KR20230028365A - 유리 물품을 코팅하는 방법 - Google Patents

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서쉬밋 서닐 쿠마 고얄
시아오시아 헤
데이비드 헨리
프랭클린 랑랑 리
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Abstract

유리 물품을 코팅하는 방법은, 유리 물품을 얻는 단계; 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅을 선택하는 단계, 및 상기 유리 물품을 상기 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 선택된 코팅으로 코팅하는 단계를 포함한다. 상기 플루오르화 폴리이미드는, 300 KJ/mol 이하의 응집 에너지 밀도, 및 625 K 이하인 유리 전이 온도(Tg)를 갖는다.

Description

유리 물품을 코팅하는 방법
본 출원은 2020년 6월 17일자에 출원된 미국 가출원 제63/040,087호의 우선권을 주장하며, 이의 내용은 그 전체가 여기에 참조로 인용되고 혼입된다.
본 명세서는 일반적으로 유리 물품을 코팅하는 방법, 보다 구체적으로는, 유리 물품을 플루오르화 폴리이미드(fluorinated polyimide)로 코팅하는 방법에 관한 것이다.
유리 물품은, 전자 장치용 스크린 및 약품을 포함하는 물질용 용기와 같은, 많은 적용들에 사용된다. 유리 물품이 광학적 투명도, 화학적 내구성, 화학적 불활성, 및 이와 유사한 것과 같은, 장점을 가지고 있지만, 몇몇 적용들의 경우, 유리는 특정 단점들을 가지고 있다. 예를 들어, 유리는 다른 물질보다 스크래치, 균열, 및 기타 손상에 더 취약할 수 있다.
유리 물품과 관련된 상기 및 다른 문제를 해결하기 위해, 코팅(coatings)은 유리 물품의 다양한 특성을 개선하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 마찰-방지 코팅(anti-frictive coatings)은, 유리 물품과, 또 다른 유리 물품을 포함하지만 - 이에 제한되지 않는 - 다른 물체 사이에 접촉으로 인한 손상을 줄이기 위해 유리 물품에 적용될 수 있다. 부가하여, 코팅은 취급 동안에 유리 물품에 적용된 후, 멸균 및 이와 유사한 것과 같은, 후속 공정 동안에 제거될 수 있다. 그러나, 많은 다른 물질들은 유리 물품용 코팅을 형성하기 위해 사용될 수 있으며, 어떤 물질이 주어진 요구를 해결하는데 가장 적합한지를 결정하는 것은 어려울 수 있다. 게다가, 모든 코팅 물질들은 모든 유리 물품용 코팅으로 상용성이 있는 것은 아니다.
따라서, 유리 물품에 코팅을 적용하기 전에 코팅 물질이 적합한지 여부를 결정하여 유리 물품을 코팅하는 방법에 대한 필요성이 존재한다.
제1 관점에 따르면, 유리 물품을 코팅하는 방법은: 유리 물품을 얻는 단계; 300 KJ/mol 이하의 응집 에너지 밀도(cohesive energy density) 및 625K 이하의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅을 선택하는 단계; 및 상기 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 선택된 코팅으로 유리 물품을 코팅하는 단계를 포함한다.
제2 관점은 제1 관점의 유리 물품을 코팅하기 위한 방법을 포함하며, 여기서, 상기 플루오르화 폴리이미드는 낮은 불소 밀도를 갖는다.
제3 관점은 제1 관점 및 제2 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 마찰 계수(coefficient of friction)는 하기 수학식을 충족시킨다:
Figure pct00001
,
여기서, CED는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 응집 에너지 밀도이며,
Figure pct00002
는 고분자 반복 단위에서 총 중원자 수로 나눈 고분자 반복 단위에서 불소 원자의 수이고, Tg는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 유리 전이 온도이다.
제4 관점은 제1 관점 내지 제3 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 코팅하기 위한 방법을 포함하며, 여기서, 상기 플루오르화 폴리이미드는 중간 불소 밀도를 갖고, 상기 플루오르화 폴리이미드는 575 K 이하의 Tg를 갖는다.
제5 관점은 제4 관점의 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 마찰 계수는 하기 수학식을 충족시킨다:
Figure pct00003
,
여기서, CED는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 응집 에너지 밀도이며,
Figure pct00004
는 고분자 반복 단위에서 총 중원자 수로 나눈 고분자 반복 단위에서 불소 원자의 수이고, Tg는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 유리 전이 온도이다.
제6 관점은 제1 관점 내지 제3 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 플루오르화 폴리이미드 코팅은 높은 불소 밀도를 갖는 고분자를 포함하고, 상기 플루오르화 폴리이미드 코팅은 500 K 이하의 Tg를 갖는다.
제7 관점은 제6 관점의 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 플루오르화 폴리이미드 코팅의 마찰 계수는 하기 수학식을 충족시킨다:
Figure pct00005
,
여기서, CED는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 응집 에너지 밀도이며,
Figure pct00006
는 고분자 반복 단위에서 총 중원자 수로 나눈 고분자 반복 단위에서 불소 원자의 수이고, Tg는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 유리 전이 온도이다.
제8 관점은 제1 관점 내지 제7 관점 중 어느 하나에 따른 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 플루오르화 폴리이미드는 8.6 (cal/㎤)1/2 이하의 용해도를 갖는다.
제9 관점은 제1 관점 내지 제8 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 유리 물품은 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 유리 약품 용기(pharmaceutical container)이다.
제10 관점은 제9 관점의 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 선택된 코팅으로 유리 물품을 코팅하는 단계는 유리 약품 용기의 외부 표면의 적어도 일부를 코팅하는 단계를 포함한다.
제11 관점은 제1 관점 내지 제10 관점 중 어느 하나의 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅을 선택하는 단계는: 원래의 고분자 화학물질(original polymer chemistry)을 선택하는 단계; 상기 원래의 고분자 화학물질을 다수의 개질된 고분자 화학물질을 발생시키기 위해 작용기로 개질시키는 단계; 상기 다수의 개질된 고분자 화학물질 각각의 응집 에너지 밀도(CED)를 결정하는 단계; 상기 다수의 개질된 고분자 화학물질 각각의 Tg를 결정하는 단계; 상기 다수의 개질된 고분자 화학물질로부터 지정된 고분자 화학물질의 그룹을 선택하고, 여기서, 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹에서 각각의 고분자 화학물질은 원래의 고분자 화학물질의 CED 이하인 CED를 가지며, 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹에서 각각의 고분자 화학물질은 원래의 고분자 화학물질의 Tg 미만인 Tg를 갖는, 지정된 고분자 화학물질의 그룹을 선택하는 단계; 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹 내에서 각각의 고분자 화학물질의 마찰 계수를 결정하는 단계; 및 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹으로부터 선택된 고분자 화학물질을 선택하는 단계를 포함하고, 여기서, 상기 선택된 고분자 화학물질은 원래의 고분자 화학물질의 마찰 계수 미만인 마찰 계수를 갖는다.
제12 관점은 제11 관점의 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 원래의 고분자 화학물질을 개질시키는 단계는: 상기 원래의 고분자 화학물질의 하나 이상의 부착 부위(attachment sites)를 포함하는 백본 구조(backbone structure)를 확인하는 단계; 한 세트의 측쇄 구조(side chain structures)를 제공하는 단계; 및 상기 한 세트의 측쇄 구조에서 각 측쇄 구조를 상기 백본 구조의 하나 이상의 부착 부위에 조합 방식(combinatorial fashion)으로 부착시키는 단계를 포함한다.
제13 관점은 제12 관점의 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 백본 구조는 이무수물 단량체(dianhydride monomer) 구조를 포함한다.
