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KR101648745B1 - Low temperature curable polyimides with high packing structure and organic thin film transistor devices using them - Google Patents

Low temperature curable polyimides with high packing structure and organic thin film transistor devices using them Download PDF

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KR101648745B1
KR101648745B1 KR1020090061995A KR20090061995A KR101648745B1 KR 101648745 B1 KR101648745 B1 KR 101648745B1 KR 1020090061995 A KR1020090061995 A KR 1020090061995A KR 20090061995 A KR20090061995 A KR 20090061995A KR 101648745 B1 KR101648745 B1 KR 101648745B1
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polyimide
thin film
polyimide resin
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polyamic acid
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이미혜
안택
최유정
정현민
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한국화학연구원
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Publication date
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Abstract

본 발명은 저온경화형 폴리아믹산 수지 조성물로부터 제조된 폴리이미드 절연막 및 이를 이용한 전유기 박막 트랜지스터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 패킹구조를 갖는 방향족 테트라카르복시산 이무수물과 방향족 디아민의 단량체를 중합반응시켜 제조한 폴리아믹산 수지를 이미드화 반응시킴에 있어서, 저온경화가 가능한 저비점 유기촉매를 필수조성물로서 함유시켜, 100~200 ℃ 범위의 저온이미드화 반응이 가능할 뿐만 아니라, 박막공정 후 촉매의 잔존량이 200 ppm 이하로 매우 낮으며, 그 결과 뛰어난 트랜지스터 특성을 보이는 전유기박막트랜지스터 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a polyimide insulating film prepared from a low-temperature-curing polyamic acid resin composition and an all-organic thin film transistor using the same. More particularly, the present invention relates to a polyimide insulating film prepared by polymerization reaction of an aromatic tetracarboxylic acid dianhydride having a high packing structure with an aromatic diamine monomer A low-boiling organic catalyst capable of low-temperature curing can be contained as an essential component in the imidization reaction of a polyamic acid resin, so that a low temperature imidation reaction in a temperature range of 100 to 200 ° C is possible. lt; RTI ID = 0.0 > ppm / ppm, < / RTI >

저온경화, 폴리아믹산, 폴리이미드, 이미드화도, 유기절연체, 유기박막트랜지스터 Low temperature curing, polyamic acid, polyimide, imidization degree, organic insulator, organic thin film transistor

Description

높은 패킹구조를 갖는 폴리아믹산 수지 조성물로부터 제조된 저온경화형 폴리이미드 절연체 및 이를 이용한 낮은 히스테리스 특성 보유 전유기박막트랜지스터 소자 {Low temperature curable polyimides with high packing structure and organic thin film transistor devices using them}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a low temperature curable polyimide insulator made from a polyamic acid resin composition having a high packing structure and an organic thin film transistor device having low hysteresis characteristics using the low temperature curable polyimide insulator.

본 발명은 이미드화 반응용 촉매로 유용한 아미노알콜 화합물 촉매 하에서 폴리아믹산을 이미드화 반응하여 제조된 고패킹구조 폴리이미드 절연막 및 이를 이용한 전유기박막트랜지스터 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방향족 테트라카르복시산 이무수물과 방향족 디아민의 단량체를 중합반응시켜 제조한 폴리아믹산 수지를 이미드화 반응시킴에 있어서, 저온경화가 가능한 유기촉매를 필수 조성물로서 함유시켜, 100~200℃ 범위의 저온이미드화 반응이 가능하고, 높은 패킹구조가 부여된 신규 저온경화형 폴리아믹산 수지 조성물 및 이들로부터 제작된 전유기 박막트랜지스터 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a high-packing-structure polyimide insulating film prepared by imidizing a polyamic acid under an aminoalcohol catalyst useful as a catalyst for imidization reaction, and an all-organic thin film transistor device using the same. More particularly, the present invention relates to an aromatic tetracarboxylic acid diimide An imidization reaction at 100 to 200 ° C is possible by incorporating an organic catalyst capable of curing at low temperatures in an imidization reaction of a polyamic acid resin prepared by polymerizing water and an aromatic diamine monomer, Temperature curing type polyamic acid resin composition to which a high packing structure is imparted, and an all organic thin film transistor element fabricated therefrom.

본 발명에 따른 저온경화형 촉매 하에서 진행되는 이미드화 반응은 일반적인 이미드화 반응온도인 200℃ 이상의 고온에서는 물론이고 100~200 ℃의 저온에서도 원활히 수행되고, 또한 제조된 폴리이미드 내에 잔류하는 촉매량을 획기적으로 저하시켜, 경시안정성이 매우 우수한 전유기 박막 트랜지스터 소자를 제공하는 효과 를 얻는다.The imidization reaction proceeding under the low-temperature curing type catalyst according to the present invention can be carried out smoothly even at a high imidization reaction temperature of 200 ° C or higher and at a low temperature of 100 to 200 ° C and the amount of catalyst remaining in the produced polyimide is remarkably improved Thereby obtaining an effect of providing a whole organic thin film transistor element having excellent stability over time.

폴리이미드 수지는 방향족 테트라카르복시산 또는 그 유도체와 방향족 디아민 또는 방향족 디이소시아네이트를 축중합 후 이미드화하여 제조되는 고내열 수지로서, 사용된 단량체의 종류에 따라 여러 가지의 분자구조를 가질 수 있다.The polyimide resin is a high heat-resistant resin prepared by condensation polymerization of an aromatic tetracarboxylic acid or a derivative thereof with an aromatic diamine or an aromatic diisocyanate, and may have various molecular structures depending on the type of the monomer used.

이와 같은 폴리이미드 수지는 불용불융의 초고내열성 수지로서 다음과 같은 특성을 가지고 있다: (1) 뛰어난 내열산화성 보유, (2) 사용 가능한 온도가 대단히 높으며, 장기 사용온도는 약 260℃이고, 단기 사용 온도는 480℃ 정도로 매우 우수한 내열특성 보유, (3) 뛰어난 전기화학적기계적 특성 보유, (4) 내방사선성 및 저온특성 우수, (5) 고유 난연성 보유, (6) 내약품성 우수.Such polyimide resin is an insoluble and highly heat resistant resin having the following characteristics: (1) Excellent heat resistance and oxidation resistance, (2) Highly usable temperature, long service temperature is about 260 ℃, (3) Excellent electrochemical and mechanical properties, (4) Excellent radiation resistance and low temperature characteristics, (5) High flammability, (6) Excellent chemical resistance.

일반적으로, 폴리이미드는 방향족 테트라카르복시산 이무수물과 방향족 디아민을 용매 중에서 아미드기 연결로서 축합시킨 폴리아믹산을 전구체로 사용하여, 이를 가열 탈수하여 이미드 고리를 형성시켜 합성하거나, 탈수화제를 이용하여 화학적 탈수 방법에 의하여 탈수 및 고리화하는 것에 의해 합성한다.  Generally, polyimide is synthesized by using polyamic acid, which is obtained by condensing an aromatic tetracarboxylic acid dianhydride and an aromatic diamine in a solvent as an amide group linkage, as a precursor by heating and dehydrating it to form an imide ring, Dehydration by a dehydration method, and cyclization.

폴리이미드는 일반적으로 그 유리전이온도가 350℃ 이상으로 매우 높은 고유의 특성상 일단 이미드화에 의해 폴리아믹산으로부터 폴리이미드가 형성되면 유리전이온도 이상으로 가열하여 성형하기가 어려우며, 고온 성형 시 열이나 산화에 의해 그 물성이 저하되므로 폴리아믹산으로부터 폴리이미드 형성 시 필름 등의 필요 성상으로 수지를 얻게 된다. The polyimide generally has a glass transition temperature of 350 DEG C or more and is very high in inherent characteristics. Once the polyimide is formed from polyamic acid by imidization, it is difficult to form the polyimide by heating to a temperature higher than the glass transition temperature. , The resin is obtained from the polyamic acid by the necessity of a film or the like when the polyimide is formed.

폴리아믹산으로부터 가열 방법에 의한 탈수 고리화를 통해 폴리이미드를 형 성하는 방법은, 일반적으로 300℃~400℃의 고온을 필요로 하며 폴리이미드 형성 후 성형이 어려우므로 폴리이미드 박막 혹은 필름을 형성시키고자 하는 부품 소재 상에서 이미드화를 시행하게 된다. 일반적인 필름형태의 폴리이미드를 제조할 때는 이러한 제조 온도의 제약이 에너지 소비나 제조 장치의 설계에 국한되지만 폴리이미드 형성 부위가 고온 공정에 적합하지 않은 경우에는 폴리이미드의 형성 그 자체가 어려워지게 된다. 특히, 최근 들어 활발히 진행되고 있는 유기재료 전자소자 부품 분야로서, 층간 절연 소재 및 피복재로 적용되는 분야에서는 폴리이미드의 형성 온도를 200℃ 이하로 낮추는 것이 요구되고 있다. A method of forming a polyimide from a polyamic acid by dehydration cyclization by a heating method generally requires a high temperature of 300 ° C to 400 ° C and it is difficult to form the polyimide after the polyimide is formed so that a polyimide thin film or a film is formed Imidization is performed on the part material that is desired. When the general film type polyimide is produced, the limitation of the production temperature is limited to the energy consumption and the design of the production apparatus. However, if the polyimide formation site is not suitable for the high temperature process, the formation of the polyimide itself becomes difficult. Particularly, in the field of organic material electronic component parts, which is actively under progress in recent years, it is required to lower the formation temperature of polyimide to 200 占 폚 or less in the fields where it is applied as an interlayer insulating material and a covering material.

또한, 탈수제를 사용하여 화학적 방법에 의한 탈수 고리화를 통해 폴리이미드를 형성하는 방법은, 200℃ 이하의 낮은 온도에서도 폴리이미드 형성을 가능케 하나 당량 이상의 탈수제의 사용으로 당량 이상의 탈수 부산물이 생성되고 완결되지 않은 이미드화에 의해 형성된 폴리이미드는 그 물성이 떨어진다는 단점이 있다. The method of forming a polyimide by dehydration cyclization by a chemical method using a dehydrating agent enables formation of polyimide even at a temperature as low as 200 DEG C or lower, but by using a dehydrating agent equal to or more than the equivalent amount, dehydration by- The polyimide formed by imidization which is not formed has a disadvantage that its physical properties are poor.

