초록
전편의 연구결과[1]를 토대로 또 다른 방법으로써 폴리이미드의 구조를 변화시켜 방향족 폴리벤즈이미다졸(PBI)과의 블렌드들의 상용성 및 상용성을 가져다 주는 상호작용의 세기를 상대적으로 비교하였다. 이 연구에서 방향족 폴리이미드(PI)는 두 개의 디아민인 4,4'-methylene dianiline (4,4'-MDA)과 4,4'-oxydianiline (4,4'-ODA)을 dianhydride인 3,3',4,4'-diphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride (DSDA)와의 축합반응을 통하여 용매인 DMAc로 폴리아믹산(PAA)을 합성한 후 열경화하여 얻었다. 이들 폴리아믹산(PAA)을 poly2,2-(m-phenylene)-5,5'-bibenzimidazole (PBI)와 용액 블렌딩하여 PBI/PAA 블렌드를 열경화시켜 PBI/PI의 블렌드로 전환시킨후 상용성을 조사하고 전편의 블렌드에 사용된 폴리이미드[1]와 이 연구에 사용된 폴리이미드의 구조변화에 대한 상호작용의 상대적인 크기를 조사하였다. 연구에 사용된 두 가지 블렌드인 PBI/DSDA+4.4'-MDA (Blend-V)와 PBI/DSDA+4.4'-ODA (Blend-VI)는 사용성을 보였다. 이는 성현된 필름이 투명하고, 전 블렌드 조성에 대해서 하나의 $T_g$를 가지며, 또한 블렌드 조성에 따른 N-H ($3418cm^{-1}$)와 C=O 스트레칭 밴드(1730 및 $1780cm^{-1}$)의 주파수 이동폭이 각각 $39{\sim}40cm^{-1}$, $5{\sim}6cm^{-1}$와 $3{\sim}4cm^{-1}$이었다. 이 연구에 사용된 블렌드들에 대하여 두 성분 고분자간 상호작용의 세기를 실험치와 Fox식으로 계산된 유리전이온도차로 생긴 면적(A), Gordon-Taylor 식에서의 ${\kappa}$ 값, 그리고 관능기인 N-H와 카보닐기의 주파수 이동폭의 변화로 살펴보았다. 이들에 대한 결과로 먼저, 면적 (A)와 ${\kappa}$ 값에 있어서 Blend-V와 Blend-VI이 전편의 블렌드 [1]인 Blend-III와 Blend-IV에 비해 작은 값을 보였다. 또한 관능기의 주파수 이동에 있어서도 이에 대한 결과와 유사한 결과를 보였다. 따라서 블렌드에 사용된 PI의 구조변화에 따라 상호작용이 다른 것은 PI 합성시에 사용된 서로 다른 dianhydride의 구조에서 페닐링 사이에 존재하는 linkage인 C=O보다 $SO_2$가 존재할 때[Fig. 2] 블렌드를 이루는 두 고분자사이의 상호작용인 수소결합력을 약화시키는 spacer로 작용한 것으로 사료된다. 다시 말하면, 전자가 후자보다 더 큰 입체장애를 일으켰기 때문이라 사려된다.
On the basis of the previous study[1], miscibility were investigated and intermolecular interaction strength for the miscibility were relatively compared for the blends poly{2,2-(m-phenylene)-5,5'-bibenzimidazole}(PBI) with two aromatic polyimides (PIs) synthesized by another dianhydride. Aromatic PAAs were prepared by the reaction of condensation of two diamines, 4,4'-methylene dianiline(4,4'-MDA) and 4,4'-oxydianiline(4,4'-ODA) with 3,3',4,4'-diphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride(DSDA) using DMAc, and then converted into PIs after curing. PBI/PAA blends were prepared by solution blending. Cast films or precipitated powders of the PBI/PAA blends were cared at a high temperature to transform into PBI/PIs blends. Miscibility and specific intermolecular interaction for miscibility in the blends were investigated, and compared with previous polyimide structures of PBI/PIs blends [1]. Two blends, PBI/DSDA+4,4'-MDA(Blend-V) and PBI/DSDA+4,4'-ODA(Blend-VI), were found miscible : the evidences were optically clear films, synergistic single composition dependent $T_g{\prime}s$, and frequency shifts of N-H stretching band as much as $39{\sim}40cm^{-1}$, and of C=O stretching band near 1730 and $1780cm^{-1}$, 5~6 and $3{\sim}4cm^{-1}$, respectively. The specific intermolecular interactions existing between PBI and PIs were relatively analyzed with the area(A) formed between the $T_g{\prime}s$ of the measured and that of the calculated by the Fox equation at all compositions, the ${\kappa}$ values in Gordon-Taylor equation obtained from the measured $T_g{\prime}s$, and differences of the frequency shifts in the functional N-H and carbonyl stretching band. From the results, the area(A) and the ${\kappa}$ values for Blend-V and VI were smaller than those for Blend-III and IV used in previous study[1]. Differences of the frequency shifts in the functional groups(N-H and C=O) also showed similar tendency. Thus, specific intermolecular interaction strength in terms of hydrogen bonding of PBI/PI blends is dependent upon chemical structures of PIs, that is, PIs it seems that $SO_2$ group in dianhydride(DSDA) has weaker hydrogen bond strength than those of C=O in BTDA. In other words, it implies that the former occupied bulk space than the latter due to the sterric effect.