制备聚酰亚胺的方法及使用该方法制得的聚酰亚胺 【技术领域】
[1]本发明涉及一种制备具有极好耐热性和加工性的聚酰亚胺的方法，且更具体而言，涉及一种制备聚酰亚胺的方法，所述聚酰亚胺具有极好的加工性和在低温固化过程中合乎需要的机械强度，因而可以用作金属层压板的绝缘膜或用作印刷基材或硬盘的覆膜，以及用该方法制备的聚酰亚胺。
[2]本申请要求享有于2007年2月9日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2007-0013857的优先权，其公开内容在此全部引入作为参考。
背景技术
[3]聚酰亚胺树脂被用于形成膜型(薄膜型)柔性聚酰亚胺金属层压板(其中将聚酰亚胺膜和金属薄板或金属包层固定在一起)，以及用于柔性印刷基材或硬盘的覆膜。柔性聚酰亚胺金属层压板的实例包括包含厚度5～20μm的铜包层和厚度2～100μm的聚酰亚胺树脂层的柔性覆铜层压板。将柔性聚酰亚胺金属层压板使用如曝光、显影和蚀刻的工艺加工以便在金属薄板上形成预定的电路图形。因此，柔性聚酰亚胺金属层压板被用作在电子器件、数字摄像机、移动电话等中的胶带自动粘合(TAB)产品，所述胶带自动粘合(TAB)产品能被分为其中在金属薄板上形成导线的IC(集成电路)组件和柔性连接电缆。
[4]柔性聚酰亚胺金属层压板的实例包括：采用借助于粘合剂将聚酰亚胺树脂膜和金属薄板粘接在一起的层压工艺生产的三层金属层压板，和其中将聚酰亚胺附着到金属薄板的一面上但不使用粘合剂的双层金属层压板。与三层金属层压板相比，从耐热性、细距、明亮度和微薄(slimness)和多层的角度而言，双层金属层压板更好。因此，对双层金属层压板的需求迅速增长。双层柔性聚酰亚胺金属层压板的生产工艺的实例可包括涂布作为聚酰亚胺树脂前体的聚酰胺酸溶液并且然后加热聚酰胺酸溶液以进行酰亚胺化反应的流延法。
[5]关于使用层压法和流延法的柔性聚酰亚胺金属层压板的制备，使作为聚酰亚胺树脂前体溶液的聚酰胺酸溶液在250℃或更高的温度下固化以进行酰亚胺化反应，由此生产柔性聚酰亚胺树脂。然而，该生产聚酰亚胺树脂的问题在于，当要求提高生产效率时，由于在高温下进行热处理而需要放大加热设备。
[6]而且，制备聚酰亚胺树脂的已知方法的问题在于，因为酰亚胺化反应在溶液状态下进行并且在酰亚胺化反应之后在如甲醇的溶剂中进行沉淀以获得固体，所以需要将要加工的固体溶解在溶剂中。
【发明内容】
技术问题
[7]本发明人发现，当在聚酰亚胺制备过程中把催化剂加入聚酰胺酸溶液中时可以在低温下制备具有极好耐热性和加工性的聚酰亚胺，由此完成了本发明。
[8]因此，本发明的一个目的是提供制备聚酰亚胺的方法，其在低温下使用催化剂而酰亚胺化。
[9]本发明的另一个目的是提供由该方法制备的聚酰亚胺。
技术方案
[10]为了达到上述目的，本发明提供了一种制备聚酰亚胺的方法，其包括：a)使用二酸酐溶剂制备聚酰胺酸溶液，b)将催化剂加入聚酰胺酸溶液中，c)涂布包含催化剂的聚酰胺酸溶液，和d)干燥并固化所涂布的聚酰胺酸溶液以进行酰亚胺化反应。
[11]此外，本发明提供了由该聚酰亚胺制备方法制备的聚酰亚胺。
[12]而且，本发明提供了包括聚酰亚胺的金属层压板。
[13]而且，本发明提供了包括聚酰亚胺的金属层压板的覆膜。
有益效果
[14]在根据本发明的制备聚酰亚胺的方法中，由于先涂布聚酰胺酸溶液然后进行酰亚胺化，所以不必为了制备聚酰亚胺而另外在溶剂中溶解固体。因此可简化制备聚酰亚胺的方法。另外，根据本发明的方法制备地聚酰亚胺具有极好的加工性和在低温固化过程中合乎需要的机械强度。因此，制备效率得以提高。而且，聚酰亚胺具有极好的耐热性和加工性，因此易于用作金属层压板的绝缘膜或印刷基材或硬盘的覆膜。
【具体实施方式】
[15]本发明提供了一种制备聚酰亚胺的方法，其包括如下步骤：a)使用二酸酐、二胺和溶剂制备聚酰胺酸溶液，b)将催化剂加入聚酰胺酸溶液中，c)涂布包含催化剂的聚酰胺酸溶液，和d)干燥并固化所涂布的聚酰胺酸溶液以进行酰亚胺化反应。