제14 관점은 제13 관점의 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 이무수물 단량체 구조는:
Figure pct00007
및
Figure pct00008
로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 구성 요소를 포함한다.
제15 관점은 제12 관점의 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 한 세트의 측쇄 구조는 하나 이상의 디아민을 포함한다.
제16 관점은 제15 관점의 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 하나 이상의 디아민은:
Figure pct00009
,
Figure pct00010
,
Figure pct00011
,
Figure pct00012
,
Figure pct00013
,
Figure pct00014
,
Figure pct00015
,
Figure pct00016
,
Figure pct00017
,
Figure pct00018
,
Figure pct00019
, 및
Figure pct00020
로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 구성 요소를 포함한다.
제17 관점은 제12 관점의 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 원래의 고분자 화학물질의 백본 구조는 한 세트의 측쇄 구조에서 각각의 측쇄 구조를 상기 백본 구조의 하나 이상의 부착 부위에 조합 방식으로 부착시키기 전에 개질된다.
제18 관점은 제17 관점의 유리 물품을 코팅하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 원래의 고분자 화학물질의 백본 구조는 백본 구조를 확장하거나, 백본 구조를 축소시키거나, 또는 백본 구조의 화학 작용기(chemical groups)를 변경시켜 개질된다.
제19 관점에서, 낮은 마찰 계수를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 형성하는 방법은: 원래의 고분자 화학물질을 선택하는 단계; 상기 원래의 고분자 화학물질을 다수의 개질된 고분자 화학물질을 발생시키기 위해 작용기로 개질시키는 단계; 상기 다수의 개질된 고분자 화학물질 각각의 응집 에너지 밀도(CED)를 결정하는 단계; 상기 다수의 개질된 고분자 화학물질 각각의 Tg를 결정하는 단계; 상기 다수의 개질된 고분자 화학물질로부터 지정된 고분자 화학물질의 그룹을 선택하고, 여기서, 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹에서 각각의 고분자 화학물질은 원래의 고분자 화학물질의 CED 이하인 CED를 가지며, 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹에서 각각의 고분자 화학물질은 원래의 고분자 화학물질의 Tg 미만인 Tg를 갖는, 지정된 고분자 화학물질의 그룹을 선택하는 단계; 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹 내에서 각각의 고분자 화학물질의 마찰 계수를 결정하는 단계; 및 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹으로부터 선택된 고분자 화학물질을 형성시키는 단계를 포함하고, 여기서, 상기 선택된 고분자 화학물질은 지정된 고분자 화학물질의 그룹의 가장 낮은 마찰 계수를 갖는다.
제20 관점은 제19 관점의 낮은 마찰 계수를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 형성하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹 내에 각각의 고분자 화학물질의 마찰 계수를 결정하는 단계는 하기 수학식을 사용한다:
Figure pct00021
,
여기서, CED는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 응집 에너지 밀도이며,
Figure pct00022
는 고분자 반복 단위에서 총 중원자 수로 나눈 고분자 반복 단위에서 불소 원자의 수이고, 0.1 미만이며, Tg는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 유리 전이 온도이다.
제21 관점은 제19 관점의 낮은 마찰 계수를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 형성하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹 내에 각각의 고분자 화학물질의 마찰 계수를 결정하는 단계는 하기 수학식을 사용한다:
Figure pct00023
,
여기서, CED는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 응집 에너지 밀도이며,
Figure pct00024
는 고분자 반복 단위에서 총 중원자 수로 나눈 고분자 반복 단위에서 불소 원자의 수이고,
Figure pct00025
는 0.1 초과 내지 0.15 미만이며, Tg는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 유리 전이 온도이다.
제22 관점은 제19 관점의 낮은 마찰 계수를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 형성하는 방법을 포함하며, 여기서, 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹 내에 각각의 고분자 화학물질의 마찰 계수를 결정하는 단계는 하기 수학식을 사용한다:
Figure pct00026
,
여기서, CED는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 응집 에너지 밀도이며,
Figure pct00027
는 고분자 반복 단위에서 총 중원자 수로 나눈 고분자 반복 단위에서 불소 원자의 수이고,
Figure pct00028
는 0.15 초과이며, Tg는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 유리 전이 온도이다.
부가적인 특색 및 장점들은 하기 상세한 설명에서 서술될 것이고, 부분적으로 하기 상세한 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 명백하거나, 또는 하기 상세한 설명, 청구범위뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하는, 여기에 기재된 구현예를 실행시켜 용이하게 인지될 것이다.
전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 다양한 구현예를 설명하고, 청구된 주제의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 수반되는 도면은 다양한 구현예의 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 혼입되며, 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 여기에 기재된 다양한 구현예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 청구된 주제의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 KAPTON® 및 CP1 폴리이미드에 대한 용해도 및 마찰 계수를 나타내는 그래프;
도 2a 및 도 2b는 여기에 개시되고 기재된 구현예에 따른 전산화된 고분자 스크리닝 방법의 흐름도;
도 3은 여기에 개시되고 기재된 구현예에 따른 y-축 상에 시뮬레이션된 플루오르화 폴리이미드의 용해도에 대한 x-축 상에 시뮬레이션된 플루오르화 폴리이미드의 마찰 계수를 플로팅(plotting)한 그래프;
도 4는 여기에 개시되고 기재된 구현예에 따른 y-축 상에 시뮬레이션된 플루오르화 폴리이미드의 마찰 계수에 대한 x-축 상에 플루오르화 폴리이미드의 응집 에너지 밀도를 플로팅한 그래프;
도 5는 여기에 개시되고 기재된 구현예에 따른 y-축 상에 시뮬레이션된 플루오르화 폴리이미드의 계산된 마찰 계수에 대한 x-축 상에 플루오르화 폴리이미드의 유리 전이 온도 및 불소 밀도를 플로팅한 그래프;
도 6은 여기에 개시되고 기재된 구현예에 따른 y-축 상에 플루오르화 폴리이미드의 예측된 마찰 계수에 대한 x-축 상에 플루오르화 폴리이미드의 시뮬레이션된 마찰 계수를 플로팅한 그래프;
도 7은 여기에 개시되고 기재된 구현예에 따른 y-축 상에 플루오르화 폴리이미드의 예측된 마찰 계수에 대한 x-축 상에 플루오르화 폴리이미드의 실험 마찰 계수를 플로팅한 그래프; 및
도 8은 여기에 개시되고 기재된 구현예에 따른 유리 용기를 도시한 개략도이다.
이하 유리 물품을 코팅하기 위한 방법의 구현예에 대해 상세하게 언급될 것이다. 가능한 한, 동일한 참조 번호는 동일하거나 또는 유사한 부분을 지칭하는 것으로 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다. 구현예에서, 유리 물품을 코팅하는 방법은: 유리 물품을 얻는 단계; 300 KJ/mol 이하의 응집 에너지 밀도 및 625K 이하의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅을 선택하는 단계; 및 상기 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 선택된 코팅으로 유리 물품을 코팅하는 단계를 포함한다. 세라믹체(ceramic bodies)를 소성하는 다양한 방법은 첨부된 도면을 구체적으로 참조하여 여기에서 기재될 것이다.
많은 유리 물품, 특히 유리 약품 용기는 코팅을 포함한다. 특히 유용한 코팅의 한 타입은 유리 물품의 표면의 마찰 계수(CoF)를 감소시키는 마찰-방지 코팅이다. 약품 적용들에서, 코팅은: (i) 접촉시 유리 미립자 발생을 최소화하고; (ⅱ) 유리 물품의 표면에서 내마모성을 부가하고 균열의 형성을 최소화하며; (ⅲ) 유리-관련 이벤트와 관련된 파열된 상태의 수를 줄이고, 충전 작업에서 용기의 흐름을 개선시키며; (ⅳ) 충전 라인을 통해 용기의 보다 균일하고 일정하며 빠른 흐름을 제공하여, 유리 기계 가공성을 개선시켜 증가된 라인 이용율(line utilization)과 충전 라인의 속도를 결과하여 충전 작업을 돕는다.