또한, 탈수제와 함께 산 또는 염기 등의 촉매를 사용하는 조건에서 이미드화를 수행하여 폴리이미드를 형성하는 방법이 공지된 바 있다. 이때, 산 촉매로서는 p-하이드록시페닐아세트산 등과 같은 유기산을 사용하여 200℃ 이하의 저온에서 이미드화를 진행시켜 폴리이미드를 얻은 결과가 보고되고 있다 [M. Oba, J. Polym . Science : Part A: Polymer Chemistry, 1996, 34, 651-658]. 염기 촉매로서 아민류를 사용하여 저온에서 이미드화를 진행시켜 폴리이미드를 얻은 연구가 있었는 바, 이때 아민 염기 촉매로는 트리에틸아민, 피리딘, 1,4-디아자바이사이클로[2.2.2]옥탄, 1,8-디아자바이사이클로[5.4.0]운데-7-센 등을 사용한 것으로 보고되고 있다. 트리에틸아민이나 피리딘과 같이 염기도가 낮은 염기 촉매를 사용하는 경우는 당량 이상의 촉매를 사용하여야 하고, 200℃ 미만의 온도에서는 이미드화 가속 효과가 없는 결과를 보인다. 1,4-디아자바이사이클로[2.2.2]옥탄과 같은 친핵성이 높은 유기염기는 저온에서 이미드화 효과를 보인 결과가 보고 [M. Ueda, Chem . Lett . 2004, 33, 1156-1157]되어 있어 어느 정도 이미드화를 촉진하는 효과가 있는 것으로 보이나, 10 ㎛ 이상의 두꺼운 필름으로 폴리이미드를 형성시킬 때는 사용된 아민 촉매 대부분이 수지에 포집되어 잔류하는 문제가 있다. 일반 알킬 아민류에 비해 상대적으로 염기도가 높은 1,4-디아자바이사이클로[2.2.2]옥탄, 1,8-디아자바이사이클로[5.4.0]운데-7-센을 염기 촉매로 사용하면, 폴리아믹산과 혼합에 의해 역반응을 촉진하여 폴리이미드의 분자량이 낮아지는 문제가 있다.Also, a method of forming a polyimide by imidization under the condition of using a catalyst such as acid or base together with a dehydrating agent has been known. At this time, as an acid catalyst, it has been reported that polyimide is obtained by proceeding imidization at a low temperature of 200 ° C or lower using an organic acid such as p -hydroxyphenylacetic acid [M. Oba, J. Polym . Science : Part A: Polymer Chemistry , 1996 , 34 , 651-658]. There have been studies in which imidization proceeds at a low temperature using amines as base catalysts to obtain polyimides. Examples of the amine base catalysts include triethylamine, pyridine, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane, , 8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene, and the like. When a base catalyst having a low basicity such as triethylamine or pyridine is used, a catalyst having an equivalent amount or more should be used, and at a temperature lower than 200 ° C, there is no imidization acceleration effect. A highly nucleophilic organic base such as 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane has been found to have an imidization effect at low temperatures [M. Ueda, Chem . Lett . 2004 , 33 , 1156-1157]. However, when polyimide is formed with a thick film having a thickness of 10 탆 or more, most of the amine catalyst used is trapped in the resin and remains in the resin . When 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane and 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene, which are relatively more basic than the alkylamines, are used as base catalysts, There is a problem that the molecular weight of the polyimide is lowered by promoting the reverse reaction by mixing with acid.

따라서, 200℃ 미만의 저온에서도 이미드화가 가능하도록 하는 새로운 이미드화 반응계가 특히 요구되고 있다.Therefore, a new imidization reaction system which enables imidization even at a low temperature of less than 200 占 폚 is particularly required.

본 발명자들은 상기한 이미드화 반응 메카니즘을 규명하여 반응속도결정단계인 탈수반응에 필요한 활성화 에너지를 감소시키는데 효과적인 신규 촉매를 개발함으로써 저온이미드화 반응을 완성하고 이를 박막트랜지스터 소자의 절연재로 적용하였다. The present inventors have developed a novel catalyst effective for identifying the imidization reaction mechanism and reducing the activation energy required for the dehydration reaction, which is a reaction rate determination step, and have completed the low temperature imidation reaction and applied it as an insulating material for a thin film transistor device.

일반적으로 박막트랜지스터용 절연재로는 높은 유전상수를 갖는 무기박막 예를 들면 실리콘 질화물(silicon nitride), 바륨 스트론튬(barium strontium), 바륨 티타네이트(barium titanate) 등이 일반적으로 사용되고 있고, 대부분의 경우 박막 증착을 위해 고가의 진공 장비가 요구되는 단점이 있다. 그리하여 미국특허 제 5,946,551호 등에서는 비교적 저온에서 화학적 용액공정에 의해 무기박막의 전구체로부터 무기박막을 형성하는 결과를 보고하기도 하였으나, 이 경우에도 300~700℃ 정도의 높은 공정온도가 요구되어 공정온도가 200℃ 이하로 제한되어 있는 폴리카보네이트, 폴리설폰, 폴리에테르설폰과 같은 플라스틱 기판 위에서의 저온 박막화 공정이 어려운 단점을 안고 있다. In general, inorganic thin films having high dielectric constant such as silicon nitride, barium strontium, barium titanate and the like are generally used as insulating materials for thin film transistors. In most cases, There is a disadvantage that expensive vacuum equipment is required for deposition. Thus, US Pat. No. 5,946,551 reports the formation of an inorganic thin film from a precursor of an inorganic thin film by a chemical solution process at a relatively low temperature. In this case, however, a high process temperature of about 300 to 700 ° C. is required, It is difficult to form a thin film on a plastic substrate such as polycarbonate, polysulfone, or polyethersulfone, which is limited to 200 DEG C or less.

따라서, 플라스틱 기판위에서의 용액공정이 가능할 뿐만 아니라, 전기적 안정성, 우수한 박막트랜지스터의 고이동도 구현에 적합한 계면특성 및 우수한 경시안정성을 제공하는 유기절연체의 개발이 필요하며, 이를 박막트랜지스터의 절연체로 적용한 박막트랜지스터 소자의 개발이 크게 요구되고 있다.Therefore, it is necessary to develop an organic insulator which can not only perform a solution process on a plastic substrate but also provide an electrical stability, an interface characteristic suitable for realizing excellent mobility of an excellent thin film transistor, and an excellent stability over time, Development of a thin film transistor element has been greatly demanded.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 발명자들은 ① 방향족 디아민 혼합물과, ② 특정의 방향족 테트라카르복실산 이무수물의 혼합물을 중합반응시켜 폴리아믹산 수지를 제조하였으며, 여기에 100~200 ℃ 범위의 온도에서 높은 이미드화도를 나타내는 촉매혼합물을 첨가한 후 제조된 폴리이미드 수지는 95% 이상의 높은 이미드화도를 보일 뿐만 아니라 박막특성이 우수하여 이로부터 제작된 전유기트랜지스터 소자는 낮은 off-current, 높은 전계효과 전하이동도, 낮은 히스테리시스 특성 및 우수한 경시안정성 등의 소자특성이 뛰어남을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. In order to solve the above problems, the inventors of the present invention prepared a polyamic acid resin by polymerizing a mixture of (1) an aromatic diamine mixture and (2) a specific aromatic tetracarboxylic acid dianhydride to prepare a polyamic acid resin, The polyimide resin prepared after addition of the catalyst mixture exhibiting a high imidation degree exhibits a high imidization degree of 95% or more, as well as excellent thin film characteristics, and thus the entire organic transistor device manufactured therefrom has low off-current, high It has been confirmed that the device characteristics such as field-effect charge mobility, low hysteresis characteristic, and excellent temporal stability are excellent. Thus, the present invention has been completed.

또한 상기 폴리이미드 수지는 100~200 ℃의 저온 공정이 가능하면서도 기존 폴리이미드 수지의 제반 특성을 거의 그대로 유지할 뿐만 아니라, 이로부터 제작된 박막트랜지스터는 낮은 off-current, 높은 전계효과 전하이동도, 낮은 히스테리시스 및 우수한 경시안정성을 보유하고 있는 특징을 제공한다. In addition, the polyimide resin can be processed at a low temperature of 100 to 200 ° C while maintaining almost all the characteristics of the conventional polyimide resin, and the thin film transistor fabricated therefrom has low off-current, high field effect charge mobility, Hysteresis, and good aging stability.

따라서, 본 발명은 유기박막트랜지스터 등의 첨단 산업용 핵심 소재로서 우수한 물성을 갖는 저온경화형 폴리이미드 수지 및 이들이 절연체로 도입된 박막트랜지스터 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a low-temperature curing polyimide resin having excellent physical properties as a core material for high-tech industries such as an organic thin film transistor and a thin film transistor element into which the polyimide resin and the insulator are introduced.

본 발명은 이미드화 반응용 촉매로서 하기 화학식 2로 표시되는 아미노알콜 화합물을 제공함으로써, 상기 과제를 해결한다.The present invention solves the above problems by providing an aminoalcohol compound represented by the following formula (2) as a catalyst for imidization reaction.

[화학식 2](2)

Figure 112009041520443-pat00001
Figure 112009041520443-pat00001

상기 화학식 2에서, R1, R2, R3, 및 R4는 각각 수소원자, 탄소수 1~12의 알킬기, 또는 탄소수 1~12의 히드록시알킬기를 나타내며, n은 0~4의 정수이다.Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or a hydroxyalkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and n is an integer of 0 to 4.

본 발명은 폴리아믹산을 촉매 존재하에서 이미드화 반응하여 폴리이미드를 제조하는 방법에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 아미노알콜 화합물을 촉매로 사용하는 폴리이미드 수지의 제조방법 제공함으로써, 상기 과제를 해결한다.The present invention solves the above problems by providing a method for producing a polyimide resin by imidizing a polyamic acid in the presence of a catalyst, wherein the polyimide resin is produced by using the aminoalcohol compound represented by the formula (1) as a catalyst .

본 발명의 촉매는 아믹산 그룹으로부터 이미드 고리를 형성하는 과정에서 필요한 활성화 에너지를 낮춤으로써, 200℃ 미만의 저온 조건에서도 이미드화 반응을 촉진하는 효과를 얻고 있다. 본 발명의 촉매는 폴리아믹산이 산 무수물과 디아민으로 전환되는 역반응을 억제함으로써, 고분자량 및 고순도의 폴리이미드를 제조하는 효과를 얻고 있다.The catalyst of the present invention has the effect of promoting the imidization reaction even at a low temperature of less than 200 캜 by lowering the activation energy required for forming the imide ring from the amic acid group. The catalyst of the present invention has an effect of producing a polyimide having a high molecular weight and a high purity by inhibiting the reverse reaction of converting polyamic acid into acid anhydride and diamine.

본 발명의 촉매는 비점이 낮아 이미드화 반응 후에 쉽게 제거됨으로써, 폴리이미드 내에 촉매가 잔류하는 문제를 해결하는 효과를 얻고 있다.The catalyst of the present invention has a low boiling point and is easily removed after the imidization reaction, so that the problem that the catalyst remains in the polyimide is solved.

본 발명의 촉매를 사용하여 제조되는 폴리이미드는 그 이유를 정확히 알 수 없지만 전계효과전하이동도가 높고, 히스테리시스가 낮으며 및 경시변화가 거의 없는 매우 우수한 폴리이미드 수지를 제공하고, 본 발명에 의해 제조되는 폴리이미드 를 이용한 유기박막트렌지스터 소자 또한 상기의 특성을 그대로 간직한 우수한 특성을 가지는 소자를 제공한다. 본 발명의 폴리이미드를 사용한 유기박막트랜지스터 소자는 좋게는 전계효과전하이동도가 1.0cm2/Vs 이상이고, 히스테리시스가 1.5 이하, 그리고 30일 후의 히스테리시스 변화를 기준으로 하는 경시변화가 20% 이하의 매우 우수한 특성을 나타낸다. The polyimide prepared by using the catalyst of the present invention can provide a polyimide resin having a high electric field mobility, a low hysteresis and a little change with time, The organic thin film transistor device using the polyimide to be manufactured also provides a device having excellent characteristics retaining the above characteristics. The organic thin film transistor device using the polyimide of the present invention preferably has a field effect mobility of 1.0 cm 2 / Vs or more, a hysteresis of 1.5 or less, and a hysteresis change of 30% or less And exhibits very excellent characteristics.

본 발명에 사용하는 폴리아믹산을 본 발명의 상기의 촉매를 이용하여 제조되는 폴리이미드수지는 하기 화학식 1의 폴리아믹산 및 이로부터 제조되는 폴리이미드이다. The polyimide resin to be used in the present invention, which is produced by using the catalyst of the present invention, is a polyamic acid represented by the following formula (1) and a polyimide prepared therefrom.

[화학식 1]

Figure 112009041520443-pat00002
[Chemical Formula 1]
Figure 112009041520443-pat00002

상기 화학식 1에서  In Formula 1,

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Figure 112009041520443-pat00003

중에서 선택된 하나 이상의 4가기인 것을 특징으로 하며;  ≪ / RTI >

Figure 112009041520443-pat00004
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The

Figure 112009041520443-pat00005
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Figure 112009041520443-pat00006
,
Figure 112009041520443-pat00007
,
Figure 112009041520443-pat00008
,
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Figure 112009041520443-pat00010
중에서 선택된 1종 이상의 2가기로서, n은 10~1000 범위의 자연수이고; R1은 각각 탄소수 1~30 사이의 알킬기 또는 아릴기이고; Y는 에스테르기, 아미드기, 이미드기, 및 에테르기 중에서 선택된 하나이다.
Figure 112009041520443-pat00006
,
Figure 112009041520443-pat00007
,
Figure 112009041520443-pat00008
,
Figure 112009041520443-pat00009
And
Figure 112009041520443-pat00010
, N is a natural number ranging from 10 to 1000; R 1 is an alkyl group or an aryl group each having 1 to 30 carbon atoms; Y is a group selected from an ester group, an amide group, an imide group, and an ether group.