[16]在本发明中，在步骤a中，聚酰胺酸溶液采用二酸酐、二胺和溶剂制备。该聚酰胺酸溶液可采用由式1表示的二酸酐和由式2表示的二胺根据相关技术中已知的方法制备。
[17][式1]
[18]
[19]其中X1是选自下组中的一个或多个：
[20]
[21]Y1和Y2各自独立地或同时选自下组中：直接键、-O-、-CO-、-S-、-SO2-、-C(CH3)2-、-CONH、-(CH2)n1-、-O(CH2)n2O-、-COO(CH2)n3OCO-和卤素，以及
[22]n1、n2和n3各自独立地是1～5范围内的整数。
[23][式2]
[24]H2N-X2-NH2
[25]其中，X2是选自下组中的一个或多个：
[26]
[27]Y1和Y2各自独立地或同时选自下组中：直接键、-O-、-CO-、-S-、-SO2-、-C(CH3)2-、-CONH、-(CH2)n1-、-O(CH2)n2O-、-COO(CH2)n3OCO-和卤素，以及
[28]n1、n2和n3各自独立地是1到5范围内的整数。
[29]特别地，在制备聚酰胺酸溶液的方法中，将一种或多种式2所示的二胺化合物溶于溶剂，以及将一种或多种式1所示的二酸酐化合物加入溶液中以与该溶液反应。优选将二胺和二酸酐在0～5℃下反应24小时。就此而论，优选将二酸酐和二胺以1∶0.9～1∶1.1的摩尔比彼此混合。若二胺与二酸酐的摩尔比小于0.9或多于1.1，则分子量降低，就难以制备具有极好机械性能的聚酰亚胺，并且由于降低的粘度导致难以进行涂布和其它步骤。
[30]特别地，二酸酐可以是选自下组中的一种或多种：PMDA(苯均四酸二酐(pyromellitic dianhydride))、BPDA(3，3’，4，4’-联苯四甲酸二酐(3，3’，4，4’-biphenyltetracarboxylic dianhydride))、BTDA(3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐(3，3’，4，4’-benzophenonetetracarboxylic dianhydride))、ODPA(4，4’-氧双邻苯二甲酸酐(4，4’-oxydiphthalic anhydride))、BPADA(4，4’-(4，4’-异丙基二苯氧基)双邻苯二甲酸酐(4，4’-(4，4’-isopropylbiphenoxy)biphthalic anhydride))、6FDA(2，2’-双-(3，4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(2，2’-bis-(3，4-dicarboxylphenyl)hexafluoropropane dianhydride))和TMEG(乙二醇双(偏苯三酸酐酯)(ethyleneglycolbis(anhydro-trimellitate)))，但不局限于这些。
[31]二胺可以是选自下组中的一种或多种：p-PDA(对苯二胺)、m-PDA(间苯二胺)、4，4’-ODA(4，4’-氧二苯胺)、3，4’-ODA(氧二苯胺)、BAPP(2，2-双(4-[4-氨基苯氧基]-苯基)丙烷)、TPE-R(1，3-双(4-氨基苯氧基)苯)和m-BAPS(2，2-双(4-[3-氨基苯氧基]苯基)砜)，但不局限于这些。
[32]可使用一般的有机溶剂。特别地，溶剂可以是选自下组中的一种或多种：N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、四氢呋喃(THF)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)、环己烷、乙腈和其混合物，但不局限于这些。
[33]优选聚酰胺酸溶液中的聚酰胺酸含量为基于聚酰胺酸溶液总重量的10～30wt％。若聚酰胺酸含量小于10wt％，则不必要地增加了所用溶剂的量。若聚酰胺酸的含量大于30wt％，则由于溶液极高的粘度导致难以进行均匀的涂布。
