Synthesis and Characterization of Novel Wholly Aromatic Poly(ester-amide) Exhibiting Lyotropic Behavior in Organic Solvent

Abstract

본 연구에서는 기존의 방향족 폴리아마이드의 강한 수소결합을 줄이기위하여 에스터 그룹을 갖는 2개의 방향족디아민, FAPAB와 APAB를 설계 및 합성하였다. 2개의 방향족 디아민, FAPAB 및 APAB의 단일중합시스템에서 고분자량의 고분자를 얻을 수 있었으며 합성된 고분자는 좋은 열적특성 및 기존 PPTA와 유사한 결정성을 보였다. 또한, 8wt% 이상의 농도에서 액정을 형성함을 보였다. 그러나 단일중합 시스템만으로는 에스터 그룹에 의해 수소결합밀도가 감소하더라도 어느 정도의 규칙성을 가지므로 유기용매에 대한 용해성이 좋지 않아 중화제를 투입하여도 I.V 4.5 이상의 분자량을 갖는 이방성 고분자 용액이 제조되지 못하였다. 이를 해결하기 위하여 2개의 방향족 디아민단량체의 공중합을 실시하여 그 규칙성을 깨뜨림으로써 공중합 폴리에스터-아마이드 고분자의 유기용매에 대한 용해성을 향상시키고자 하였다. 그 결과, FAPAB 기반 고분자의 APAB 기반 고분자보다 더 높은 용해성으로 인하여 APAB 단일중합체보다 모든 중합조건에서 더 고분자량의 고분자를 얻을 수 있었으며 특히, 단량체 농도 13wt%, 금속 염 2%, TPC 투입비율 0.94, FAPAB와 APAB의 비율이 25:75 일 때 I.V 5의 이방성 고분자 용액이 NMP + CaCl2 시스템에서 만들어졌다. FAPAB, APAB 기반 각각의 단일중합의 경우에는 I.V 5에 가까운 이방성용액 제조가 불가능하였으므로 이는 random 공중합에 의해 효과적으로 고분자의 용해성이 향상되었음을 의미한다. 제조된 이방성용액의 용액점도를 Brookfield 점도계로 측정한 결과, 7wt%에서 최고 점도값을 보였으며 8wt%부터는 서서히 감소하여 11wt%에서 최저 점도값을 보였다. 이는 편광현미경에서도 확인할 수 있으며 8wt%부터 액정형성에 의한 texture가 나타났다. 고농도에서 오히려 점도가 감소하는 이러한 현상은 유방성 액정고분자의 특이한 현상으로서 본 연구에서 합성된 공중합 폴리에스터-아마이드 역시 유기용매인 NMP에서 유방성 액정거동을 보임을 확인하였다.

Aromatic polyamides(aramids) are considered to be high performance materials due to their superior thermal and mechanical properties. But, their poor solubility in organic solvents resulting from the strong hydrogen bonding give to processing difficulties and limit their application. In this study, we synthesized novel wholly aromatic poly(ester-amide)s. To reduce the hydrogen bonding, ester group was introduced. Because the ester group maintained its planarity, it was expected that the chain conformation of polymer was not interrupted, which make the aramids exhibit liquid crystalline behavior with enhanced solubility in organic solvents. By copolymerizing 2 aromatic diamines, the optically anisotropic polymer dopes could be prepared in NMPCaCl2 system. The dope showed the highest viscosity at 7wt% and the viscosity decreased from 8wt%. The lowest viscosity was observed at 11wt%. From POM images, the formation of liquid crystal started at 8wt%. Thus, these aramids exhibited lyotropic behavior in organic solvent.