보통의 코팅 화학은 파이로멜리트산 이무수물-4,4'-디아미노디페닐 에테르(PMDA-ODA) 폴리이미드에 기반한다. 이러한 폴리이미드 중 하나는 DuPont에서 제조한 KAPTON®으로 이용 가능하다. PMDA-ODA 폴리이미드는 2-단계 코팅 공정에서 결합층(tie-layer) 위에 침착되며, 이는 비효율적이고, 시간-소모적인 제조 공정으로 이어질 수 있다. 또 다른 코팅 화학은 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물-2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판(6FDA-BDAF)을 포함하며, 이는 CP1 폴리이미드로 NeXolve로부터 상업적으로 이용 가능하다. 플루오르화 고분자는 이의 완전히 이미드화된 상태에서 종래의 용매에 용해되고, 따라서 일 단계로 유리 표면 상으로 적용될 수 있는 코팅 제형을 가능하게 하며, 이는 코팅 공정의 경제성을 크게 개선시킨다. 그러나, PMDA-ODA-계 폴리이미드의 CoF는 0.19 내지 0.2인 반면, 6FDA-BDAF-계 코팅은 약 0.27의 CoF를 갖는다. PMDA-ODA-계 폴리이미드와 6FDA-BDAF-계 코팅 사이에서 CoF의 증가는 코팅 가공성 가치 제안(coating machinability value proposition)에서 감소를 유발시킨다. 따라서, 단일 단계로 적용될 수 있는 감소된 CoF를 갖는 코팅에 대한 필요성이 존재한다.
그러나, 새로운 코팅 화학의 제형화 및 특성화는 플루오르화 폴리이미드의 제한된 가용성(limited availability), 넓은 화학 공간(chemistry space), 및 값비싼 조달 및 합성 절차로 인해 시간 소모적이며 자원 집약적이다. 부가하여, 다른 코팅을 제형화하고 시험하는데 몇 주가 소요될 수 있다. 본 개시에서, 집약적인 제형화 및 시험을 필요로 하지 않는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅으로 유리 물품을 코팅하는 방법은 제공된다.
전통적으로, 코팅을 제형화 및 제조하고, 이를 유리 물품에 적용하며, 코팅이 유리 물품에 적용된 후 코팅의 CoF를 시험하지 않고, 유리 물품용 코팅의 CoF를 측정하는 것은 어렵다. 이러한 공정은 시간 소모적이고 상당한 양의 자원을 필요로 한다. 더욱이, 이러한 공정은 다른 화학 물질의 코팅을 시험하기 위해 여러 번 완성되어야 한다. 따라서, 시간, 자원, 및 비용은, 물질의 알려지고 잘-기록된 특성과 물질의 CoF 사이에 상관관계가 만들어 질 수 있어 이를 절약할 수 있다. 본 개시에서 더 상세히 기재되는 다양한 연구 및 모델링을 통해, CoF와 다음의 3가지 파라미터 사이에 관계는 발견되었다: (1) 응집 에너지 밀도(CED); (2) 유리전이온도(Tg); 및 불소 밀도(f F). CED는 무한 분리(infinite separation)를 달성하기 위해 인접한 분자로부터 단위 부피의 분자를 제거하는데 필요한 에너지 양이다. 응축상(condensed phase)에서, CED는 화합물의 기화열을 이의 몰 부피로 나눈 값과 같다. 여기에 사용된 바와 같은, 불소 밀도는 고분자 반복 단위에서 총 중원자의 수로 나눈 고분자 반복 단위에서 불소 원자의 수이다. 여기에서 사용된 바와 같은 "중원자"는, 수소(H) 이외의 임의의 원자를 지칭하며, 반복 단위는 전체 고분자 구조를 구성하기 위해 여러 번 함께 연결되는 대표적인 화학 구조이다(예를 들어, 폴리에틸렌은 C2H2 반복 단위를 갖는다).
이러한 연구의 관점에서, CED, Tg, 및 불소 밀도의 특정 조합을 갖는 플루오르화 폴리이미드 코팅이 단일 단계에서 적용될 수 있는 전통적인 폴리이미드 코팅 미만인 CoF를 가질 것이라는 것이 예상외로 밝혀졌다. 상기 상관관계는, 위에서 개시된 바와 같은 CED, Tg, 및 불소 밀도의 조합을 갖는 플루오르화 폴리이미드를 선택하여 비용 및 시간-소모적 시험을 수행할 필요 없이 낮은 CoF를 갖는 플루오르화 폴리이미드 코팅을 선택하는 것을 가능하게 한다. 이러한 상관관계를 얻고, 플루오르화 폴리이미드를 선택하는 방법은 이하 기재될 것이다.
초기에, 여기에서 "모티프(motifs)"로 또한 지칭되는 - 다수의 파라미터는 모티프와 CoF 사이에 상관관계를 결정하기 위해 시험된다. 이러한 모티프는: 불소 분포, 고리의 수, 및 강성(rigidity)과 같은, 구조적 요소; 힐데브란트(Hildebrand)(VK)-용해성, CED 및 Tg와 같은, 물질 특성; 표면 거칠기, 고분자-고분자 상호침투, 및 표면적과 같은, 지형적 특성; 반 데르 발스(Van der Waal) 및 수소 결합 상호작용, 전하-전하 상호작용, 및 표면 에너지와 같은, 열역학 특성을 포함한다. 인-실리코(In-silico) 특성화 방법은 다양한 모티프와 이들이 CoF에 미치는 영향을 분석하기 위해 개발되었다. 시뮬레이션되고 제형화된 플루오르화 폴리이미드의 상당한 분석 후, 대부분의 모티프가 CoF, 예컨대, 고분자 상호침투, 표면적, 반 데르 발스 상호작용, 쿨롱 상호작용, 표면 에너지, 배향(orientation), 불소 함량, 및 밀도와 임의의 상관관계를 갖지 않는다는 것을 확인했다. 그러나, 이러한 분석을 통해, CED, Tg, 및 불소 농도가 CoF와 상관관계가 있다는 것이 뜻밖으로 밝혀졌다. 본 개시 이전의 문헌에서는 CoF, CED, Tg, 및 불소 밀도 사이에 상관관계를 나타내지 않았다. 그러나, CED는 인접한 고분자 사슬들 사이에 인력을 평가하고, 따라서, CED가 증가함에 따라, 고분자 사슬들이 계면에서 더 강하게 반응하여 CoF의 증가를 유발하는 것으로 예상된다. 마찬가지로, Tg가 증가함에 따라, 상온에서 고분자에 의한 에너지의 상대적인 소실(relative dissipation)은 감소하고, 이는 CoF의 증가를 유발하는 것으로 예상될 것이다. 이러한 지식으로부터, 낮은 CED 및 낮은 Tg를 갖는 플루오르화 폴리이미드는 단일 적용에 적용될 수 있고, 여전히 낮은 CoF를 갖는 코팅을 달성하기 위해 조사되고 조작된다.
