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실릴 히드리드 기를 갖는 고분자의 합성 및 성질과 세라믹에의 응용 = Synthesis and properties of Si-H containing polymers for ceramic application
서명 / 저자 실릴 히드리드 기를 갖는 고분자의 합성 및 성질과 세라믹에의 응용 = Synthesis and properties of Si-H containing polymers for ceramic application / 김동석.
저자명 김동석 ; Kim, Dong-Seok
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 1999].
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초록정보

Poly[(methylsilylene)ethynylene] (1) and poly[(methylsilylene)-2,5-thiophenylene] (2) were prepared in good yields. Thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry indicated the Si-H group to increase the pyrolysis residue yields. Gelation was achieved from polymer 1 by introduction of crosslinking sites using platinum catalyzed hydrosilylation with aromatic diethynyl compounds. It was also possible to cause gelation from polymer 1 without additional crosslinking agent. The results indicate that polymers 1 and 2 are very useful for the ceramic purpose. Polymerization of 2-, 3-, and 4-(dimethylsilyl)phenylacetylene by chloroplatinic acid-catalyzed hydrosilylation gave the corresponding poly(dimethylsilylene-phenylenevinylene)s (3a-3c). Remarkable dependence of monomer reactivity upon substituent position was observed. Fluorescence studies revealed that the polymers emit in blue or violet color region. 3a showed very different behavior from 3b and 3c in TGA experiments reflecting the structure-property relationships. 3c could be successfully turned into black and smooth ceramic fiber from its melt by pyrolysis. Poly(silylenevinylene(bi)phenylenevinylene)s (4a-5b) were synthesized by chloroplatinic acid-catalyzed hydrosilylation polymerization between α,ω-diethynylarenes and methylphenylsilane or diphenylsilane. Polymer structure was dependent on the substituent size of the silane reagent. Increased β-selectivity was observed in the polymerization due to the bulky phenyl substituent on the Si atom. Poly(silylenevinylenephenylenevinylene)s showed fluorescence emission in the blue region. 4a-5b were thermally stable up to 250℃ and gave high residue yield of 63-71% at 800℃. It was possible to pull very long flexible fibers from the melts of polymer 5a or 5b and turn them into ceramic fibers by pyrolysis. Pyridine catalyzed reactions of methyldichlorosilane with bis(trimethylsilyl)-carbodiimide afforded the first dichlorosilane-derived anhydrous sol-gel material. Both trimethylchlorosilane formation and Si-H disproportionation act as crosslinking mechanisms. The dried gels form amorphous or crystalline materials depending on the sample history. The xerogels gave Si/C/N ceramics when pyrolyzed at 1200℃ which makes it an ideal precusor for pure silicon carbide.