상기 본 발명의 폴리이미드 수지는, 좋게는 폴리이미드 수지의 고유점도가 1.0~3.0 g/dL이고, 중량평균분자량은 10,000~500,000 g/mol이고, 유전상수가 2~6 이며 표면장력이 30~65 dyne/cm인 저온경화형 폴리이미드 수지로서 본 발명에서는 100~200℃에서 60~120분 동안 저온에서 열경화되어 제조된다. The polyimide resin of the present invention is preferably a polyimide resin having an intrinsic viscosity of 1.0 to 3.0 g / dL, a weight average molecular weight of 10,000 to 500,000 g / mol, a dielectric constant of 2 to 6, 65 dyne / cm. In the present invention, the polyimide resin is thermally cured at 100 to 200 ° C for 60 to 120 minutes at a low temperature.

본 발명이 특징으로 하는 상기 화학식 2로 표시되는 아미노알콜 화합물은 염기도는 높지 않으나, 한 분자 내에 3차 아민 작용기와 히드록시 작용기를 동시에 갖고 있으며, 이들 두 작용기가 유연한 탄소 골격으로 연결되어 이미드화의 반응 위치에서 아민 작용기와 히드록시 작용기가 효과적으로 작용하여 200℃ 미만의 저온에서도 조차 탈수 고리화를 촉진하여 폴리아믹산의 이미드화율을 높일 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 질소원자에 결합된 수소원자가 물 분자로 탈수되어 떨어지는 과정에서 촉매로 사용된 상기 화학식 2로 표시되는 아미노알콜 화합물은 아민 작용기가 염기로 작용하여 양성자를 떼어내는 상태를 거치는 것으로 추정할 수 있고, 이때 히드록시 작용기는 고리형 중간체의 음이온 산소원자를 히드록시기의 양성자를 통해 안정화시키는 작용을 하는 것으로 추정할 수 있다. 또한 탈 양성자 반응이 진행되는 단계에서는 히드록시 작용기는 양성자 주게로 작용하여 양성자 전달을 통해 탈수반응을 촉진시키는 것으로 추정된다. 즉, 본 발명에서 촉매로서 제안하는 상기 화학식 2로 표시되는 아미노알콜 화합물 내에 존재하는 아민 작용기는 탈양성자화 반응에서 염기로 작용하고, 히드록시 작용기는 고리형 중간체의 산소원자에 양성자를 전달하여 탈수를 진행하는 역할을 수행하며, 또한 이들 두 작용기는 유연한 탄소사슬로 연결되어 있고 두 작용기간의 간격을 탄소사슬의 길이로서 조절하여 이미드화 반응을 제어하게 된다.The aminoalcohol compound represented by Formula 2 of the present invention is not high in basicity but has a tertiary amine functional group and a hydroxy functional group in one molecule at the same time and these two functional groups are linked to a flexible carbon skeleton, The amine functional group and the hydroxy functional group act effectively at the reaction site, thereby promoting the dehydration cyclization even at a low temperature of less than 200 DEG C, thereby increasing the imidization rate of the polyamic acid. More specifically, the aminoalcohol compound represented by the above formula (2) used as a catalyst in the course of dehydration of hydrogen atoms bonded to nitrogen atoms into water molecules is subjected to a state in which the amine functional group acts as a base to remove the proton , And it can be inferred that the hydroxy function serves to stabilize the anion oxygen atom of the cyclic intermediate through the proton of the hydroxy group. In addition, at the stage where the deprotonation reaction proceeds, it is presumed that the hydroxy functional group acts as a proton donor to promote the dehydration reaction through proton transfer. That is, the amine functional group present in the amino alcohol compound represented by the formula (2) proposed as a catalyst in the present invention acts as a base in the deprotonation reaction, and the hydroxy functional group transfers a proton to the oxygen atom of the cyclic intermediate, And these two functional groups are linked by a flexible carbon chain, and the interval between two operation periods is controlled as the length of the carbon chain to control the imidization reaction.

본 발명이 특징으로 하는 이미드화 반응용 촉매로서 아미노알콜 화합물은, 상기 화학식 2에서 R1, R2, R3, 및 R4가 각각 수소원자, 탄소수 1~12의 알킬기, 또는 탄소수 1~12의 히드록시알킬기를 나타내며, n은 0~4의 정수인 아미노알콜 화합물이다. 바람직하기로는 상기 화학식 2에서 R1 및 R2가 각각 탄소수 1~12의 알킬기를 나타내고, R3 R4가 각각 수소원자, 탄소수 1~12의 알킬기, 또는 탄소수 1~12의 히드록시알킬기를 나타내며, n은 0~4의 정수인 아미노알콜 화합물이다. 이미드화 반응용 촉매로서 특히 바람직하기로는 N,N-디메틸아미노에탄올, N,N-디에틸아미노에탄올, N,N-디메틸아미노프로판올, N,N-디메틸아미노부탄올, N,N-디메틸아미노부탄-2-올, N,N-디메틸아미노부탄-1,2-디올, N,N-디에틸아미노헥산-1,2-디올 등을 사용할 수 있다.As the imidization reaction catalyst characterized by the present invention, the amino alcohol compound is represented by the formulaOne, R2, R3, And R4Each represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a hydroxyalkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and n is an aminoalcohol compound having an integer of 0 to 4. Preferably, in Formula 2, ROne And R2Each represent an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, R3 And R4Each represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a hydroxyalkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and n is an aminoalcohol compound having an integer of 0 to 4. As the imidization reaction catalyst, particularly preferably,N, N- dimethylaminoethanol,N, N- diethylaminoethanol,N, N- dimethylaminopropanol,N, N- dimethyl amino butanol,N, N- dimethylaminobutan-2-ol,N, N- dimethylaminobutane-1,2-diol,N, NDiethylaminohexane-1,2-diol, and the like.

또한, 본 발명이 특징으로 하는 이미드화 반응용 촉매로서 아미노알콜 화합물은, 대체로 비점이 낮아서 이미드화 반응 후에 낮은 온도에서도 쉽게 제거가 가 능한 장점이 있다. 그 예로서, N,N-디메틸아미노에탄올과 N,N-디에틸아미노에탄올은 각각 134℃와 161℃의 비점을 갖는 액상 화합물로서, 이러한 성질은 폴리이미드 수지 형성 후 필름에 잔류하는 촉매를 완전히 제거하는데 큰 장점을 나타낸다. 그러나, 종래에 이미드화 촉매로서 사용된 바 있는 1,4-디아자바이사이클로[2.2.2]옥탄, 1,8-디아자바이사이클로[5.4.0]운데-7-센 등은 화합물 자체의 높은 비점으로 인해 폴리이미드 수지 형성 후 필름 내부에 잔류량이 많아지는 문제점을 갖고 있다.In addition, the amino alcohol compound as an imidization reaction catalyst according to the present invention has a low boiling point and can be easily removed even at a low temperature after the imidization reaction. As an example, N, N -dimethylaminoethanol and N, N -diethylaminoethanol are liquid compounds having boiling points of 134 ° C and 161 ° C, respectively. This property is obtained when the catalyst remaining on the film after polyimide resin formation is completely It represents a great advantage in elimination. However, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane and 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene, which have heretofore been used as imidization catalysts, There is a problem that the residual amount of the polyimide resin in the film increases after the polyimide resin is formed.

또한 본 발명이 특징으로 하는 이미드화 반응용 촉매로서 아미노알콜 화합물은, 염기도와 친핵성이 높지 않은 상태임에도 불구하고 원활히 촉매작용을 수행하고 있고, 또한 낮은 염기도와 친핵성으로 인하여 폴리아믹산의 역반응을 효과적으로 제어한다. 즉, 종래 이미드화 촉매로 사용되던 1,4-디아자바이사이클로[2.2.2]옥탄, 1,8-디아자바이사이클로[5.4.0]운데-7-센은 각각 그 화학적 구조로부터 기인한 높은 친핵성으로 인하여 폴리아믹산이 산 무수물과 디아민으로 해리되는 폴리아믹산의 역반응이 발생되어, 폴리아믹산의 분자량을 낮추게 됨으로써 목적 분자량 범위를 갖는 폴리이미드 수지를 제조하는데 문제점이 있다.In addition, the amino alcohol compound as an imidization reaction catalyst characterized by the present invention is able to perform a catalytic action smoothly even though its basicity and nucleophilicity are not high, and also has a low basicity and nucleophilic property, Effective control. That is, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane and 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene, which were conventionally used as imidization catalysts, There is a problem in producing a polyimide resin having a desired molecular weight range by reducing the molecular weight of the polyamic acid due to the reverse reaction of the polyamic acid in which the polyamic acid is dissociated into the acid anhydride and the diamine due to the nucleation.

또한, 본 발명이 특징으로 하는 이미드화 반응용 촉매로서 아미노알콜화합물은, 폴리아믹산 용액에 첨가하여 보관하는 것도 가능하다. 본 발명의 촉매는 비교적 온화한 아미노알콜 화합물로 폴리아믹산의 분해 작용이 거의 나타나지 않으면서도 충분한 이미드화 효율을 보이는 특성이 있다. 이러한 특성은 실제 폴리이미드 수지 제조 공정에서 폴리아믹산 용액에 촉매를 미리 첨가 용해시켜 보관하면서 폴 리이미드 필름 제조 공정에 사용할 수 있는 공정 편리성이 있다. 그러나, 종래 이미드화 촉매로 사용된 아민류는 폴리아믹산 용액에 첨가하여 보관하기가 곤란하므로 제조 공정 중에 폴리아믹산 용액을 지지체 상에 도포할 때 바로 첨가하여 용해시켜 사용해야하는 공정상의 번거로운 문제점이 있다.In addition, the amino alcohol compound as the imidization reaction catalyst of the present invention can be added to a polyamic acid solution and stored. The catalyst of the present invention is a relatively mild amino alcohol compound and exhibits sufficient imidization efficiency without substantially exhibiting decomposition action of polyamic acid. These properties are convenient to use in the polyimide film manufacturing process while storing and storing the catalyst in advance in the polyamic acid solution in the actual polyimide resin manufacturing process. However, since amines used as imidization catalysts are difficult to add to polyamic acid solution and stored, there is a problem in the process of adding and dissolving the polyamic acid solution immediately upon coating the polyamic acid solution on the support.

본 발명이 특징으로 하는 이미드화 반응용 촉매로서 상기 화학식 2로 표시되는 아미노알콜 화합물은, 폴리아믹산 고형분에 대하여 1~200 중량% 범위, 바람직하기로는 1~100 중량%, 보다 바람직하기로는 5~50 중량% 범위로 사용할 수 있다. 촉매로서 아미노알콜 화합물의 사용량이 1 중량% 미만으로 적으면 이미드화 반응 속도가 현저히 떨어져 촉매로서의 효과가 미미하고, 200 중량%를 초과하여 과량으로 사용하는 경우에는 더 이상의 향상된 촉매효과 발현이 없으므로 경제적이지 못하므로, 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.The amino alcohol compound represented by Formula 2 as an imidization reaction catalyst characterized by the present invention is contained in an amount of 1 to 200% by weight, preferably 1 to 100% by weight, more preferably 5 to 100% by weight, based on the solid content of the polyamic acid. 50% by weight. When the amount of the amino alcohol compound used as the catalyst is less than 1% by weight, the imidization reaction rate is significantly lowered and the effect as a catalyst is insignificant. When the amount of the amino alcohol compound is over 200% by weight, It is preferable to keep the above range.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 화학식 2로 표시되는 아미노알콜 화합물은 이미드화 촉매로서 그 효과가 탁월한 바, 이러한 촉매효과는 하기에서 실시예 및 비교예의 결과 비교를 통해서 확연한 차이를 확인할 수 있다. As described above, the amino alcohol compound represented by Formula 2 according to the present invention has excellent effects as an imidization catalyst, and the catalytic effect can be clearly distinguished from the results of Examples and Comparative Examples have.