위에서 개시된 바와 같이, 낮은 CED 및 Tg를 갖는 플루오르화 폴리이미드는 낮은 CoF를 가질 것으로 예상될 것이다. 따라서, 수십만 개의 공지된 플루오르화 폴리이미드로부터 추가 분석을 위해 소수의 플루오르화 폴리이미드를 선택하는 경우, 플루오르화 폴리이미드는 선택된 공지된 낮은-CoF 코팅의 CED 이하인 CED를 갖는다. 이러한 선택은 평가될 플루오르화 폴리이미드의 수를 수십만에서 단지 수백으로 크게 줄일 수 있다. 그러나, 수백 가지의 플루오르화 폴리이미드 화학물질을 평가하는 데에도 몇 개월이 소요될 수 있다. 따라서, 낮은 CED를 갖는 수백 가지의 플루오르화 폴리이미드는, 플루오르화 폴리이미드의 그룹으로부터 공지된 낮은-CoF 코팅의 Tg 이하인 Tg를 갖는 폴리이미드를 선택하여 더욱 감소될 수 있다. 이러한 선택을 한 후, 낮은 CED를 갖는 수백 개의 플루오르화 폴리이미드는, 낮은 CED 및 낮은 Tg의 조합을 갖는 수십 개의 플루오르화 폴리이미드로 더욱 감소된다. 수십 개의 플루오르화 폴리이미드를 분석하고 개질하는 것은 단지 몇 주에서 한 달 정도 소요될 수 있다. 이러한 방식으로, 자원은 낮은-CoF 코팅을 결과할 가장 높은 가능성을 갖는 플루오르화 폴리이미드를 연구하는데 소비될 수 있다.
낮은 CED 및 낮은 Tg를 갖는 것으로 선택된 플루오르화 폴리이미드는 그 다음 낮은-CoF 코팅에 사용할 플루오르화 폴리이미드를 선택하기 위해 분석되고 조작될 수 있다. 여기에 개시되고 기재된 구현예에 따르면, 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅을 선택하는 단계는: 원래의 고분자 화학물질을 선택하는 단계; 상기 원래의 고분자 화학물질을 다수의 개질된 고분자 화학물질을 발생시키기 위해 작용기로 개질시키는 단계; 상기 다수의 개질된 고분자 화학물질 각각의 응집 에너지 밀도(CED)를 결정하는 단계; 상기 다수의 개질된 고분자 화학물질 각각의 Tg를 결정하는 단계; 상기 다수의 개질된 고분자 화학물질로부터 지정된 고분자 화학물질의 그룹을 선택하고, 여기서, 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹 내에 각각의 고분자 화학물질은 원래의 고분자 화학물질의 CED 이하인 CED를 갖고, 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹 내에 각각의 고분자 화학물질은 원래의 고분자 화학물질의 Tg 이하인 Tg를 갖는, 지정된 고분자 화학물질의 그룹을 선택하는 단계; 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹 내에서 각 고분자 화학물질의 마찰 계수를 결정하는 단계; 및 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹으로부터 선택된 고분자 화학물질을 선택하는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 선택된 고분자 화학물질은 지정된 고분자 화학물질의 그룹의 가장 낮은 마찰 계수를 갖는다. 이러한 방법은 이하 특정 고분자로 자세히 설명된다.
2개의 공지된 낮은 CoF 코팅 물질은 DuPont™으로부터 이용가능한 KAPTON® 및 Nexolve로부터 이용가능한 CP1 폴리이미드이고, 여기에 개시되고 기재된 고분자를 개질시키기 위한 구현예를 기재하는데 사용될 것이다. 이러한 구현예에 따르면, KAPTON® 및 CP1 폴리이미드는 "원래의 고분자 화학물질"로 지칭된다. 이러한 원래의 고분자 화학물질은 수소 원자를 작용기로 대체하거나 또는 인-실리코 시뮬레이션을 통해 다른 작용기를 가진 느슨하게 결합된 (예를들어, 알킬기와 같은) 작용기로 측쇄를 대체시켜 개질될 수 있다. 변경된 측쇄를 갖는 고분자는 "개질된 고분자 화학물질"로 지칭된다. 이하 더욱 상세히 기재되는 인-실리코 공정을 통해, 각각의 개질된 고분자 화학물질의 CED 및 Tg는 결정된다.
구현예에 따르면, 적어도 하나의 부착 부위 및 적어도 하나의 측쇄 구조를 갖는 백본 구조는 각각의 측쇄 구조를 각각의 부착 부위에 조합적으로 부착시켜 조작된다. 구현예에서, 백본은 임의의 수의 부착 부위를 포함하고, 측쇄 구조는 임의의 수의 측쇄 구조를 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 각 측쇄 구조는 각 부착 부위에 조합적으로 부착된다(예를 들어, 4개의 부착 부위 및 10개의 다른 측쇄 구조가 있는 경우, 그 다음 104 또는 10,000개의 별개의 고분자 구조는 발생될 것이다). 구현예에서 모든 가능한 고분자 구조가 발생되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 구현예에서, 백본 구조 자체는 백본 구조를 확장하거나, 백본 구조를 축소시키거나, 또는 화학 작용기를 변경시켜 개질될 수 있다. 화학 작용기의 변경은, 치환이 일어날 수 있는 백본 구조를 따라 부위를 지정한 다음, 해당 부위 상에 무엇이 치환될 수 있는지를 결정하기 위해 백본 구조를 따라 해당 지점에서 (예를 들어, 불소와 같은) 기능성 원자 및 (예를 들어, 페닐과 같은) 작용기의 라이브러이(library)로부터 다른 작용기를 삽입시켜 수행된다. 예를 들어, 백본 구조를 따른 수소 원자는, 기능성 원자 및 작용기의 라이브러리 내에 다양한 기능성 원자 및 작용기로 개별적으로 치환되어 새로운 고분자의 집합체를 형성할 수 있다. 경험적 모델은 이러한 잠재적 후보의 응집 에너지 밀도를 계산하는데 사용된다. 이러한 모델은 간소화된 분자-입력 라인-입력 시스템(SMILES) 문자열을 입력으로 사용하고, 상응하는 분자 구조를 그래프로 해석하며, 여기서, 원자는 마디(nodes)이고, 원자들 사이에 결합은 가장자리이다. SMILES 문자열은, 주어진 분자에서 모든 원자들 사이에 연결성을 나타내는 언어 구성(linguistic construct)이다. 그래프로부터, 특정 기술어(certain descriptors)는 계산을 위해 해석 가능한 특성 세트(feature set)을 제공하기 위해 유도된다(예를 들어, 특정 작용기의 수).
