황 함유 방향족 폴리포스포네이트의 개발

Abstract

최근 몇 년 동안 광학 렌즈, 도파관, 고해상도 CMOS 이미지 센서(CIS) 및 유기 발광 다이오드(OLED)와 같은 광범위한 광학 응용 분야를 위해 복굴절(Δn)이 낮은 고굴절 폴리머가 개발되었다.

Lorentz-Lorenz 방정식에 따르면, 폴리머의 굴절률을 개선하기 위한 일반적인 접근 방식은 몰 부피가 낮고 몰 굴절률이 높은 치환체를 도입하는 것이다. 따라서 몰 굴절률이 높은 황, 셀레늄, 인 및 할로겐과 같은 중원자는 고굴절 폴리머의 효과적인 후보이다. 최근에는 황 함유 폴리(메타크릴레이트), 에폭시, 폴리우레탄 및 폴리이미드가 광학 응용 분야에 사용되었다.

인 및 방향족 그룹을 포함하는 방향족 폴리(포스포네이트)는 인 원자의 고유한 특성으로 인해 내화성, 연료 전지 멤브레인, 코팅 및 광학 응용 분야에 널리 사용되었다.

본 연구에서는 방향족 골격을 갖는 고굴절률 고분자인 poly(phosphonate)s (BOP), poly(thiophosphonate)s (BTP), poly(selenophosphonate)s (BSP)를 phosphonic dichlrorides와 diols의 중축합에 의해 합성하였다. . 폴리(포스포네이트)는 높은 열적 특성(Td5% > 393°C)과 우수한 유리 전이 온도(Tg = 76 – 157°C)를 가지고 있습니다. 10μm 두께에서 1.6333-1.675 범위의 굴절률과 400nm에서 93% 이상의 투과율을 나타낸다. 특히, BSP는 셀레늄의 중원자 효과로 인해 낮은 복굴절(Δn = 0.0026)과 높은 굴절률(1.676)을 보였다.

2장에서는 폴리(포스포네이트)의 향상된 특성을 제공하기 위해 고분자 나노복합체를 제조하였다. 황이 도핑된 환원 그래핀 옥사이드(S-rGO)의 작용기(티오에테르, 티올, 설폰, 설폭사이드 및 설폰산)는 폴리머 골격에 황 원자를 포함하는 폴리(티오포스포네이트)와 강한 S-S 상호작용을 형성한다. 따라서 합성된 나노복합체는 상호 작용을 통해 상호 연결된 우수한 네트워크를 형성한다. 따라서 BTP/S-rGO 나노복합체는 BOP/S-rGO 나노복합체보다 우수한 분산성을 나타내며, 높은 인장강도(51.70MPa) 및 영률(2.16GPa), 잔류 숯 수율 (CY700(%) = 63%)을 나타낸다.|In recent years, high refractive polymers with low birefringence (∆n) have been developed for broad range of optical applications such as optical lenses, waveguides, high resolution CMOS image sensors (CIS), and organic light-emitting diodes (OLEDs).

According to the Lorentz-Lorenz equation, the general approach to improve refractive index of polymers is the introduction of substituents with a low molar volume, high molar refractions. Therefore, heavy atoms such as sulfur, selenium, phosphorus, and halogens which have high molar refraction, are effective candidates for high refractive polymers. Recently, sulfur-containing poly(methacrylates), epoxy, polyurethanes, and polyimides have been used for optical applications.

Aromatic poly(phosphonates) containing phosphorous and aromatic groups have been widely used to fire-resistance, fuel cell membrane, coating, and optical applications due to unique properties of phosphorous atom.

In this study, high refractive index polymers with an aromatic backbone, poly(phosphonate)s (BOP), poly(thiophosphonate)s (BTP), and poly(selenophosphonate)s (BSP), were snythesized by polycondensation of phosphonic dichlrorides and diols. The poly(phosphonate)s have high thermal properties (Td5% > 393 °C) and a good glass transition temperature (Tg = 76 – 157 °C) to process. It shows a refractive index in the range of 1.6333 -1.675 at 10 μm thickness, and a transmittance of more than 93% at 400 nm. In particular, BSP exhibited low birefringence (Δn = 0.0026) and high refractive index (1.676) due to the heavy atom effect of selenium.

In Chapter 2, we prepared polymer nanocomposites to provide improved properties of poly(phosphonates). The functional groups (thioether, thiol, sulfone, sulfoxide and sulfonic acid) of sulfur-doped reduced graphene oxide (S-rGO) have strong S-S interactions with poly(thiophosphonate) containing sulfur atoms in the polymer backbone. Through interaction, they form a superior interconnected network. Thus, the BTP/S-rGO nanocomposite exhibits better dispersibility than the BOP/S-rGO nanocomposite, with improved mechanical properties in tensile strength (51.70 MPa), young’s modulus (2.16 GPa), thermal stability in char yield (CY700 (%) = 63%).