본 발명에 따른 폴리이미드의 제조방법에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The polyimide manufacturing method according to the present invention will be described in more detail as follows.

본 발명이 적용되는 폴리이미드의 제조방법은, 당 분야에서 일반적으로 잘 알려있는 바대로 폴리아믹산을 이미드화 반응을 수행하여 폴리이미드를 제조한다.The polyimide according to the present invention is prepared by imidizing a polyamic acid as is generally well known in the art.

그 제조방법을 구체적으로 설명하면, 일반적인 지지체 위에 폴리아믹산 용액을 도포하고 이미드화를 진행시켜 필름 형태의 폴리아미드 수지를 얻는 캐스팅법으 로 수행할 수 있다. 이러한 캐스팅법은 일 구현예에 불과하며, 본 발명이 이러한 캐스팅법에 한정되는 것은 아니다.The production method can be specifically described by a casting method in which a polyamic acid solution is applied onto a general support and the imidization is carried out to obtain a polyamide resin in the form of a film. Such a casting method is merely an example, and the present invention is not limited to such a casting method.

이때, 지지체는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 목적한 형태, 부품에 따라 변경 가능하며, 지지체 선택에 대해서는 본 발명에서는 특별한 제한을 두지 않는다. 또한 형성되는 폴리이미드 필름의 두께에도 제한되지 않으나, 통상적으로 당 분야에서는 100 nm~500 ㎛ 범위의 필름이 일반적으로 이용되고 있다. 그 이유는 필름의 두께가 100 nm 미만이면 박막으로서의 작용이 어렵고, 500 ㎛을 초과하는 경우에는 균일한 필름 성형에 문제가 발생하기 때문인 것으로 판단된다.At this time, the support is generally used in the art, and can be changed depending on the intended form and parts, and there is no particular restriction on the choice of support in the present invention. Also, although the thickness of the polyimide film to be formed is not limited, films generally in the range of 100 nm to 500 μm are generally used in the art. The reason is that if the thickness of the film is less than 100 nm, it is difficult to act as a thin film, and if it is more than 500 탆, problems arise in forming a uniform film.

본 발명이 수행하는 이미드화 반응은 일반적으로 수행되고 있는 200℃ 이상의 고온 조건에서 수행할 뿐만 아니라 200℃ 미만의 저온 범위에서도 수행이 가능하다. 본 발명의 이미드화 반응은 구체적으로 100~400 ℃의 넓은 온도 범위 내에서 수행할 수 있다. 즉, 종래에 반응이 수행되지 않던 100~200℃의 저온에서도 목적으로 하는 고품질의 폴리이미드 수지 제조가 가능한 바, 바람직하기로는 100℃ 이상에서 수행하는 것이 잔류 용매 및 촉매의 양을 최소화하기에 좋다. 그러나, 이미드화 반응온도가 100℃ 미만이면 반응에서 탈수 되는 물의 제거가 원활하지 않아 필름에 미세 기공을 형성하는 등의 품질의 저하가 나타나며, 400℃를 초과하는 경우에는 폴리이미드 수지의 산화와 분해가 발생하여 수지의 물성 저하하는 결과를 초래할 수 있으므로, 상기 온도 범위를 유지하는 것이 바람직하다.The imidization reaction performed by the present invention can be carried out not only at a high temperature of 200 ° C or higher but also at a low temperature of less than 200 ° C, which is generally performed. The imidization reaction of the present invention can be carried out specifically within a wide temperature range of 100 to 400 ° C. That is, it is possible to produce a desired high-quality polyimide resin even at a low temperature of 100 to 200 ° C at which the reaction has not been performed conventionally, and preferably at 100 ° C or more to minimize the amount of residual solvent and catalyst . However, if the imidization reaction temperature is less than 100 占 폚, removal of water dehydrated in the reaction is not smooth, resulting in deterioration of quality such as formation of micropores in the film. When the imidization reaction temperature exceeds 400 占 폚, oxidation and decomposition of the polyimide resin And the resultant resin may be deteriorated in physical properties. Therefore, it is preferable to maintain the above temperature range.

한편, 본 발명에 따른 폴리이미드의 제조방법에서 사용되는 폴리아믹산은 폴리이미드 제조를 위해 일반적으로 사용되는 것으로, 본 발명에서는 폴리아믹산의 선택에 대해서는 특별히 한정을 두지 않는다.Meanwhile, the polyamic acid used in the method for producing polyimide according to the present invention is generally used for producing polyimide. In the present invention, the selection of polyamic acid is not particularly limited.

일반적으로 폴리아믹산은 지방족 또는 방향족 테트라카르복시산 이무수물과 지방족 또는 방향족 디아민을 원료물질로 사용하여 제조되며, 일반적으로 고내열성과 기계적 특성이 우수한 폴리이미드를 얻기 위해서는 바람직하기로는 방향족 산 이무수물과 방향족 디아민을 사용하는 것이 좋다. 상기 테트라카르복시산 이무수물은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 구체적으로는 높은 패킹구조를 부여할 수 있는 전방향족 산이무수물인 1,2,3,4-벤젠 테트라카르복시산 이무수물, 벤조페논 테트라카르복시산 이무수물, 비스(디카르복시페닐에테르) 이무수물, 비스(디카르복시페닐메탄) 이무수물, 비스(디카르복시페닐설폰) 이무수물, 비스(디카르복시페닐설파이드) 이무수물, 비스(디카르복시페닐)프로판 이무수물, 비스(디카르복시페닐)헥사플루오르프로판 이무수물, 비페닐 테트라카르복시산 이무수물, 나프탈렌 테트라카르복시산 이무수물 및 이들의 불소치환 유도체 및 알킬치환 유도체 등이 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. In general, polyamic acid is produced by using an aliphatic or aromatic tetracarboxylic acid dianhydride and an aliphatic or aromatic diamine as a raw material. In order to obtain a polyimide having high heat resistance and excellent mechanical properties, an aromatic dianhydride and an aromatic diamine . The tetracarboxylic acid dianhydride is not particularly limited and is commonly used in the art. Specifically, 1,2,3,4-benzenetetracarboxylic dianhydride, which is a wholly aromatic acid dianhydride capable of giving a high packing structure, (Dicarboxyphenylmethane) dianhydride, bis (dicarboxyphenylsulfone) dianhydride, bis (dicarboxyphenylsulfide) dianhydride, bis (dicarboxyphenylmethane) dianhydride, bis Phenyl) propane dianhydride, bis (dicarboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride, biphenyltetracarboxylic dianhydride, naphthalenetetracarboxylic acid dianhydride, fluorine-substituted derivatives thereof and alkyl-substituted derivatives thereof, or a mixture of two or more thereof .

상기 디아민으로서는 전방향족 디아민이 사용될 수 있으며, 구체적으로 p-페닐렌 디아민, m-페닐렌 디아민, 디아미노 디페닐 에테르, 디아미노 디페닐 메탄, 디아미노 비페닐, 디아미노 디메틸 페닐 에테르, 디아미노 디메틸 페닐 메탄, 디아미노 테트라메틸 메틸 페닐 메탄, 디아미노 디페닐 설폰, 디아미노 디페닐 설파이드, 디아미노 벤조페논, 비스(아미노페닐)프로판, 비스(아미노페닐)헥사플루오르프로판, 디아미노 디트리풀루오르메틸 비페닐, 디아미노 피리딘, 디아미노 나프탈렌, 디아미노 디히드록시 비페닐, 비스(아미노 히드록시 페닐)헥사플루오르프로판, 1,4-비스아미노페녹시벤젠, 1,3-비스(아미노페녹시)벤젠, 2,2-비스아미노페녹시페닐프로판, 비스(아미노 페녹시 페닐)설폰, 비스(아미노 페녹시 페닐)에테르, 2,2-비스(아미노페녹시 페닐)헥사플루오르프로판, 3,5-디아미노벤조산, 2,4-디아미노벤젠설폰산, 4,4-디아미노디페닐아미드, 2,5-디아미노벤젠설폰산, 및 2,2-디아미노벤젠디설폰산 및 이들의 불소 치환 유도체 및 알킬 치환 유도체 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. As the diamine, a wholly aromatic diamine may be used. Specific examples of the diamines include p -phenylenediamine, m -phenylenediamine, diaminodiphenyl ether, diaminodiphenylmethane, diaminobiphenyl, diaminodimethylphenyl ether, diamino (Aminophenyl) propane, bis (aminophenyl) hexafluoropropane, diaminodiphenylsulfone, diaminodiphenylsulfone, diaminodiphenylsulfone, diaminodiphenylsulfone, diaminodiphenylsulfone, Bis (aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (aminophenoxy) benzene, Bis (aminophenoxyphenyl) ether, 2,2-bis (aminophenoxyphenyl) hexene, bis (aminophenoxyphenyl) Diaminobenzenesulfonic acid, 2,4-diaminobenzenesulfonic acid, 4,4-diaminodiphenylamide, 2,5-diaminobenzenesulfonic acid, and 2,2-diaminobenzenesulfonic acid, And a fluorine-substituted derivative thereof and an alkyl-substituted derivative thereof, or a mixture of two or more thereof.

한편, 또 다른 단량체로서 디아민은 저극성 알킬기 함유 디아민 단량체가 사용될 수 있다. 즉, 1-(3,5-디아미노페닐)-3-알킬-숙시닉이미드(DA-IM-R1), 3,5-디아미노페닐-알킬-에테르(DA-O-R1), 3,5-디아미노페닐-알킬-에스테르(DA-Es-R1),3,5-디아미노페닐-알킬-아미드(DA-AM-R1) 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, R1은 각각 탄소수 1~30 사이의 알킬기 또는 아릴기이다. 특히, 본 발명에서는 저극성기 함유 디아민 단량체는 폴리이미드 절연체의 표면장력 제어범위를 확장시킬 수 있다. 상기한 저극성기 함유 디아민 단량체는 전체 디아민 단량체 사용량에 대해 0~100 몰% 범위로 사용하며, 이때 사용량에 따라 박막의 표면에너지 제어가 가능하다. On the other hand, as the other monomer, a diamine monomer containing a low polarity alkyl group may be used. That is, 1- (3,5-diamino-phenyl) -3-alkyl-succinic imide (DA-R IM-1), 3,5-diamino-phenyl-alkyl-ether (DA-OR 1), 3 (DA-Es-R 1 ), 3,5-diaminophenyl-alkyl-amide (DA-AM-R 1 ) alone or a mixture of two or more of them may be used. 1 is an alkyl or aryl group having 1 to 30 carbon atoms. Particularly, in the present invention, the low polar group-containing diamine monomer can expand the surface tension control range of the polyimide insulator. The diamine monomer containing a low polar group is used in a range of 0 to 100 mol% based on the total amount of the diamine monomer, and the surface energy of the thin film can be controlled depending on the amount of the diamine monomer used.