지정된 고분자 화학물질의 그룹은, 다수의 개질된 고분자 화학물질로부터 선택되며, 여기서, 지정된 고분자 화학물질의 각각의 고분자 화학물질은 원래의 고분자 화학물질의 CED 이하인 CED를 가지며, 지정된 고분자 화학물질의 각각의 고분자 화학물질은 원래의 고분자 화학물질의 Tg 이하인 Tg를 갖는다. 지정된 고분자 화학물질의 그룹으로부터 플루오르화 폴리이미드는 그 다음 인-실리코 분석되어 지정된 고분자 화학물질 내에서 각각의 플루오르화 폴리이미드의 CoF를 결정한다. 하기 표 1은 KAPTON® 및 CP1 폴리이미드 원래의 화학물질에 대한 이러한 공정의 결과를 나타내며, 여기서, 가장 낮은 CoF를 갖는 변형 및 가장 높은 CoF를 갖는 변형은 나타낸다. 표 1에 예시된 바와 같이, 원래 KAPTON® 화학물질의 벤젠 고리에 2개의 불소 원자를 부가한, 가장 낮은 CoF를 갖는 KAPTON® 변형은, 원래의 KAPTON® 고분자 화학물질보다 5% 더 낮다. KAPTON® 원래의 화학물질에 2개의 벤젠 고리를 부가한, 가장 높은 CoF 변형은, 원래의 KAPTON® 고분자 화학물질보다 17% 더 높다. 유사하게, 표 1은, CP1 폴리이미드 원래의 화학물질의 벤젠 고리에 2개의 불소 원자를 부가한, 가장 낮은 CoF를 갖는 CP1 폴리이미드 변형이 CP1 폴리이미드 원래의 고분자 화학물질보다 14% 낮다는 것을 나타낸다. CP1 폴리이미드 원래의 화학물질에 2개의 벤젠 고리를 부가한, 가장 높은 CoF를 갖는 CP1 폴리이미드 변형은, CP1 폴리이미드 원래의 화학물질보다 1% 더 높다. 가장 낮은 CoF를 갖는 지정된 고분자의 변형이 성능 관점에서 바람직하지만, 가장 낮은 CoF를 갖지 않는 지정된 고분자의 다른 변형이 비용, 제조 조건, 또는 이와 유사한 것에 기초하여 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
고유의 고분자 낮은 CoF 변형 높은 CoF 변형
Kapton® (%변화 CoF) -5 % +17 %
CP1 (%변화 CoF) -14 % +1 %
여기에 개시되고 기재된 방법은 플루오르화 폴리이미드-함유 코팅의 CoF를 결정하는데 사용될 수 있을 뿐만 아니라 다중 변수와 함께 사용될 수도 있다. 예를 들어, 플루오르화 폴리이미드의 용해도는 플루오르화 폴리이미드가 기판에 얼마나 쉽게 적용될 수 있는지에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 여기에 개시되고 기재된 구현예는 CoF 및 용해도의 우수한 조합을 갖는 플루오르화 폴리이미드를 제형화하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, KAPTON®은 낮은 CoF를 갖지만 용매와 고분자의 용해도 파라미터 사이에 큰 차이를 갖는 반면, CP1 폴리이미드는 용매와 고분자의 용해도 파라미터 사이에 작은 차이를 갖지만, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상대적으로 열악한 CoF를 갖는다.
도 2a 및 2b는 전산화된 고분자 스크리닝 시스템 및 방법의 작동 및 특색을 예시하는 블록 다이어그램이다. 도 2a 및 2b는 다수의 블록(205-265)을 포함한다. 도 2a 및 2b에 나타낸 구현예에서 실질적으로 연속적으로 배열되었지만, 다른 실시예들은 블록을 재정렬할 수 있고, 하나 이상의 블록을 생략할 수 있으며, 및/또는 둘 이상의 가상 머신(virtual machines) 또는 서브-공정(sub-processors)으로 조직화된 단일 공정 또는 다중 공정을 사용하여 둘 이상의 블록을 병렬로 실행할 수 있다. 더욱이, 또 다른 실시예는 모듈들 사이 및 모듈을 통해 전달되는 관련된 제어 및 데이터 신호를 갖는 하나 이상의 특정한 상호연결된 하드웨어 또는 집적 회로 모듈로서 블록을 구현할 수 있다. 따라서, 모든 공정 흐름은, 소프트웨어, 펌웨어(firmware), 하드웨어, 및 하이브리드 구현(hybrid implementations)에 적용할 수 있다.
이하 도 2a 및 2b를 참조하면, 205에서, 고분자 필름의 모델에서 고분자 사슬을 구성하는 단량체 단위의 총수, 수 또는 양은 전산화된 고분자 스크리닝 시스템 내로 수신된다. 모델링된 고분자 사슬을 구성하는 단량체 단위의 수는 단지 몇 개(예를 들어, 3개 또는 4개)에서 수십 개 정도에 이를 수 있다. 206에서 나타낸 바와 같이, 고분자 필름의 모델에서 고분자 사슬을 구성하는 단량체 단위는 둘 이상의 유사하거나 다른 단량체 단위를 포함할 수 있고, 이에 의해 공중합체가 된다. 모델링된 고분자 사슬은 물론 단일중합체일 수도 있다. 대표 파일은 원하는 고분자 필름의 명칭, 고분자 필름을 구성하는 사슬당 단량체 단위의 수, 및 원하는 고분자 필름의 밀도(작업 210)를 포함한다.
210에서, 전산화된 고분자 스크리닝 시스템은 곧 모델링될 고분자 필름의 목표 밀도, 목표 크기, 및 목표 종횡비를 수신하고, 215에서, 시스템은, 각각의 단량체 단위에 대해, 종결 꼬리 수소 원자(terminating tail hydrogen atom)의 지수(index), 종결 머리 수소 원자의 지수, 새로운 꼬리 원자 타입의 지수, 및 새로운 머리 원자 타입의 지수를 수신한다. 206에 언급된 바와 같이, 모델링된 고분자 사슬은 단일중합체 또는 공중합체일 수 있다. 모델링된 사슬이 단일중합체인 경우, 종결 꼬리 수소 원자, 종결 머리 수소 원자, 새로운 꼬리 원자 타입, 및 새로운 머리 원자 타입의 지수들은 각각의 단일 단량체 단위에 적용될 것이다. 모델링된 사슬이 공-중합체인 경우, 종결 꼬리 수소 원자의 지수, 종결 머리 수소 원자의 지수, 새로운 꼬리 원자 타입의 지수, 및 새로운 머리 원자 타입의 지수는 단량체 단위의 각각의 다른 타입에 대해 수신된다. 220에서, 시스템은, 각각의 다른 타입의 단량체 단위에 대해, 원자 위치, 전하, 및 결합 정보를 더욱 수신한다.
작업 225에서, 시스템은, 전산화된 시스템 내로 입력된, 복수의 이용 가능한 단량체 단위들로부터 제1 단량체 단위를 무작위로 선택하여 고분자 사슬을 성장시키고, 제1 단량체 단위의 종결 꼬리 수소 원자 및 제2 단량체 단위의 종결 머리 수소 원자를 통해 제1 단량체 단위를 제2 단량체 단위에 결합시킨다. 230에서 나타낸 바와 같이, 225의 작업은 각각의 연속적인 단량체 단위에 대한 새로운 꼬리 원자 타입의 지수 및 새로운 머리 원자 타입의 지수를 사용하여 반복된다. 이러한 반복은 사슬의 길이가 작업 205에서 확인된 단량체 단위의 총수와 같을 때까지 고분자 사슬을 성장시킨다.
235에서, 모델링된 고분자 사슬의 원자 구조는, 원자 위치, 전하, 및 결합 정보를 사용하여 최소화된다. 이러한 최소화의 결과는, 고분자 사슬의 결합 길이, 결합 각도, 2면각(dihedrals), 및 부적합(improper)이 올바르게 할당된다는 점, 즉, 알려진 결합 거리, 각도, 등에서 원자 결합이 발생한다는 점이다. 이러한 작업은 고분자 원자 구조를 발생할 때 이러한 올바르게 할당된 구조가 얻어지게 한다. 이것은, 현재의 공간-화학적 배열이 주어진 시스템의 에너지를 제공하는 표현인, 역장(force field)을 할당하여 수행된다. 역장은 기본적으로 이러한 원자 타입의 목록 및 올바른 결합, 각도, 및 이면체 수(dihedral numbers)에 대한 공칭 값, 및 에너지가 결합, 각도, 이면체, 등이 변함에 따라 어떻게 변하는지 설명하는 관련 에너지 함수를 함유하는 순람표(look up table)이다. 역장 자체는 공개적으로 이용 가능하다. 요컨대, 주어진 결합 길이와 각도에 대해, 역장은 기준 결합 길이와 각도를 함유하고, 이는 비교를 가능하게 하며, 구조는 역장을 사용하여 보고된 이러한 에너지 값을 최소화하여 최적화된다. 236에서 나타낸 바와 같이, 고분자 사슬의 원자 구조의 최소화는 각각의 연속적인 단량체 단위를 고분자 사슬에 부가한 후에 실행된다.
