.

폴리이미드는 의료용이나 고온의 응용을 위해 광섬유를 코팅하는 데 사용된다.[12]

폴리이미드 수지를 추가로 사용하는 것은 집적회로 및 MEMS 칩 제조에서 절연층과 패시브[13] 층이다. 폴리이미드 층은 기계적 연장과 인장 강도가 좋으며, 폴리이미드 층간 또는 폴리이미드 층과 퇴적 금속 층 사이의 접착에도 도움이 된다. 금필름과 폴리이미드필름 사이의 최소 상호작용은 폴리이미드필름의 고온 안정성과 결합되어 다양한 유형의 환경적 스트레스를 받을 때 신뢰할 수 있는 절연을 제공하는 시스템이 된다.[14][15] 폴리이미드는 휴대전화 안테나의 기판으로도 쓰인다.[16]

우주선에 사용되는 다층 단열재는 보통 알루미늄, 은, 금, 게르마늄의 얇은 층으로 코팅된 폴리이미드로 만들어진다. 우주선 외부에서 흔히 볼 수 있는 금색 물질은 일반적으로 알루미늄으로 된 단일 폴리이미드인데, 알루미늄으로 된 단일 층이 안으로 향한다.[17] 황갈색의 폴리이미드는 표면에 금빛 같은 색을 준다.

기계 부품

폴리이미드 파우더는 소결 기술(열압축성형, 직접성형, 이소스타틱 누름)을 이용해 부품과 형상을 만들 수 있다. 높은 온도에서도 높은 기계적 안정성 때문에 까다로운 용도에서 부시, 베어링, 소켓 또는 건설적인 부품으로 사용된다. 트라이버로지 특성을 개선하기 위해 흑연, PTFE 또는 몰리브덴 황화물과 같은 고체 윤활유를 사용한 화합물이 일반적이다. 폴리이미드 부품과 모양은 P84 NT, VTEC PI, 멜딘, 베스펠, 플라비스를 포함한다.

필터

석탄화력발전소나 폐기물 소각로, 시멘트 공장에서는 폴리이미드 섬유로 뜨거운 가스를 걸러낸다. 이 애플리케이션에서는 폴리이미드 바늘 펠트가 배기 가스에서 먼지와 입자 물질을 분리한다.

폴리이미드는 또한 물의 정화에 역삼투압 필름에 사용되는 가장 흔한 재료로, 또는 단풍 시럽 생산과 같은 물에서 나오는 희석 물질의 농도를 말한다.[18][19]

기타

폴리이미드는 유연성 및 화학적 저항성과 결합된 파열 압력 저항성을 위해 의료용 튜브(예: 혈관 카테터)에 사용된다.

반도체 산업은 고온 접착제로 폴리이미드를 사용하며 기계적인 응력 완충제로도 사용된다.

일부 폴리이미드는 포토레지스트처럼 사용될 수 있다; 포토레지스트 같은 폴리에이디드의 "양성"과 "음성" 타입이 모두 시장에 존재한다.

IKAROS 태양열 항해 우주선은 로켓 엔진 없이 작동하기 위해 폴리이미드 수지 돛을 사용한다.[20]