상기 전방향족 산이무수물과 디아민의 반응은 이들 반응물과 제조된 목적물인 폴리아믹산을 용해시킬수 있는 용매하에서 반응을 수행한다. 상기 용매는 당 분야에서 일반적으로 특별히 한정하지는 않으나, 구체적으로 테트라히드로퓨란, 메타올, 시클로헥사논, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤 리돈, 크레졸, 피리딘, 디메틸설폭사이드, γ-부티로락톤, 2-부톡시에탄올 및 2-에톡시에탄올 등 중에서 선택된 하나 또는 그 이상의 혼합 용매이다. 상기한 용매는 고형분 농도가 1~50 중량% 범위를 유지할 정도의 사용량으로 사용되며, 형성되는 폴리아믹산의 분자량 조절을 위해 온도와 농도를 조절할 수 있다. 이때, 반응온도는 당 분야에서 일반적으로 수행되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, -20℃~100℃ 범위에서 수행된다. 상기 제조된 폴리아믹산은 용매를 제거하거나, 용매를 함유한 폴리아믹산 용액상으로 사용할 수 있다.The reaction of the wholly aromatic acid dianhydride and the diamine is carried out in a solvent capable of dissolving the reactant and the polyamic acid as a target product. The solvent is not particularly limited in the art, but specifically includes tetrahydrofuran, methanol, cyclohexanone, N, N -dimethylformamide, N, N -dimethylacetamide, N -methyl- , Cresol, pyridine, dimethyl sulfoxide,? -Butyrolactone, 2-butoxyethanol, and 2-ethoxyethanol, and the like. The solvent is used in such an amount as to maintain the solid concentration in the range of 1 to 50% by weight, and the temperature and the concentration can be controlled to control the molecular weight of the formed polyamic acid. At this time, the reaction temperature is generally, but not particularly limited to, performed in the range of -20 ° C to 100 ° C. The polyamic acid thus prepared can be used as a solution of a polyamic acid solution to remove a solvent or to contain a solvent.

본 발명이 제안한 바대로, 상기 화학식 2로 표시되는 아미노알콜 화합물을 반응촉매로 사용하여 폴리아믹산의 이미드화 반응을 수행하면, 이미드화율이 95~100%이고, 폴리이미드 수지 내의 잔류 촉매량이 0~10 중량% 이다.As suggested by the present invention, when an imidization reaction of a polyamic acid is carried out using an amino alcohol compound represented by the above formula (2) as a reaction catalyst, the imidization rate is 95 to 100% and the residual catalyst amount in the polyimide resin is 0 To 10% by weight.

본 발명에 따른 상기 폴리이미드 수지는, 표면장력이 30~65 dyne/cm의 범위에 있으며, 유전상수가 2~6의 범위에 있다.The polyimide resin according to the present invention has a surface tension of 30 to 65 dyne / cm and a dielectric constant of 2 to 6.

이상의 중합 방법으로 제조된 폴리이미드 수지는 중량평균 분자량(Mw)이 10,000~500,000 g/㏖ 범위이며, 고유점도가 1.0~3.0 g/㎗ 범위이며, 열분해온도는 400~600℃ 범위에 있다. 뿐만 아니라, 경화 후 폴리이미드 수지의 내화학성은 크게 개선되었다. 또한, 10 KHz의 주파수에서 2~6 범위의 유전상수를 보였으며, 표면장력은 30~65 dyne/cm의 범위에 있음을 알 수가 있었다. The polyimide resin produced by the above polymerization method has a weight average molecular weight (Mw) in the range of 10,000 to 500,000 g / mol, an intrinsic viscosity in the range of 1.0 to 3.0 g / dl, and a pyrolysis temperature in the range of 400 to 600 ° C. In addition, the chemical resistance of the polyimide resin after curing was greatly improved. In addition, the dielectric constant ranged from 2 to 6 at a frequency of 10 KHz, and the surface tension was found to be in the range of 30 to 65 dyne / cm.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리아믹산 수지는 적절한 유기촉매의 도입에 의해 100~200℃ 범위의 저온 공정에 이미드화 반응이 가능할 뿐만 아니라 전기절연특성이 특히 개선된 고분자 소재로서 저온공정 특성이 요구되는 전 유기 박막트랜지스터용 절연체로 유용하다. 뿐만 아니라 이들로부터 제작된 유기박막트랜지스터는 0.01~3.0 cm2/Vs, 좋게는 1 cm2/Vs이상의, 더욱 좋게는 1~3.0cm2/Vs 범위의 높은 전계효과 전하이동도, 10-10~10-13 A 범위의 off-current 특성 및 1 V 이하의 히스테리시스 특성을 보이는 특징을 가지고 있다. As described above, the polyamic acid resin according to the present invention is a polymer material having improved electrical insulation characteristics as well as imidization reaction at a low temperature process in a temperature range of 100 to 200 ° C by introduction of an appropriate organic catalyst, Is useful as an insulator for all the required organic thin film transistors. In addition, the organic thin film transistor fabricated from these is 0.01 ~ 3.0 cm 2 / Vs, preferably from 1 cm 2 / Vs or more, even more preferably from a high field-effect charge transfer of 1 ~ 3.0cm 2 / Vs range, -10 to 10 Off-current characteristics in the range of 10 -13 A and hysteresis characteristics of less than 1 V.

따라서, 본 발명은 유기박막트랜지스터 등의 첨단 산업용 핵심 소재로서 우수한 물성을 갖으며, 저온공정이 가능한 폴리이미드 수지로부터 제작된 유기박막트랜지스터 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an organic thin film transistor element made of a polyimide resin which has excellent physical properties as a core material for an advanced industrial industry such as an organic thin film transistor and is capable of a low temperature process.

본 발명에 따른 폴리이미드 수지는 중량평균 분자량(Mw) 10,000~500,000 g/㏖ 범위, 고유점도 1.0~3.0 g/㎗ 범위, 열분해온도 450~550 ℃ 범위, 10 KHz의 주파수에서의 유전상수 2~6 범위, 표면장력 30~65 dyne/cm 범위에 있다. 또한, 전유기 박막트랜지스터용 절연재로 사용되어 높은 전계효과 전하이동도, 10-10~10-13 A 범위의 off-current 특성 및 1 V 이하의 히스테리시스 특성을 보이는 특징을 보유하고 있었다.The polyimide resin according to the present invention has a weight average molecular weight (Mw) in the range of 10,000 to 500,000 g / mol, an intrinsic viscosity in the range of 1.0 to 3.0 g / dl, a pyrolysis temperature in the range of 450 to 550 DEG C, 6, surface tension in the range of 30 to 65 dyne / cm. Further, it is used as an insulating material for all organic thin film transistors High field-effect charge mobility, off-current characteristics in the range of 10 -10 to 10 -13 A, and hysteresis characteristics of 1 V or less.

따라서, 본 발명의 폴리이미드 수지는 절연재로서 100~200℃ 범위의 저온공정특성, 우수한 전기적 특성, 내화학약품성 및 내열성을 보유함으로써 전유기 디스플레이 소자에 적용되는 트랜지스터용 절연체, 컬러 필터의 버퍼 코팅층 또는 유리 기판과 및 접촉 패널(touch panel)용 액정표시 소자의 고분자 격벽 재료로서의 응 용이 가능할 뿐만 아니라, 이들로부터 제작된 유기박막트랜지스터는 뛰어난 off current 특성, 우수한 히스테리시스 특성을 제공하는 효과가 있다.Accordingly, the polyimide resin of the present invention has a low temperature process characteristic in the range of 100 to 200 占 폚 as an insulating material, has excellent electrical properties, chemical resistance and heat resistance, so that it can be used as a buffer insulating layer for a transistor, The organic thin film transistor fabricated from the glass substrate and the liquid crystal display device for a touch panel can not only provide excellent off current characteristics and excellent hysteresis characteristics.

이와 같은 본 발명은 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다The present invention will now be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited by the following Examples

실시예Example 1. 폴리이미드 박막( 1. Polyimide thin film ( LPILPI -1) 박막의 제조-1) Thin Film Fabrication

교반기와 질소주입장치를 부착한 100 ㎖의 반응기에 질소가스를 서서히 통과시키면서 파라-페닐렌디아민(p-PDA) 10.8 g(0.1 mol)을 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 용해시킨 후, 비프탈산 이무수물[BPDA] 29.6 g(0.1 mol)을 서서히 첨가하였다. 이때 고형분의 농도는 20 중량%로 하였으며, 반응온도를 0~10 ℃로 유지시키면서 3 시간동안 반응을 진행시켰다. 이때 중합반응의 수율은 정량적인 것으로 확인되었으며, N-메틸-2-피롤리돈을 용매로 하여 0.5 g/㎗의 농도로 30 ℃에서 고유점도를 측정하였다. 제조된 폴리아믹산 용액에 N,N-디메틸아미노에탄올을 4 g(폴리아믹산 고형분에 대하여 10 중량%) 첨가하여 10분간 교반한 후, 스핀 코팅하였으며, 160 ℃의 온도에서 60 분동안 이미드화 반응을 수행하여, 폴리이미드 박막(LPI-1)을 제조하였다. 폴리이미드 박막의 두께는 1,000 Å의 범위로 제어하였으며, 이미드화도는 FT-IR 분광기를 사용하여 측정하였다.10.8 g (0.1 mol) of para-phenylenediamine ( p- PDDA) was dissolved in N -methyl-2-pyrrolidone (NMP) while nitrogen gas was slowly passed through a 100-ml reactor equipped with a stirrer and a nitrogen- , 29.6 g (0.1 mol) of biphthalic dianhydride [BPDA] was slowly added. At this time, the solid content was adjusted to 20 wt%, and the reaction was allowed to proceed for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 0 to 10 ° C. The yield of the polymerization reaction was confirmed to be quantitative, and the intrinsic viscosity was measured at 30 ° C at a concentration of 0.5 g / dl with N - methyl - 2 - pyrrolidone as a solvent. To the prepared polyamic acid solution, 4 g of N, N -dimethylaminoethanol (10 wt% based on the solid content of the polyamic acid) was added and stirred for 10 minutes. The mixture was spin-coated and imidized at 160 ° C for 60 minutes. To prepare a polyimide thin film (LPI-1). The thickness of the polyimide thin film was controlled in the range of 1,000 angstroms, and the imidization degree was measured using an FT-IR spectroscope.

실시예Example 2. 폴리이미드 박막( 2. Polyimide thin films ( LPILPI -2) 박막의 제조-2) Preparation of Thin Films

교반기와 질소주입장치를 부착한 100 ㎖의 반응기에 질소가스를 서서히 통과시키면서 파라-페닐렌디아민(p-PDA) 10.8 g(0.1 mol)을 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 용해시킨 후, 피로멜리트산이무수물[PMDA] 21.8 g(0.1 mol)을 서서히 첨가하였다. 이때 고형분의 농도는 20 중량%로 하였으며, 반응온도를 0~10 ℃로 유지시키면서 3 시간동안 반응을 진행시켰다. 이때 중합반응의 수율은 정량적인 것으로 확인되었으며, N-메틸-2-피롤리돈을 용매로 하여 0.5 g/㎗의 농도로 30 ℃에서 고유점도를 측정하였다. 제조된 폴리아믹산 용액에 N,N-디메틸아미노에탄올을 4 g(폴리아믹산 고형분에 대하여 10 중량%) 첨가하여 10분간 교반한 후, 스핀 코팅하였으며, 160 ℃의 온도에서 60 분동안 이미드화 반응을 수행하여, 폴리이미드 박막(LPI-2)을 제조하였다. 폴리이미드 박막의 두께는 1,000 Å의 범위로 제어하였으며, 이미드화도는 FT-IR 분광기를 사용하여 측정하였다.10.8 g (0.1 mol) of para-phenylenediamine ( p- PDDA) was dissolved in N -methyl-2-pyrrolidone (NMP) while nitrogen gas was slowly passed through a 100-ml reactor equipped with a stirrer and a nitrogen- , Followed by the slow addition of 21.8 g (0.1 mol) of pyromellitic dianhydride [PMDA]. At this time, the solid content was adjusted to 20 wt%, and the reaction was allowed to proceed for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 0 to 10 ° C. The yield of the polymerization reaction was confirmed to be quantitative, and the intrinsic viscosity was measured at 30 ° C at a concentration of 0.5 g / dl with N - methyl - 2 - pyrrolidone as a solvent. To the prepared polyamic acid solution, 4 g of N, N -dimethylaminoethanol (10 wt% based on the solid content of the polyamic acid) was added and stirred for 10 minutes. The mixture was spin-coated and imidized at 160 ° C for 60 minutes. To prepare a polyimide thin film (LPI-2). The thickness of the polyimide thin film was controlled in the range of 1,000 angstroms, and the imidization degree was measured using an FT-IR spectroscope.