240에서, 고분자 사슬은 제1 단량체 단위, 제2 단량체 단위, 및 각각의 연속적인 단량체 단위 사이에 중첩을 방지하기 위해 제1 배리어(barrier)에 덧붙쳐진다. 이러한 제1 배리어는 3D 주기적 박스(periodic box)일 수 있다.
245에서, 시스템은, 이전에 선택된 목표 밀도, 목표 크기, 및 목표 종횡비를 갖는 고분자 필름의 모델을 발생시키기 위해 고분자 사슬을 압축한다. 246에서 예시된 바와 같이, 압축 작업은 높은 압축률을 사용하여 고분자 사슬을 압축하는 단계를 포함한다. 앞서 언급한 바와 같이, 압축률은 대략 0.04 Å/fs여야 하지만, 이상적으로는 계산 오버헤드(computation overhead)가 허용하는 한 낮아야 한다. 압축 작업은, 제1 배리어(예를 들어, 주기적 박스)의 제1 단부 및 제2 단부에 제2 배리어를 위치시키는 단계, 및 고분자 사슬을 제1 단부에 제2 배리어 및 제2 단부에 제2 배리어가 서로를 향하게 이동시켜 목표 밀도, 목표 크기, 및 목표 종횡비로 압축하는 단계를 더욱 포함한다. 247에 나타낸 바와 같이, 제2 배리어는 레너드-존스(Lennard-Jones) 반발벽(repulsive wall) 또는 다른 유사한 배리어 또는 반발벽일 수 있다. 특정 실시예에서, 예를 들어, 배리어 또는 반발벽이 레너드-존스 반발벽인 경우, 레너드-존스 반발벽은 제1 배리어(예를 들어, 주기적 박스)(248)의 제1 단부 및 제2 단부에 위치된다. 레너드-존스 반발벽의 이러한 위치잡기(positioning)는 제1 배리어 경계 조건을 깨고, 고분자 필름의 모델을 형성한다. 일 구현예에서, 제2 배리어가 반발벽, 또는 특히 레너드-존스 반발벽인 경우, 레너드-존스 반발벽은 다음과 같이 공식화될 수 있다:
Figure pct00029
상기 수학식에서, ε는 벽과 임의의 고분자 원자 사이에 포텐셜 에너지 척도(potential energy scale)(1.0 Kcal/mole로 설정)이고, σ는 벽과 고분자 원자 사이에 길이 척도(1.0Å로 설정)이며, γ는 벽과 고분자 원자 사이에 전위 컷오프(1.2Å로 설정)이고, r은 결합 거리이며, τc는 반발 전위가 적용되는 컷-오프 거리이다. 상기 수학식의 제1 미분은 벽과 고분자 원자 사이에 힘을 제공한다. 파라미터는 고분자 원자가 벽에 너무 가까워지면(≤1.2Å) 큰 반발력을 받을 것으로 설정된다.
높은 압축률을 사용한 고분자 사슬의 압축은 여러 작업을 포함한다. 먼저, 246A에 나타낸 바와 같이, 시스템은 z-축을 따라 임의의 회전 각도로 여러 고분자 사슬을 쌓는다. 이것은 초기 개방형 벌크 고분자 사슬 구조를 생성한다. 그 다음, 246B에서, 시스템은 목표 밀도의 대략 75%에 도달할 때까지 NVT 앙상블(NVT ensemble), NPT 앙상블, 또는 NVE 앙상블에서 고분자 사슬을 압축시킨다. 246C에서, 시스템은 제1 배리어의 제1 단부와 제2 단부를 조정하여 종횡비를 유지한다. 종횡비를 유지하는 단계는 시스템의 x/y와 z 치수 사이에 비율을 유지하는 단계를 포함한다. 원자들 사이에 상호작용이 x/y에서 주기적이기 때문에, 시스템이 x/y에서 퍼지는 경향이 있을 수 있으므로, 이를 제한하기 위해 z-치수와의 비율은 필름이 그것에 특정 두께를 갖는 것을 보장하기 위해 유지된다. 마지막으로, 246D에서, 고분자 사슬은 제1 단부에 제2 배리어 또는 반발벽과 제2 단부에 제2 배리어가 서로를 향해 이동하여 목표 밀도로 더욱 압축된다. 다른 구현예에서, 246E에 나타낸 바와 같이, 시스템은 제1 단부에서 제2 배리어를 유지하고, 제2 단부에서 제2 배리어를 일정 시간 동안 고정한다. 제2 배리어의 유지는 고분자 사슬을 이완시키고, 고분자 필름의 모델을 형성한다.
압축이 완료된 후, 시스템은, 250에서, 고분자 필름의 모델의 마찰 계수를 추정한다. 또 다른 구현예에서, 255에 나타낸 바와 같이, 시스템은 하나 이상의 용매에서 고분자 사슬의 용해도를 추정하고, 260에서, 시스템은 유리의 표면 상에 고분자 사슬의 접착력을 추정한다. 압축된 고분자 필름의 접착력은 이러한 고분자 사슬을 함께 유지할 수 있는 에너지이며, 이는 시스템의 총 에너지에서 각 단일 사슬의 에너지를 뺀 값으로 계산될 수 있다. 전체 시스템 및 단일 사슬 에너지는 역장을 사용하여 계산된다. 모든 결합 거리, 결합 각도, 이면체, 및 부적합은 에너지를 나타내기 위해 부가되는 몇몇 에너지 구성요소에 기여한다. 고분자의 용해도는, 접착 에너지 밀도를 용해도에 대한 측정 기준으로 사용하는, 힐데브란트 & 스캇(Scott) 공식을 사용하여 계산된다. 접착 에너지 밀도는 부피당 압축 고분자 필름의 접착력이다.
265에서 언급된 바와 같이, 시스템은 많은 작업을 병렬로 실행할 수 있는 다중-공정 시스템일 수 있다. 구체적으로, 고분자 사슬을 성장시키는 작업(225), 고분자 사슬의 원자 구조를 최소화하는 작업(235), 고분자 사슬을 제1 배리어에 덧붙이는 작업(240), 고분자 사슬을 압축하는 작업(245), 및 고분자 필름의 모델의 마찰 계수를 추정하는 작업(250)은 병렬로 실행될 수 있다. 특히, 파이썬 파일(Python file)은 실행될 병렬 공정의 수를 결정하는 파라미터를 포함할 수 있다.
낮은 CoF 및 우수한 용해도를 갖는 제형을 결정하기 위해, 다중 고분자 및 공중합체 화학물질은 여기에 개시되고 기재된 구현예에 따라 시뮬레이션된다. 구현예에 따르면, 적어도 하나의 이무수물 단량체 구조를 혼입하는 폴리이미드의 백본 구조가 낮은 CoF와 우수한 용해도의 조합을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 구현예에 따르면, 폴리이미드의 백본 구조 내로 혼입된 이무수물 단량체 구조는:
Figure pct00030
및
Figure pct00031
로 이루어진 군으로부터 선택된다. 하나 이상의 구현예에서, 하나 이상의 디아민(들)을 포함하는 측쇄 구조가 낮은 CoF 및 우수한 용해도를 포함하는 플루오르화 폴리이미드를 제공하는 것으로 밝혀졌다. 구현예에서, 하나 이상의 디아민은:
Figure pct00032
,
Figure pct00033
,
Figure pct00034
,
Figure pct00035
,
Figure pct00036
,
Figure pct00037
,
Figure pct00038
,
Figure pct00039
,
Figure pct00040
,
Figure pct00041
,
Figure pct00042
, 및
Figure pct00043
로 이루어진 군으로부터 선택된다.