참고 항목

참조

  1. ^ a b 라이트, 월터 W.와 할덴-아버튼, 마이클(2002) 웨일리-VCH 웨인하임 울만 산업화학 백과사전 '폴리미데스' doi:10.1002/14356007.a21_253
  2. ^ Bogert, Marston Taylor; Renshaw, Roemer Rex (1 July 1908). "4-Amino-0-Phthalic Acid and Some of ITS Derivatives.1". Journal of the American Chemical Society. 30 (7): 1135–1144. doi:10.1021/ja01949a012. hdl:2027/mdp.39015067267875. ISSN 0002-7863.
  3. ^ US 2710853, Edwards, W. M.; Robinson, I. M. "Polyimides of Pyromellic acid"
  4. ^ Palmer, Robert J.; Updated by Staff (27 January 2005), "Polyamides, Plastics", in John Wiley & Sons, Inc. (ed.), Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc., pp. 1612011916011213.a01.pub2, doi:10.1002/0471238961.1612011916011213.a01.pub2, ISBN 978-0-471-23896-6, retrieved 2 December 2020
  5. ^ Polyimides : fundamentals and applications. Ghosh, Malay K., Mittal, K. L., 1945-. New York: Marcel Dekker. 1996. ISBN 0-8247-9466-4. OCLC 34745932.CS1 maint: 기타(링크)
  6. ^ Polyimides. Wilson, D. (Doug), Stenzenberger, H. D. (Horst D.), Hergenrother, P. M. (Paul M.). Glasgow: Blackie. 1990. ISBN 0-412-02181-1. OCLC 19886566.CS1 maint: 기타(링크)
  7. ^ Sroog, C.E. (August 1991). "Polyimides". Progress in Polymer Science. 16 (4): 561–694. doi:10.1016/0079-6700(91)90010-I.
  8. ^ Hergenrother, Paul M. (27 July 2016). "The Use, Design, Synthesis, and Properties of High Performance/High Temperature Polymers: An Overview". High Performance Polymers. 15: 3–45. doi:10.1177/095400830301500101. S2CID 93989040.
  9. ^ Liaw, Der-Jang; Wang, Kung-Li; Huang, Ying-Chi; Lee, Kueir-Rarn; Lai, Juin-Yih; Ha, Chang-Sik (2012). "Advanced polyimide materials: Syntheses, physical properties and applications". Progress in Polymer Science. 37 (7): 907–974. doi:10.1016/j.progpolymsci.2012.02.005.
  10. ^ K. Faghihi, J. Appl. Polym. Sci, 2006, 102, 5062–5071. Y. 쿵과 S. 시아오, J. Matter. Chem, 2011년, 1746–1754. L. Burakowski, M. Leali, M. 안젤로, 마터 2010, 13, 245–252.
  11. ^ P2SI 900HT 기술 시트. proofresearchacd.com
  12. ^ Huang, Lei; Dyer, Robert S.; Lago, Ralph J.; Stolov, Andrei A.; Li, Jie (2016). "Mechanical properties of polyimide coated optical fibers at elevated temperatures". In Gannot, Israel (ed.). Optical Fibers and Sensors for Medical Diagnostics and Treatment Applications XVI. Optical Fibers and Sensors for Medical Diagnostics and Treatment Applications XVI. 9702. pp. 97020Y. doi:10.1117/12.2210957. S2CID 123400822.
  13. ^ Jiang, Jiann-Shan; Chiou, Bi-Shiou (2001). "The effect of polyimide passivation on the electromigration of Cu multilayer interconnections". Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 12 (11): 655–659. doi:10.1023/A:1012802117916. S2CID 136747058.
  14. ^ 크라카우어, 데이비드 (2006년 12월) 디지털 고립은 도전적인 디자인 문제에 대한 작고 저렴한 솔루션을 제공한다. analog.com
  15. ^ Chen, Baoxing. iocPower 기술을 적용한 iCoupler 제품: 마이크로트랜스포머를 이용한 격리장벽을 통한 신호 및 전력전달. analog.com
  16. ^ "Apple to adopt speedy LCP circuit board tech across major product lines in 2018".
  17. ^ "Thermal Control Overview" (PDF). Sheldahl Multi Layer Insulation. Retrieved 28 December 2015.
  18. ^ 역삼투수 유연제란 무엇인가? 지혜로운그물을 치다
  19. ^ 슈에이, 해리 F.와 완, 완케이(1983년 12월 22일) 미국 특허 4,532,041 비대칭 폴리이미드 역삼투막, 이를 준비하여 유기액 분리에 사용하는 방법.
  20. ^ Courtland, Rachel (10 May 2010). "Maiden voyage for first true space sail". The New Scientist. Retrieved 11 June 2010.

추가 읽기

외부 링크