[34]根据本发明，除了上述化合物外，必要时，可以少量加入二酸酐和二胺，以及为了易于进行涂布或固化或改善其它物理性能，可加入一种或多种选自下组中的试剂：消泡剂、凝胶抑制剂和另外的固化促进剂。
[35]在本发明中，在步骤b期间，将催化剂加入聚酰胺酸溶液中。就此而论，优选将催化剂的加入量为基于聚酰胺酸固体总重量的0.1～20wt％。
[36]若催化剂的含量小于0.1wt％，则降低了在固化过程中固化温度降低的效果。若催化剂的含量大于20wt％，则催化剂的量相对于总重量相对增加，这会影响薄膜的物理性能。而且，即使含量大于上述限度，也并不能获得更好的效果。
[37]催化剂的实例可包括选自下组中的一种或多种化合物：叔胺、仲胺、三唑、膦和丙二腈。催化剂的具体实例包括1，4-二氮杂双环[2，2，2]辛烷、1，8-二氮杂双环[5，4，0]-十一碳烯、2，6-二甲基哌啶、三乙胺、N，N，N，N’-四甲基乙二胺、三苯基瞵、4-二甲氨基吡啶、三丙胺、三丁胺、三辛胺、N，N-二甲基苄胺、1，2，4-三唑和三异丁胺，但不局限于这些。
[38]在本发明中，在步骤c期间，将包含催化剂的聚酰胺酸溶液涂布到其上用金属带、透明导电薄膜和金属电极覆盖的基材上。涂布聚酰胺酸溶液的方法的实例可包括口模式涂布法(die coatermethod)、刮刀式涂布法(comma coater method)、反向刮刀式涂布法(reverse comma coater method)和凹版涂布法(gravure coater method)。除了它们以外，可使用相关领域已知的常规涂布方法。
[39]在本发明中，在步骤d期间，将所涂布的聚酰胺酸溶液干燥并固化以进行酰亚胺化反应。优选在50～140℃下干燥2～60分钟以及在150～230℃下固化10～120分钟。
[40]在根据本发明的制备方法中，使用其中加入了催化剂的聚酰胺酸溶液在小于250℃的低温下进行酰亚胺化反应。
[41]此外，本发明提供了由该制备方法制备的聚酰亚胺。
[42]采用所述聚酰胺酸溶液制备的聚酰亚胺聚合物可由下式3表示。
[43][式3]
[45]其中X1和X2与式1和2中的那些相同。
[46]而且，本发明提供了包括聚酰亚胺的金属层压板。
[47]金属层压板可具有双层结构或三层结构。例如，双层柔性聚酰亚胺金属层压板可采用流延法制备。特别地，将根据本发明的包含催化剂的聚酰亚胺前体溶液的聚酰胺酸溶液连续地流延到金属带上。就此而论，优选将聚酰亚胺前体溶液流延到金属带上至厚度5～500μm。随后，将流延薄膜在50～140℃下加热2～60分钟以形成挥发性组分含量为10～30wt％的自支撑固体膜。将该自支撑固体膜的两端夹到设置在能沿钢轨移动的一对链上的多个薄膜夹具上，然后将固体膜放入到连续加热炉中。可将固体膜在该炉中在150～230℃下加热10～120分钟以进行酰亚胺化反应，以便以厚度1～100μm形成挥发性组分含量小于1wt％的聚酰亚胺薄膜。然而，本发明的范围不局限于上述步骤，但可使用相关技术中已知的方法生产金属层压板。
[48]而且，本发明提供了包含聚酰亚胺的金属层压板的覆膜。
[49]除了使用本发明的聚酰亚胺以外，金属层压板的覆膜可采用与相关技术中已知的覆膜的一般制造方法相同的方法制造。
[50]根据本发明制备的聚酰亚胺由于在低温下固化而具有极好的加工性，并且可用作金属层压板的绝缘薄膜或印刷基材或硬盘的覆膜。
实施例
[51]下列实施例用于举例说明本发明，参照其可以更好的理解本发明，但不能将其视为限制本发明
[52]实施例：聚酰亚胺膜的制备
[53]实施例1
[54]将47.6g的4，4’-ODA(4，4’-氧二苯胺)溶解在400g N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，搅拌该溶液并且在其中加入52.4g的PMDA(苯均四酸二酐)。将该溶液保持在5℃。在搅拌24小时后，将5g三乙胺加入作为催化剂，并再进行搅拌12小时。