어느 플루오르화 폴리이미드가 CoF와 용해도의 최상의 조합을 갖는지를 결정하기 위해, 위에서 나타낸 이무수물을 혼입하는 폴리이미드의 백본 구조는, 수소가 위에서 나타낸 디아민을 포함하는 작용기를 갖는 방향족 탄소에 부착된 곳마다 조합적으로 치환되어 여기에 개시되고 기재된 방법을 사용하여 백사십(140) 개의 고분자 화학물질을 형성한다. 이들 화학물질 각각의 용매 및 고분자의 용해도 파라미터에서 차이 및 CoF는 도 3에서 그래프적으로 나타낸다. 이로부터, 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 데이터 코팅은 낮은 CoF와 우수한 용해도의 조합을 갖는다.
여기에 개시되고 기재된 방법을 사용하여, 수많은 플루오르화 폴리이미드의 CED, Tg, 불소 밀도, 및 CoF는 적은 비용 및 적은 시간 내에 평가될 수 있다. 수많은 플루오르화 폴리이미드로부터의 데이터를 시뮬레이션, 분석, 및 그래프화하는 것은, 낮은 CoF 코팅을 결과하는 CED, Tg, 및 불소 밀도에 대한 값을 제공한다.
도 4는 y-축 상에 플루오르화 폴리이미드 코팅의 계산된 CoF에 대해 플로팅된 x-축 상에 다양한 플루오르화 폴리이미드 코팅의 CED를 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, CP1 폴리이미드의 CED는 약 300 몰당 킬로줄(KJ/mol)이다. 그러나, 여기에 개시되고 기재된 방법을 사용하여, 300 KJ/mol 미만의 CED를 갖는 다수의 플루오르화 폴리이미드는 CP1 폴리이미드보다 더 낮은 CoF를 제공하는 것으로 나타났다. 구현예에서, 코팅으로 사용되는 플루오르화 폴리이미드의 CED는, 290 KJ/mol 이하, 예컨대, 280 KJ/mol 이하, 270 KJ/mol 이하, 260 KJ/mol 이하, 250 KJ/mol 이하, 240 KJ/mol 이하, 230 KJ/mol 이하, 220 KJ/mol 이하, 210 KJ/mol 이하, 200 KJ/mol 이하이다. 구현예에서, 플루오르화 폴리이미드는, 150 KJ/mol 이상 내지 300 KJ/mol 이하, 예컨대, 150 KJ/mol 이상 내지 290 KJ/mol 이하, 150 KJ/mol 이상 내지 280 KJ/mol 이하, 150 KJ/mol 이상 내지 270 KJ/mol 이하, 150 KJ/mol 이상 내지 260 KJ/mol 이하, 150 KJ/mol 이상 내지 250 KJ/mol 이하, 150 KJ/mol 이상 내지 240 KJ/mol 이하, 150 KJ/mol 이상 내지 230 KJ/mol 이하, 150 KJ/mol 이상 내지 220 KJ/mol 이하, 150 KJ/mol 이상 내지 210 KJ/mol 이하, 150 KJ/mol 이상 내지 200 KJ/mol 이하, 150 KJ/mol 이상 내지 190 KJ/mol 이하, 150 KJ/mol 이상 내지 180 KJ/mol 이하, 150 KJ/mol 이상 내지 170 KJ/mol 이하, 또는 150 KJ/mol 이상 내지 160 KJ/mol 이하인 CED를 갖는다.
도 5는 y-축 상에 플루오르화 폴리이미드 코팅의 계산된 CoF에 대해 플로팅된 x-축 상에 다양한 플루오르화 폴리이미드 코팅의 Tg를 나타낸다. 여기에 개시되고 기재된 방법을 사용하여, 다양한 Tg 값을 갖는 다수의 플루오르화 폴리이미드는 CP1 폴리이미드보다 낮은 CoF를 제공하는 것으로 나타났다. 구현예에 따른, 코팅으로 사용되는 플루오르화 폴리이미드의 Tg는, 625K 이하, 예컨대, 615 K 이하, 610 K 이하, 600 K 이하, 590 K 이하, 580 K 이하, 570 K 이하, 560 K 이하, 550 K 이하, 540 K 이하, 530 K 이하, 520 K 이하, 510 K 이하, 500 K 이하, 490 K 이하, 480 K 이하, 470 K 이하, 460 K 이하, 또는 450 K 이하이다. 구현예에 있어서, 코팅으로 사용되는 플루오르화 폴리이미드의 Tg는, 350 K 이상 내지 625 K 이하, 예컨대, 360 K 이상 내지 615 K 이하, 350 K 이상 내지 610 K 이하, 350 K 이상 내지 600 K 이하, 350 K 이상 내지 590 K 이하, 350 K 이상 내지 580 K 이하, 350 K 이상 내지 570 K 이하, 350 K 이상 내지 560 K 이하, 350 K 이상 내지 550 K 이하, 350 K 이상 내지 540 K 이하, 350 K 이상 내지 530 K 이하, 350 K 이상 내지 520 K 이하, 350 K 이상 내지 510 K 이하, 350 K 이상 내지 500 K 이하, 350 K 이상 내지 490 K 이하, 350 K 이상 내지 480 K 이하, 350 K 이상 내지 470 K 이하, 350 K 이상 내지 460 K 이하, 350 K 이상 내지 450 K 이하, 350 K 이상 내지 440 K 이하, 350 K 이상 내지 430 K 이하, 350 K 이상 내지 420 K 이하, 350 K 이상 내지 410 K 이하, 350 K 이상 내지 400 K 이하, 350 K 이상 내지 390 K 이하, 350 K 이상 내지 380 K 이하, 350 K 이상 내지 370 K 이하, 또는 350 K 이상 내지 360 K 이하이다.
여기에 개시되고 기재된 플루오르화 폴리이미드 코팅의 구현예가 전술된 CED 및 Tg의 임의의 조합을 가질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 구현예의 방법에 따르면, 여기에 개시되고 기재된 CED와 Tg의 조합을 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅은 선택되고 얻어진 유리 물품 상에 코팅된다. 코팅은, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 제트 코팅, 스핀 코팅, 브러시 코팅, 또는 이와 유사한 것과 같은, 적절한 방법에 의해 수행될 수 있다.
또한, 플루오르화 폴리이미드 함유 코팅의 CoF가 플루오르화 폴리이미드 함유 코팅의 불소 밀도에 의해 더욱 정제될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 도 5는 또한 다양한 플루오르화 폴리이미드 코팅의 불소 밀도를 나타낸다(대각선 점선). 도 5에 나타낸 바와 같이, 플루오르화 폴리이미드의 불소 밀도가 증가함에 따라, CoF는 일반적으로 증가하며, 이는 일반적으로 더 낮은 Tg 값이 낮은 CoF를 제공하기 위해 요구되는 것을 의미한다. 따라서, 고분자의 불소 밀도가 높을수록, 더 낮은 Tg가 낮은 CoF를 제공하기 위해 요구되는 것으로 밝혀졌다.
불소 밀도를 사용하여, 플루오르화 폴리이미드 함유 코팅의 CoF는, 적어도 3개의 그룹으로 분류될 수 있다: (1) 낮은 불소 밀도; (2) 중간 불소 밀도; 및 (3) 높은 불소 밀도. 구현예에서, 낮은 불소 밀도를 갖는 플루오르화 폴리이미드는, 0.10 미만인 불소 밀도를 갖는 플루오르화 폴리이미드(f F < 0.10)를 포함하고, 중간 불소 밀도를 갖는 플루오르화 폴리이미드는 0.10 이상 및 0.15 이하인 불소 밀도를 갖는 플루오르화 폴리이미드(0.10 ≤ f F ≤ 0.15)를 포함하며, 높은 불소 밀도를 갖는 플루오르화 폴리이미드는 0.15를 초과하는 불소 밀도를 갖는 플루오르화 폴리이미드(f F > 0.15)를 포함한다. 이들 각각의 불소 밀도 그룹 내에서, 플루오르화 폴리이미드의 CED 및 Tg와 플루오르화 폴리이미드 코팅의 CoF 사이에 관계는 결정된다. 따라서, 각각의 불소 밀도 그룹에 대해, 플루오르화 폴리이미드는 바람직하게 낮은 CoF를 달성하기 위해 플루오르화 고분자의 CED 및 Tg에 기초하여 선택될 수 있다.