실시예 3. 폴리이미드 박막(LPI-3) 박막의 제조Example 3: Preparation of polyimide thin film (LPI-3) thin film

교반기와 질소주입장치를 부착한 100 ㎖의 반응기에 질소가스를 서서히 통과시키면서 3,5-디아미노벤조산 14.5 g(0.1 mol)을 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 용해시킨 후, 비프탈산 이무수물[BPDA] 29.6 g(0.1 mol)을 서서히 첨가하였다. 이때 고형분의 농도는 20 중량%로 하였으며, 반응온도를 0~10 ℃로 유지시키면서 3 시간 동안 반응을 진행시켰다. 이때 중합반응의 수율은 정량적인 것으로 확인되었으며, N-메틸-2-피롤리돈을 용매로 하여 0.5 g/㎗의 농도로 30℃에서 고유점도를 측정하였 다. 제조된 폴리아믹산 용액에 N,N-디메틸아미노에탄올을 4 g(폴리아믹산 고형분에 대하여 10 중량%) 첨가하여 10분간 교반한 후, 스핀 코팅하였으며, 160℃의 온도에서 60분 동안 이미드화 반응을 수행하여, 폴리이미드 박막(LPI-3)을 제조하였다. 폴리이미드 박막의 두께는 1,000 Å의 범위로 제어하였으며, 이미드화도는 FT-IR 분광기를 사용하여 측정하였다.14.5 g (0.1 mol) of 3,5-diaminobenzoic acid was dissolved in N -methyl-2-pyrrolidone (NMP) while nitrogen gas was slowly passed through a 100-ml reactor equipped with a stirrer and a nitrogen- 29.6 g (0.1 mol) of biphthalic dianhydride [BPDA] was slowly added. At this time, the solid content was adjusted to 20 wt%, and the reaction was allowed to proceed for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 0 to 10 ° C. The yield of the polymerization reaction was confirmed to be quantitative, and intrinsic viscosity was measured at 30 ° C at a concentration of 0.5 g / dl with N - methyl - 2 - pyrrolidone as a solvent. To the prepared polyamic acid solution, 4 g of N, N -dimethylaminoethanol (10 wt% based on the solid content of the polyamic acid) was added and stirred for 10 minutes. The mixture was spin-coated and imidized at 160 ° C for 60 minutes. To prepare a polyimide thin film (LPI-3). The thickness of the polyimide thin film was controlled in the range of 1,000 angstroms, and the imidization degree was measured using an FT-IR spectroscope.

실시예Example 4. 폴리이미드 박막( 4. Polyimide thin films ( LPILPI -4) 박막의 제조-4) Preparation of thin films

교반기와 질소주입장치를 부착한 100 ㎖의 반응기에 질소가스를 서서히 통과시키면서 2,4-디아미노벤젠설폰산 18.1 g(0.1 mol)을 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 용해시킨 후, 비프탈산 이무수물[BPDA] 29.6 g(0.1 mol)을 서서히 첨가하였다. 이때 고형분의 농도는 20 중량%로 하였으며, 반응온도를 0~10 ℃로 유지시키면서 3 시간 동안 반응을 진행시켰다. 이때 중합반응의 수율은 정량적인 것으로 확인되었으며, N-메틸-2-피롤리돈을 용매로 하여 0.5 g/㎗의 농도로 30℃에서 고유점도를 측정하였다. 제조된 폴리아믹산 용액에 N,N-디메틸아미노에탄올을 4 g(폴리아믹산 고형분에 대하여 10 중량%) 첨가하여 10분간 교반한 후, 스핀 코팅하였으며, 160℃의 온도에서 60분 동안 이미드화 반응을 수행하여, 폴리이미드 박막(LPI-4)을 제조하였다. 폴리이미드 박막의 두께는 1,000 Å의 범위로 제어하였으며, 이미드화도는 FT-IR 분광기를 사용하여 측정하였다.In a 100 ml reactor equipped with a stirrer and a nitrogen injection device, 18.1 g (0.1 mol) of 2,4-diaminobenzenesulfonic acid was dissolved in N -methyl-2-pyrrolidone (NMP) while nitrogen gas was passed slowly , Followed by the slow addition of 29.6 g (0.1 mol) of biphthalic dianhydride [BPDA]. At this time, the solid content was adjusted to 20 wt%, and the reaction was allowed to proceed for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 0 to 10 ° C. The yield of the polymerization reaction was confirmed to be quantitative, and the intrinsic viscosity was measured at 30 ° C at a concentration of 0.5 g / dl with N - methyl - 2 - pyrrolidone as a solvent. To the prepared polyamic acid solution, 4 g of N, N -dimethylaminoethanol (10 wt% based on the solid content of the polyamic acid) was added and stirred for 10 minutes. The mixture was spin-coated and imidized at 160 ° C for 60 minutes. To prepare a polyimide thin film (LPI-4). The thickness of the polyimide thin film was controlled in the range of 1,000 angstroms, and the imidization degree was measured using an FT-IR spectroscope.

실시예 5. 폴리이미드 박막(LPI-5) 박막의 제조Example 5. Preparation of polyimide thin film (LPI-5) thin film

교반기와 질소주입장치를 부착한 100 ㎖의 반응기에 질소가스를 서서히 통과시키면서 4,4-디아미노디페닐아미드 22.7 g(0.1 mol)을 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 용해시킨 후, 비프탈산 이무수물[BPDA] 29.6 g(0.1 mol)을 서서히 첨가하였다. 이때 고형분의 농도는 20 중량%로 하였으며, 반응온도를 0~10 ℃로 유지시키면서 3 시간 동안 반응을 진행시켰다. 이때 중합반응의 수율은 정량적인 것으로 확인되었으며, N-메틸-2-피롤리돈을 용매로 하여 0.5 g/㎗의 농도로 30℃에서 고유점도를 측정하였다. 제조된 폴리아믹산 용액에 N,N-디메틸아미노에탄올을 4 g(폴리아믹산 고형분에 대하여 10 중량%) 첨가하여 10분간 교반한 후, 스핀 코팅하였으며, 160℃의 온도에서 60분 동안 이미드화 반응을 수행하여, 폴리이미드 박막(LPI-4)을 제조하였다. 폴리이미드 박막의 두께는 1,000 Å의 범위로 제어하였으며, 이미드화도는 FT-IR 분광기를 사용하여 측정하였다.In a 100 ml reactor equipped with a stirrer and a nitrogen injection device, 22.4 g (0.1 mol) of 4,4-diaminodiphenylamide was dissolved in N -methyl-2-pyrrolidone (NMP) while nitrogen gas was passed slowly , Followed by the slow addition of 29.6 g (0.1 mol) of biphthalic dianhydride [BPDA]. At this time, the solid content was adjusted to 20 wt%, and the reaction was allowed to proceed for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 0 to 10 ° C. The yield of the polymerization reaction was confirmed to be quantitative, and the intrinsic viscosity was measured at 30 ° C at a concentration of 0.5 g / dl with N - methyl - 2 - pyrrolidone as a solvent. To the prepared polyamic acid solution, 4 g of N, N -dimethylaminoethanol (10 wt% based on the solid content of the polyamic acid) was added and stirred for 10 minutes. The mixture was spin-coated and imidized at 160 ° C for 60 minutes. To prepare a polyimide thin film (LPI-4). The thickness of the polyimide thin film was controlled in the range of 1,000 angstroms, and the imidization degree was measured using an FT-IR spectroscope.

실시예 6. 폴리이미드 박막(LPI-6) 박막의 제조Example 6: Preparation of polyimide thin film (LPI-6) thin film

교반기와 질소주입장치를 부착한 100 ㎖의 반응기에 질소가스를 서서히 통과시키면서 파라-페닐렌디아민(p-PDA) 9.7 g(0.09 mol)과 1-(3,5-디아미노페닐)-3-옥타데실-숙시닉이미드(DA-IM-18) 4.6 g (0.01 mol)을 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 용해시킨 후, 비프탈산 이무수물[BPDA] 29.6 g(0.1 mol)을 서서히 첨가하였다. 이때 고형분의 농도는 20 중량%로 하였으며, 반응온도를 0~10 ℃로 유지시키면서 3 시간 동안 반응을 진행시켰다. 이때 중합반응의 수율은 정량적인 것으로 확인되었으며, N-메틸-2-피롤리돈을 용매로 하여 0.5 g/㎗의 농도로 30℃에서 고유점도를 측정하 였다. 제조된 폴리아믹산 용액에 N,N-디메틸아미노에탄올을 4 g(폴리아믹산 고형분에 대하여 10 중량%) 첨가하여 10분간 교반한 후, 스핀 코팅하였으며, 160℃의 온도에서 60분 동안 이미드화 반응을 수행하여, 폴리이미드 박막(LPI-6)을 제조하였다. 폴리이미드 박막의 두께는 1,000 Å의 범위로 제어하였으며, 이미드화도는 FT-IR 분광기를 사용하여 측정하였다.(0.09 mol) of para-phenylenediamine ( p- PDA) and 1- (3,5-diaminophenyl) -3- (3-methylphenyl) propane were slowly passed through a 100 ml reactor equipped with a stirrer and a nitrogen- After dissolving 4.6 g (0.01 mol) of octadecyl-succinimide (DA-IM-18) in N -methyl-2-pyrrolidone (NMP), 29.6 g of biphthalic dianhydride [BPDA] ) Was slowly added. At this time, the solid content was adjusted to 20 wt%, and the reaction was allowed to proceed for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 0 to 10 ° C. The yield of the polymerization reaction was confirmed to be quantitative, and the intrinsic viscosity was measured at 30 ° C at a concentration of 0.5 g / dl with N - methyl - 2 - pyrrolidone as a solvent. To the prepared polyamic acid solution, 4 g of N, N -dimethylaminoethanol (10 wt% based on the solid content of the polyamic acid) was added and stirred for 10 minutes. The mixture was spin-coated and imidized at 160 ° C for 60 minutes. To prepare a polyimide thin film (LPI-6). The thickness of the polyimide thin film was controlled in the range of 1,000 angstroms, and the imidization degree was measured using an FT-IR spectroscope.

실시예Example 7 7

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 폴리아믹산 고형분에 대하여 N,N-디메틸아미노에탄올 5 중량%를 사용하여 폴리이미드 수지(LPI-7)를 제조하였다.Polyimide resin (LPI-7) was prepared in the same manner as in Example 1 except that 5 wt% of N, N -dimethylaminoethanol was used for the polyamic acid solid component.

실시예Example 8  8

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, N,N-디메틸아미노에탄올 대신에 폴리아믹산 고형분에 대하여 N,N-디에틸아미노에탄올 10 중량%를 도입하였으며, 150 ℃의 온도에서 60 분 동안 이미드화 반응을 수행하여 폴리이미드 수지(LPI-8)를 제조하였다.Instead of N, N -dimethylaminoethanol , 10% by weight of N, N -diethylaminoethanol was introduced into the solid content of polyamic acid and imidization reaction was carried out at a temperature of 150 ° C. for 60 minutes To prepare a polyimide resin (LPI-8).

실시예Example 9 9

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, N,N-디메틸아미노에탄올을 폴리아믹산 고형분에 대하여 25 중량% 도입하였으며, 130℃의 온도에서 60분 동안 이미드화 반응을 수행하여 폴리이미드 수지(LPI-9)를 제조하였다. N, N -dimethylaminoethanol was introduced in an amount of 25% by weight based on the solid content of the polyamic acid, imidization was carried out at a temperature of 130 ° C. for 60 minutes to obtain a polyimide resin (LPI-9 ).