[55]将该聚酰胺酸溶液连续地流延到金属带上以获得厚度250μm的溶液膜。随后，将该流延膜在80℃下加热10分钟以获得具有30wt％挥发性组分含量的自支撑固体膜。然后，将该自支撑固体膜的两端夹到设置在能沿钢轨移动的一对链上的多个薄膜夹具上，然后将固体膜放入连续加热炉中。将该固体膜在该炉中在180℃加热60分钟以进行酰亚胺化反应，以便形成25μm的厚度的聚酰亚胺膜。
[56]实施例2
[57]除了使用三苯基膦作为催化剂以外，使用与实施例1相同的步骤制备聚酰亚胺薄膜。
[58]实施例3
[59]除了使用1，2，4-三唑作为催化剂以外，使用与实施例1相同的步骤制备聚酰亚胺薄膜。
[60]实施例4
[61]除了使用1，8-二氮杂双环[5，4，0]-十一碳烯作为催化剂以外，使用与实施例1相同的步骤制备聚酰亚胺薄膜。
[62]实施例5
[63]除了使用2.5g的1，8-二氮杂双环[5，4，0]-十一碳烯和2.5g的N，N，N’，N’-四甲基乙二胺作为催化剂以外，使用与实施例1相同的步骤制备聚酰亚胺薄膜。
[64]实施例6
[65]将26.9g的p-ODA(对苯二胺)溶解在400g N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，搅拌该溶液并在其中加入73.1g的BPDA(3，3’，4，4’-联苯四羧酸二酐)。将溶液保持在5℃。在搅拌24小时后，加入5g三丁基胺作为催化剂并再进行搅拌12小时。之后的步骤采用与实施例1相同的步骤进行以生产聚酰亚胺薄膜。
[66]比较实施例：聚酰亚胺膜的制备
[67]比较实施例1
[68]除了不加入催化剂以外，使用与实施例1相同的步骤制备聚酰亚胺薄膜。
[69]比较实施例2
[70]除了不加入催化剂以及在350℃下加热60分钟以外，使用与实施例1相同的步骤制备聚酰亚胺薄膜。
[71]比较实施例3
[72]除了不加入催化剂以外，使用与实施例6相同的步骤制备聚酰亚胺薄膜。
[73]比较实施例4
[74]除了不加入催化剂以及在350℃下加热60分钟以外，使用与实施例6相同的步骤制备聚酰亚胺薄膜。
[75]试验实施例：聚酰亚胺薄膜的物理性能的测量
[76]试验实施例1：伸长率
[77]采用ASTM D 882 91测量方法测量根据本发明实施例1～6和比较实施例1～4的聚酰亚胺薄膜的伸长率，结果描述在表1中。
[78]试验实施例2：MIT耐折度
[79]采用ASTM D217689测量方法测量根据本发明实施例1～6和比较实施例1～4的聚酰亚胺薄膜的MIT耐折度，结果描述在表1中。
[80]试验实施例3：耐热性(耐浮焊性(Solder Float))
[81]采用IPC TM 650方法2.4.13A测量方法测量根据本发明实施例1～6和比较实施例1～4的聚酰亚胺薄膜的耐热性，结果描述在表1中。
[82]试验实施例4：介电常数
[83]采用ASTMD 150测量方法测量根据本发明实施例1～6和比较实施例1～4的聚酰亚胺薄膜的介电常数，结果描述在表1中。
[84]表1
伸长率 (％) MIT耐折度 (折叠次数) 耐热性 (耐浮焊性) 介电常数 实施例1 45 21,000 通过 3.4 实施例2 46 21,000 通过 3.4 实施例3 43 21,000 通过 3.4 实施例4 47 21,000 通过 3.4 实施例5 45 21,000 通过 3.4 实施例6 25 10,000 通过 3.3 比较实施例1 8 5,000 失败 3.6 比较实施例2 47 22,000 通过 3.4 比较实施例3 7 1,200 失败 3.4 比较实施例4 26 13,000 通过 3.3
[85]从表1所述的结果可看出，本发明的聚酰亚胺具有在低温下合乎需要的强度和能在高温固化过程中获得的极好的物理性能。因此，生产效率得以提高且耐热性和可加工性极好。因此，本发明的聚酰亚胺易于用来形成金属层压板的绝缘膜或印刷基材或硬盘的覆膜。