고분자 주쇄에 실릴 히드리드 기를 갖는 새로운 고분자 1과 2를 세라믹용 전구물질로 디자인하여 축합중합에 의해 좋은 수율로 합성하였다. 이 고분자들에 대한 열분석으로부터 열분해시 400도 이상에서 실릴 히드리드 기가 잔류물의 수율을 높이는 데 중요한 역할을 한다는 것을 알게 되었다. 고분자 1을 방향족 디아세틸렌 화합물들과 플라티늄 촉매하에서 히드로실릴화반응시켜 가교위치를 도입함으로써 겔화시킬 수 있었다. 또한 별도의 가교제가 없이도 플라티늄 촉매하에서 고분자 1을 겔화시킬 수 있었다. 이러한 방법에 의해 열분해 잔류물 수율이나 섬유를 뽑을 수 있는 성질을 향상시킬 수 있었다. 적절히 디자인된, 실릴 히드리드 기를 갖는 유기 실리콘 고분자들은 세라믹용 전구물질로 매우 유용하다는 것을 이 결과들은 나타낸다. 염화플라티늄산 촉매에 의한 히드로실릴화반응을 통해 2, 3, 또는 4-디메틸실릴페닐아세틸렌을 중합하였다. 2-디메틸실릴페닐아세틸렌으로부터는 폴리디메틸실릴렌-1,2-페닐렌비닐렌(3a)이 얻어진 데 반해 3- 또는 4-디메틸실릴페닐아세틸렌으로부터는 두 가지 서로 다른 단위 구조를 가지는 고분자들(3b, 3c)이 얻어졌다. 이러한 차이는 각 단량체의 치환체 위치에 따른 반응성의 차이에서 기인한다. 형광에 관한 연구로부터 위의 세 고분자들은 푸른 색이나 보라색 영역의 빛을 내며, 형광의 세기는 여기시키는 빛의 파장에 크게 의존함을 알게 되었다. 3a는 열중량 분석 실험에서 3b또는 3c와 매우 다른 거동을 보였다. 시차 주사 열량 분석 실험으로 3a와 3c의 녹는 거동을 관찰하였다. 3c를 녹여 유연한 고분자 섬유를 뽑아내고 이를 열분해시켜 세라믹 섬유를 성공적으로 얻을 수 있었다. 양 말단에 아세틸렌 기를 가지는 방향족 화합물과 메틸페닐실란 혹은 디페닐실란을 염화플라티늄산 촉매에 의한 히드로실릴화반응시켜 고분자 주쇄에 실리콘 원자가 포함된, 폴리파라페닐렌비닐렌과 연관된 새로운 고분자인 폴리실릴렌비닐렌(비)페닐렌비닐렌들을 합성하였다. 실리콘 원자에 결합되어 있는 페닐 기의 크기 때문에 중합에서 베타 구조 선택성이 증가되었다. 중합은 느린 속도로 진행되었다. 폴리실릴렌비닐렌페닐렌비닐렌들의 자외 흡광 스펙트럼으로부터 (-공액성이 증가되었음을 알 수 있었다. 이 고분자들은 푸른 색 영역에서 형광을 내었는데 그 세기가 최대인 파장은 441-447 나노미터였다. 폴리실릴렌비닐렌(비)페닐렌비닐렌들의 열중량 분석에서는 고분자들이 250도까지 열적으로 안정하며 800도의 열분해 후에도 63-71 퍼센트의 높은 잔류물 수율을 나타내었다. 모든 고분자들은 시차 주사 열량 분석에서 녹는 거동과 가교화 거동을 나타내었다. 폴리실릴렌비닐렌비페닐렌비닐렌들을 녹여 이로부터 매우 긴 유연한 섬유를 뽑아낼 수 있었으며, 이를 열처리하여 세라믹 섬유를 얻을 수 있었다. 메틸디클로로실란으로부터 신기한 졸-겔계를 발견하였는데, 이것은 최근에 관능기가 세 개인 실란으로부터 얻어진 카보디이미드 겔과 매우 유사하였다. 치환 및 축합 반응 과정으로부터 산소가 포함되지 않은 겔이 만들어졌다. 가교화 반응은 관능기가 두개인 실란들의 불균등화 반응에 의해 일어난다. 겔화 거동은 온도와 피리딘 촉매의 양에 크게 의존한다. 겔화가 완전히 진행되기 전에 휘발성 물질을 제거하면 결정성의 고분자상이 얻어지나, 자연적으로 숙성된 제로겔은 무정형이다. 이렇게 얻어진 겔(PMSC)을 1200도에서 열처리하면 무정형의 실리콘 니트리드와 탄소를 포함한 실리콘 카보니트리드가 얻어진다. 이 물질의 탄소 몰 함량은 실리콘의 그것과 정확히 동등하므로 순수한 실리콘 카바이드의 이상적인 재료라고 여겨진다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCH 99016
형태사항 viii, 122 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Dong-Seok Kim
지도교수의 한글표기 : 심상철
지도교수의 영문표기 : Sang-Chul Shim
수록 잡지명 : "Synthesis and properties of new Si-H contining polymers". Journal of Polymer Science : Part A: Polymer Chemistry. John Wiley & Sons, Inc., vol. 36, pp. 2275-2282 (1998)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학과,
서지주기 참고문헌 : p. 110-115
주제 유기실리콘 고분자
세라믹
실리콘 카바이드
히드로실릴화반응
졸겔
Organosilicon polymer
Ceramic
Silicon carbide
Hydrosilylation
Sol-gel
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