실시예Example 10 10

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, N,N-디메틸아미노에탄올을 폴리아믹산 고형분에 대하여 30 중량% 도입하였으며, 100℃의 온도에서 60분 동안 이미드화 반응을 수행하여 폴리이미드 수지(LPI-10)를 제조하였다. N, N -dimethylaminoethanol was introduced in an amount of 30% by weight based on the solid content of the polyamic acid, imidization was carried out at a temperature of 100 ° C for 60 minutes to obtain a polyimide resin (LPI-10 ).

비교예Comparative Example 1 One

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 1,8-디아자바이사이클로[5.4.0]운데-7-센을 폴리아믹산 고형분에 대하여 10 중량% 도입하였으며, 200 ℃의 온도에서 60 분동안 이미드화 반응을 수행하여 폴리이미드 수지(LPI-11)를 제조하였다. 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene was introduced in an amount of 10% by weight based on the solid content of the polyamic acid, imidization reaction was carried out at a temperature of 200 ° C for 60 minutes To prepare a polyimide resin (LPI-11).

비교예Comparative Example 2. 폴리이미드( 2. Polyimide ( HPIHPI -1)의 제조-1)

교반기와 질소주입장치를 부착한 100 ㎖의 반응기에 질소가스를 서서히 통과시키면서 파라-페닐렌디아민(p-PDA) 10.8 g(0.1 mol)을 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 용해시킨 후, 비프탈산 이무수물[BPDA] 29.6 g(0.1 mol)을 서서히 첨가하였다. 이때 고형분의 농도는 20 중량%로 하였으며, 반응온도를 0~10 ℃로 유지시키면서 3 시간 동안 반응을 진행시켰다. 제조된 폴리아믹산 용액을 스핀코팅한 후, 160℃의 온도에서 120 분 동안 이미드화 반응을 수행하여 폴리이미드 박막(HPI-1)을 제조하였다. 폴리이미드 박막의 두께는 1,000 Å의 범위로 제어하였으며, 이미드화도는 FT-IR 분광기를 사용하여 측정하였다.10.8 g (0.1 mol) of para-phenylenediamine ( p- PDDA) was dissolved in N -methyl-2-pyrrolidone (NMP) while nitrogen gas was slowly passed through a 100-ml reactor equipped with a stirrer and a nitrogen- , 29.6 g (0.1 mol) of biphthalic dianhydride [BPDA] was slowly added. At this time, the solid content was adjusted to 20 wt%, and the reaction was allowed to proceed for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 0 to 10 ° C. The prepared polyamic acid solution was spin-coated and imidized at 160 ° C for 120 minutes to prepare a polyimide thin film (HPI-1). The thickness of the polyimide thin film was controlled in the range of 1,000 angstroms, and the imidization degree was measured using an FT-IR spectroscope.

비교예Comparative Example 3. 폴리이미드( 3. Polyimide ( HPIHPI -2)의 제조-2)

교반기와 질소주입장치를 부착한 100 ㎖의 반응기에 질소가스를 서서히 통과시키면서 파라-페닐렌디아민(p-PDA) 10.8 g(0.1 mol)을 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 용해시킨 후, 비프탈산 이무수물[BPDA] 29.6 g(0.1 mol)을 서서히 첨가하였다. 이때 고형분의 농도는 20 중량%로 하였으며, 반응온도를 0~10 ℃로 유지시키면서 3시간 동안 반응을 진행시켰다. 제조된 폴리아믹산 용액을 스핀코팅한 후, 400℃의 온도에서 120분 동안 이미드화 반응을 수행하여 폴리이미드 박막( HPI -2)을 제조하였다. 폴리이미드 박막의 두께는 1,000 Å의 범위로 제어하였으며, 이미드화도는 FT-IR 분광기를 사용하여 측정하였다.10.8 g (0.1 mol) of para-phenylenediamine ( p- PDDA) was dissolved in N -methyl-2-pyrrolidone (NMP) while nitrogen gas was slowly passed through a 100-ml reactor equipped with a stirrer and a nitrogen- , 29.6 g (0.1 mol) of biphthalic dianhydride [BPDA] was slowly added. At this time, the solid content was adjusted to 20 wt%, and the reaction was allowed to proceed for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 0 to 10 ° C. The prepared polyamic acid solution was spin-coated and imidized at 400 ° C for 120 minutes to prepare a polyimide thin film ( HPI- 2) . The thickness of the polyimide thin film was controlled in the range of 1,000 angstroms, and the imidization degree was measured using an FT-IR spectroscope.

상기 실시예 1~10과 비교예 1~2에 따라 제조된 폴리아믹산의 단량체 조성, 고유점도를 다음 표 1에 나타내었다.The monomer compositions and intrinsic viscosities of the polyamic acid prepared according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112009041520443-pat00011
Figure 112009041520443-pat00011

본 발명의 상기 가용성 폴리이미드 수지의 고유점도는 1.28~2.64 ㎗/g이었고, GPC(gel permeation chromatography)에 의해 측정한 중량평균 분자량은 10,000~500,000 g/mol 범위에 있었으며 용매 주형에 의한 필름 성형성이 매우 우수한 것으로 나타났다.The soluble polyimide resin of the present invention had an intrinsic viscosity of 1.28 to 2.64 dl / g and a weight average molecular weight of 10,000 to 500,000 g / mol as measured by gel permeation chromatography (GPC). The film moldability Were found to be very good.

폴리이미드 박막의 제조 및 특성 평가Preparation and characterization of polyimide thin films

상기 실시예 1~10과 비교예 1~2 에서 제조한 폴리아믹산 용액을 스핀 코팅하여 1000 Å의 두께로 박막화한 후, 90℃의 온도에서 2분간 열처리하여 용매를 제거하였다. 이어, 100~400℃ 사이의 온도에서 60~120 분 동안 건조하여 폴리이미드 박막을 제조하였다. The polyamic acid solutions prepared in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2 were spin coated to a thickness of 1000 Å and then heat treated at 90 ° C. for 2 minutes to remove the solvent. Then, the polyimide thin film was dried at a temperature of 100 to 400 ° C. for 60 to 120 minutes.

[폴리이미드 박막의 특성 평가][Characteristic evaluation of polyimide thin film]

(1) 용해도(1) Solubility

본 발명에서는 폴리아믹산 용액의 열경화조건 및 촉매의 종류를 변화시켜가며 폴리이미드 박막을 제조하였으며, 100~400℃의 온도 범위에서 60~120 분간 열처리한 후, 포터레지스트 스트립퍼 및 에천트에 대한 안정성 평가 결과를 다음 표 2에 나타내었다. In the present invention, a polyimide thin film was prepared by changing the thermosetting conditions of the polyamic acid solution and the type of the catalyst. After heat treatment at a temperature range of 100 to 400 ° C for 60 to 120 minutes, stability against the porter resist stripper and etchant The evaluation results are shown in Table 2 below.

(2) 열적특성(2) Thermal properties

본 발명에서 제조한 폴리이미드 수지의 열적특성을 알아보기 위하여 실시예 1~10과 비교예 1~3으로부터 제조된 폴리이미드 수지를 박막 코팅 후 100~400℃의 온도에서 열처리한 후 열중량 분석을 이용하여 초기분해온도를 구하였다. 또한 박막 내에 잔 류하는 촉매잔류량을 측정하기 위해 HPLC를 사용하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다. In order to examine the thermal properties of the polyimide resin prepared in the present invention, the polyimide resin prepared in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 3 was heat-treated at a temperature of 100 to 400 ° C., To determine the initial decomposition temperature. Also, HPLC was used to measure the residual amount of catalyst remaining in the thin film, and the results are shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

Figure 112009041520443-pat00012
Figure 112009041520443-pat00012

상기의 표 2에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시예 1~10에 따라 제조된 폴리이미드계 수지들은 100~200℃ 범위의 낮은 온도에서 이미드화 반응을 진행시켰음에도 불구하고, 포토레지스트 제거제 및 ITO 에천트에 용해되지 않는 우수한 내용제성을 나타내었으며, 이는 400℃의 고온에서 반응이 수행된 HPI-2와 동등할 정도의 우수한 특성을 나타내었다. 반면 촉매를 사용하지 않고 200 ℃의 온도에서 경화반응이 진행된 HPI-1의 경우에는 해당용액에 모두 용해되는 결과를 보였다. 뿐만아니라, HPLC에 의해 측정된 촉매잔류량의 경우, 본 발명의 박막 내에 존재하는 촉매잔량은 200 ppm 이하의 낮은 실험결과를 보인 반면, 비교예 1의 1,8-디아자바이사이클로[5.4.0]운데-7-센를 촉매로 사용한 경우에는 2000 ppm이상의 높은 값을 나타내었다. 또한 실시예 1~10의 폴리이미드 박막은 480~550℃ 범위의 높은 열분해온도를 나타내었다. 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다. As can be seen from Table 2 above, the polyimide resins prepared according to Examples 1 to 10 of the present invention exhibited excellent photoresist removers and ITO, even though the imidization reaction proceeded at a low temperature ranging from 100 to 200 ° C. And showed excellent solvent resistance not dissolving in the cantilever, which is equivalent to that of HPI-2 subjected to the reaction at a high temperature of 400 ° C. On the other hand, HPI-1, which was cured at a temperature of 200 ° C without using a catalyst, was completely dissolved in the solution. In addition, in the case of the catalyst residual amount measured by HPLC, the residual amount of catalyst existing in the thin film of the present invention was as low as 200 ppm or less, while the 1,8-diazabicyclo [5.4.0] Undec-7-ene as a catalyst showed a high value of more than 2000 ppm. The polyimide films of Examples 1 to 10 exhibited high pyrolysis temperatures ranging from 480 to 550 ° C. The results are shown in Table 3 below.

(3) 표면에너지 및 유전상수 평가(3) Evaluation of surface energy and dielectric constant

[유전상수][Dielectric constant]

실시예 1~10과 비교예 1~3로부터 제조된 폴리이미드 박막의 유전상수를 측정하기 위해서 본 발명에서는 유리기판 위에 40 nm 두께의 금을 10-6 torr의 진공하에서 열증착하였다. 여기에 폴리이미드 용액을 스핀 코팅하여 3000~5000 Å의 두께로 박막화한 후 90℃의 온도에서 2분간 열처리하여 용매를 제거하였다. 이어, 120~400℃의 온도에서 60~120 분 동안 건조하였다. 얻어진 폴리이미드 박막 위에 지름 2 cm의 금을 40 nm의 두께로 박막 증착한 후 임피던스 계전기(impedance analyzer)를 이용하여 10 kHz의 주파수에서 유전상수를 측정하였다.In order to measure the dielectric constant of the polyimide thin films prepared in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 3, gold of 40 nm thickness was thermally deposited on a glass substrate under a vacuum of 10 -6 torr. The polyimide solution was spin-coated to a thickness of 3000 to 5000 Å, and then heat-treated at 90 ° C for 2 minutes to remove the solvent. Then, it was dried at a temperature of 120 to 400 DEG C for 60 to 120 minutes. On the obtained polyimide thin film, gold of 2 cm in diameter was deposited to a thickness of 40 nm, and dielectric constant was measured at a frequency of 10 kHz using an impedance analyzer.

[표 3][Table 3]

Figure 112009041520443-pat00013
Figure 112009041520443-pat00013

(4) 유기박막트랜지스터 특성(4) Organic thin film transistor characteristics

본 발명의 저온경화형 폴리이미드를 이용하여 유기박막트랜지스터를 제작하고 그 특성을 측정하였다. 유기반도체로는 유기 박막 트랜지스터에서 가장 널리 사용되고 상대적으로 좋은 성능을 가지는 펜타센을 사용하였다. 기판은 유리 혹은 폴리에테르설폰과 같은 플라스틱 기판을 사용하였다. 상 접촉(top-contact)소자 제작방법은 다음과 같다. The organic thin film transistor was fabricated using the low temperature curable polyimide of the present invention and its characteristics were measured. As organic semiconductors, Pentacene, which is most widely used in organic thin film transistors and has relatively good performance, was used. A plastic substrate such as glass or polyethersulfone was used as the substrate. The top-contact device fabrication method is as follows.

먼저, 기판 청결도는 전자 소자를 제작할 때 가장 중요한 요소 중의 하나이므로 세제, 증류수, 아세톤 및 아이소프로필알코올를 이용하여 초음파 세척을 한 후 오븐에서 충분히 건조시킨 것을 사용하였고, 플라스틱 기판은 시판되는 것을 별도의 세척공정 없이 보호막만 탈리시킨 후 그대로 사용하였다. 잘 세척된 기판 위에 먼저 금을 새도우마스크를 이용하여 1×10-6 torr의 진공에서 열 진공 증착하여 2 mm 너비의 게이트 전극을 40 nm 두께로 형성하였다. 그 위에 본 발명의 폴리아믹산 용액을 50~500 nm 두께로 스핀코팅하고, 90℃에서 2분간 건조한 후, 100~200℃의 온도에서 이미드화 반응을 수행하였다. 상기의 폴리이미드 절연막 위에 유기반도체인 펜타센을 1×10-6 torr의 진공에서 열진공 증착을 이용하여 30~100 nm 두께로 증착하였다. 이때 펜타센의 결정화에 큰 영향을 미치는 기판의 온도는 90~140℃로 일정하게 유지하였다. 마지막으로 금을 게이트 증착과 같은 방법으로 40 nm의 두께로 증착하여 소오스와 드레인 전극을 형성하였다. 하접촉(bottom-contact) 소자는 펜타센과 소오스, 드레인 전극의 형성 순서를 서로 바꿈으로써 제작하였다. 상기와 같이 제조된 소자의 특성은 에질런트 테크날리지사의 E5272장비를 이용하여 게이트 전압에 따른 드레인 전압-드레인 전류 및 드레인 전압에 따른 게이트 전압-드레인 전류 곡선들을 측정하여 포화(saturation) 영역에서 다음의 전류, 전압식을 이용하여 제반 특성들을 평가하였다. First, the cleanliness of the substrate is one of the most important factors when manufacturing an electronic device. Therefore, the substrate cleaned by ultrasonic cleaning using a detergent, distilled water, acetone, and isopropyl alcohol and sufficiently dried in an oven was used. Only the protective film was removed without using the process and used as it was. A 2 mm wide gate electrode was formed to a thickness of 40 nm on a well-cleaned substrate by thermal vacuum deposition at a vacuum of 1 × 10 -6 torr using a shadow mask. The polyamic acid solution of the present invention was spin-coated thereon to a thickness of 50 to 500 nm, dried at 90 ° C for 2 minutes, and imidized at 100-200 ° C. Pentacene, an organic semiconductor, was deposited on the polyimide insulating film to a thickness of 30 to 100 nm by thermal vacuum deposition at a vacuum of 1 × 10 -6 torr. At this time, the temperature of the substrate, which greatly influences the crystallization of pentacene, was kept constant at 90 to 140 ° C. Finally, gold was deposited to a thickness of 40 nm by the same method as gate deposition to form the source and drain electrodes. The bottom-contact device was fabricated by changing the order of forming pentacene, source and drain electrodes. The characteristics of the device fabricated as described above were measured by measuring the gate voltage-drain current curves corresponding to the drain voltage-drain current and the drain voltage according to the gate voltage using E5272 equipment manufactured by Agilent Technologies, Current, and voltage.

상기 유기박막 트랜지스터의 특성을 정리하여 그 결과를 다음 표 4에 나타내었다.  The characteristics of the organic thin film transistor are summarized and the results are shown in Table 4 below.

[Off current 특성, 전계전하이동도 및 히스테리시스 특성][Off current characteristics, electric field charge mobility and hysteresis characteristics]

다음의 표 4에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시예 1~10에 따라 제조된 폴리이미드계 수지들은 2.0~6.0 범위의 유전상수와 30~65 dyne/cm 범위의 표면에너지를 가지고 있었으며 중합체 내에 옥타데실 측쇄기를 함유한 단량체인 DA-L-18IM가 도입된 LPI-6의 경우 가장 낮은 유전상수 및 표면에너지를 나타내었다. 또한, 이미드화도의 증가 및 표면에너지의 감소는 전계효과 전하이동도의 증가효과를 보였으며 그 결과 우수한 전계효과전하이동도를 나타내었다.As can be seen from the following Table 4, the polyimide resins prepared according to Examples 1 to 10 of the present invention had dielectric constants in the range of 2.0 to 6.0 and surface energies in the range of 30 to 65 dyne / cm, The lowest dielectric constant and surface energy were shown for LPI-6 with DA-L-18IM, a monomer containing side chain groups. In addition, the increase of the imidization degree and the decrease of the surface energy showed the effect of increasing the field effect charge mobility, and as a result, it showed a good field effect charge mobility.

[표 4][Table 4]

Figure 112009041520443-pat00014
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도 1은 실시예 2에서 제조된 LPI-2가 절연체로 도입된 유기박막트랜지스터 소자의 트랜지스터 특성(out put 곡선)이며,1 is a transistor characteristic (out put curve) of an organic thin film transistor element in which LPI-2 prepared in Example 2 is introduced as an insulator,

도 2는 실시예 2에서 제조된 LPI-2가 절연체로 도입된 유기박막트랜지스터 소자의 히스테리시스 곡선이다.2 is a hysteresis curve of an organic thin film transistor element in which LPI-2 prepared in Example 2 is introduced as an insulator.

Claims (13)

하기 화학식 2로 표시되는 아미노알콜 화합물을 촉매로 함유하여 제조되며, 폴리이미드 수지내의 촉매 잔류량이 0~156 ppm이고, 상기 폴리이미드 수지를 사용하여 제작된 유기박막트랜지스터 소자상에서 전계효과전하이동도가 1~3.0 ㎠/Vs인, 하기 화학식 1의 저온경화형 폴리이미드 수지.And a residual amount of catalyst in the polyimide resin is 0 to 156 ppm, and the electric field effect carrier mobility on the organic thin film transistor device manufactured using the polyimide resin is 1 to 3.0 cm < 2 > / Vs. [화학식 1][Chemical Formula 1]
Figure 112016059778838-pat00015
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[상기 화학식 1에서[Formula 1]
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Figure 112016059778838-pat00016
중에서 선택된 하나 이상의 4가기인 것을 특징으로 하며;  ≪ / RTI >
Figure 112016059778838-pat00017
Figure 112016059778838-pat00017
The
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Figure 112016059778838-pat00019
,
Figure 112016059778838-pat00020
,
Figure 112016059778838-pat00021
,
Figure 112016059778838-pat00022
Figure 112016059778838-pat00023
중에서 선택된 1종 이상의 2가기로서, n은 10~1000 범위의 자연수이고; R1은 각각 탄소수 1~30 사이의 알킬기 또는 아릴기이고; Y는 에스테르기, 아미드기, 이미드기, 및 에테르기 중에서 선택된 하나이다.]
Figure 112016059778838-pat00019
,
Figure 112016059778838-pat00020
,
Figure 112016059778838-pat00021
,
Figure 112016059778838-pat00022
And
Figure 112016059778838-pat00023
, N is a natural number ranging from 10 to 1000; R 1 is an alkyl group or an aryl group each having 1 to 30 carbon atoms; And Y is a group selected from an ester group, an amide group, an imide group, and an ether group.
[화학식 2](2)
Figure 112016059778838-pat00029
Figure 112016059778838-pat00029
[상기 화학식 2에서, R1 및 R2는 각각 탄소수 1~12의 알킬기이고, R3 및 R4는 각각 수소원자, 탄소수 1~12의 알킬기, 또는 탄소수 1~12의 히드록시 알킬기를 나타내며, n은 0~4의 정수이다.]Wherein R 1 and R 2 are each an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, R 3 and R 4 are each a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a hydroxyalkyl group having 1 to 12 carbon atoms, n is an integer of 0 to 4.]
제 1 항에 있어서,  The method according to claim 1, 상기 폴리이미드 수지의 고유점도가 1.0~3.0 g/dL이고, 중량평균분자량은 10,000~500,000 g/mol인 저온경화형 폴리이미드 수지.Wherein the polyimide resin has an intrinsic viscosity of 1.0 to 3.0 g / dL and a weight average molecular weight of 10,000 to 500,000 g / mol. 제 1 항에 있어서,  The method according to claim 1, 상기 폴리이미드 수지의 유전상수가 2~6 인 저온경화형 폴리이미드 수지.Wherein the polyimide resin has a dielectric constant of 2 to 6. 제 1 항에 있어서,  The method according to claim 1, 상기 폴리이미드 수지의 표면장력이 30~65 dyne/cm인 저온경화형 폴리이미드 수지.Wherein the polyimide resin has a surface tension of 30 to 65 dyne / cm. 제 1 항에 있어서,  The method according to claim 1, 상기 폴리이미드 수지는 100~200℃에서 60~120분 동안 열경화된 것인 저온경화형 폴리이미드 수지.Wherein the polyimide resin is thermally cured at 100 to 200 DEG C for 60 to 120 minutes. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 화학식 2의 화합물이 N,N-디메틸아미노에탄올, N,N-디에틸아미노에탄올, N,N-디메틸아미노프로판올, N,N-디메틸아미노부탄올, N,N-디메틸아미노부탄-2-올, N,N-디메틸아미노부탄-1,2-디올, N,N-디에틸아미노헥산-1,2-디올 중에서 선택되는 하나 또는 2 이상의 혼합성분에 의해 제조되는 저온경화형 폴리이미드 수지.Wherein the compound of Formula 2 is selected from the group consisting of N, N -dimethylaminoethanol, N, N -diethylaminoethanol, N, N -dimethylaminopropanol, N, N -dimethylaminobutanol, N, , N, N -dimethylaminobutane-1,2-diol, and N, N -diethylaminohexane-1,2-diol. 제 1항의 폴리이미드 수지를 사용하여 제조된 것으로 off current가 10-10~10-13 A인 유기박막트랜지스터 소자.An organic thin film transistor device manufactured using the polyimide resin of claim 1 and having an off current of 10 -10 to 10 -13 A. 제 9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 소자는 히스테리시스가 1V 이하인 유기박막트랜지스터 소자.Wherein the device has a hysteresis of 1 V or less. 하기 화학식 2로 표시되는 아미노알콜 화합물을 촉매로 사용하여 폴리아믹산을 이미드화하여 폴리이미드를 제조하며, 상기 폴리이미드 수지내의 촉매 잔류량이 0~156 ppm인 저온경화형 폴리이미드 수지의 제조방법.A process for producing a low-temperature curing polyimide resin, comprising the steps of: preparing a polyimide by imidizing a polyamic acid by using an amino alcohol compound represented by the following formula (2) as a catalyst, wherein the catalyst residual amount in the polyimide resin is 0 to 156 ppm. [화학식 2](2)
Figure 112016059778838-pat00025
Figure 112016059778838-pat00025
[상기 화학식 2에서, R1 및 R2는 각각 탄소수 1~12의 알킬기이고, R3 및 R4는 각각 수소원자, 탄소수 1~12의 알킬기, 또는 탄소수 1~12의 히드록시 알킬기를 나타내며, n은 0~4의 정수이다.]Wherein R 1 and R 2 are each an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, R 3 and R 4 are each a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a hydroxyalkyl group having 1 to 12 carbon atoms, n is an integer of 0 to 4.]
삭제delete 제 11항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 이미드화는 100~200℃의 저온가열하여 제조하는 저온경화형 폴리이미드 수지의 제조방법.Wherein the imidization is performed by heating at a low temperature of 100 to 200 占 폚.
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