도 5에 나타낸 정보와 같이, 여기에 개시되고 기재된 방법으로부터, CoF 및 Tg, 불소 밀도, 및 CED 사이에 상관관계는 원자 시뮬레이션으로부터 얻은 데이터에 대해 평가된다. 시뮬레이션, 및 실험으로부터 수집된 정보을 조합하여, 다음의 상관관계는 발견되었다.
구현예에 따르면, 유리 물품용 플루오르화 폴리이미드 함유 코팅에 사용되는 플루오르화 폴리이미드는 낮은 불소 밀도를 갖는다. 이하 도 6을 참조하면, 선형 회귀는, 여기에 개시되고 기재된 방법에 따라 평가된 수많은 플루오르화 폴리이미드의 CED, Tg, 및 f F를 사용하여 시뮬레이션된 CoF에 대해 공식화된다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 바와 같이, 여기에 개시되고 기재된 구현예들에 따른 시뮬레이션된 CoF는 y-축 상에 예측된 CoF에 대해 x-축 상에 플롯팅된다. 여기에서 사용된 바와 같은, 예측된 CoF는 (아래에서 나타낸 것과 같은) 도출된 회귀 방정식을 사용하여 계산된 CoF이다. 시뮬레이션된 CoF는 분자 동역학 시뮬레이션을 사용하여 계산된 CoF이다. 하나 이상의 구현예에서, 낮은 불소 밀도를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 CoF는 하기 수학식에 의해 CED 및 Tg와 관련된다:
Figure pct00044
.
도 6에 나타낸 바와 같이, 이러한 수학식에 대한 회귀 분석(r2)은 1.000과 같다.
여기에 개시되고 기재된 하나 이상의 구현예에서, 낮은 불소 밀도를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 CoF는 0.27 이하이고, 따라서 상기 수학식은 하기 수학식으로 쓰여질 수 있다:
Figure pct00045
.
구현예에서, 낮은 불소 밀도를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 CoF는, 0.26 이하, 예컨대, 0.25 이하, 0.24 이하, 0.23 이하, 0.22 이하, 0.21 이하, 또는 0.20 이하이다. 구현예에서, 낮은 불소 밀도를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 CoF는, 0.10 이상 내지 0.27 이하, 예컨대, 0.10 이상 내지 0.26 이하, 0.10 이상 내지 0.25 이하, 0.10 이상 내지 0.24 이하, 0.10 이상 내지 0.23 이하, 0.10 이상 내지 0.22 이하, 0.10 이상 내지 0.21 이하, 또는 0.10 이상 내지 0.20 이하이다.
구현예에 따르면, 유리 물품용 플루오르화 폴리이미드 함유 코팅 내에 플루오르화 폴리이미드는 중간 불소 밀도 및 575 K 이하인 Tg를 갖는다. 이하 도 6을 참조하면, 선형 회귀는, 여기에 개시되고 기재된 방법에 따라 평가된 수많은 플루오르화 폴리이미드의 CED, Tg, 및 f F를 사용하여 시뮬레이션된 CoF에 대해 공식화된다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 바와 같이, 여기에 개시되고 기재된 구현예들에 따른 시뮬레이션된 CoF는 y-축 상에 예측된 CoF에 대해 x-축 상에 플롯팅된다. 하나 이상의 구현예에서, 중간 불소 밀도 및 575 K 이하인 Tg를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 CoF는 하기 수학식에 의해 CED 및 Tg와 관련된다:
Figure pct00046
.
도 6에 나타낸 바와 같이, 이러한 수학식의 경우 r2는 0.899이다.
여기에 개시되고 기재된 하나 이상의 구현예에서, 중간 불소 밀도 및 575 K 이하인 Tg를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 CoF는 0.27 이하이고, 따라서 상기 수학식은 하기 수학식으로 쓰여질 수 있다:
Figure pct00047
.
구현예에서, 중간 불소 밀도 및 575 K 이하인 Tg를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 CoF는, 0.26 이하, 예컨대, 0.25 이하, 0.24 이하, 0.23 이하, 0.22 이하, 0.21 이하, 또는 0.20 이하이다. 구현예에서, 중간 불소 밀도 및 575 K 이하인 Tg를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 CoF는, 0.27 이하 내지 0.10 이상, 예컨대, 0.26 이하 내지 0.10 이상, 0.25 이하 내지 0.10 이상, 0.24 이하 내지 0.10 이상, 0.23 이하 내지 0.10 이상, 0.22 이하 내지 0.10 이상, 0.21 이하 내지 0.10 이상, 또는 0.20 이하 내지 0.10 이상이다.
구현예에 따르면, 유리 물품용 플루오르화 폴리이미드 함유 코팅에서 플루오르화 폴리이미드는 높은 불소 밀도 및 500 K 이하인 Tg를 갖는다. 이하 도 6을 참조하면, 선형 회귀는 여기에 개시되고 기재된 방법에 따라 평가된 수많은 플루오르화 폴리이미드의 CED, Tg, 및 f F를 사용하여 시뮬레이션된 CoF에 대해 공식화된다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 바와 같이, 여기에 개시되고 기재된 구현예들에 따른 시뮬레이션된 CoF는 y-축 상에 예측된 CoF에 대해 x-축 상에 플롯팅된다. 하나 이상의 구현예에서, 높은 불소 밀도 및 500 K 이하인 Tg를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 CoF는 하기 수학식에 의해 CED 및 Tg와 관련된다:
Figure pct00048
.
도 6에 나타낸 바와 같이, 이러한 수학식의 경우 r2는 0.997이다.
여기에 개시되고 기재된 하나 이상의 구현예에서, 높은 불소 밀도 및 500 K 이하인 Tg를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 CoF는 0.27 이하이어서, 상기 수학식은 하기 수학식으로 쓰여질 수 있다:
Figure pct00049
.
구현예에서, 높은 불소 밀도 및 500 K 이하인 Tg를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 CoF는, 0.26 이하, 예컨대, 0.25 이하, 0.24 이하, 0.23 이하, 0.22 이하, 0.21 이하, 또는 0.20 이하이다. 구현예에서, 높은 불소 밀도 및 500 K 이하인 Tg를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 CoF는, 0.27 이하 내지 0.10 이상, 예컨대, 0.26 이하 내지 0.10 이상, 0.25 이하 내지 0.10 이상, 0.24 이하 내지 0.10 이상, 0.23 이하 내지 0.10 이상, 0.22 이하 내지 0.10 이상, 0.21 이하 내지 0.10 이상, 또는 0.20 이하 내지 0.10 이상이다.
도 7은 x-축 상에 실험적 CoF에 대하여 y-축 상에 플롯된 예측된 CoF의 선형 회귀 분석을 나타낸다. 이러한 분석으로부터, 실험적 CoF는 하기 수학식에 따라 예측된 CoF와 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌다:
Figure pct00050
도 6에 나타낸 바와 같이, 이러한 수학식의 경우 r2는 0.948이다.
위에서 개시된 바와 같이, 하나 이상의 구현예에서, CED, Tg, 불소 밀도, 및 CoF와 같은 상기 특성들을 갖는 플루오르화 폴리이미드는 통상적인 산업 용매에서 가용성이다. 통상적인 용매는, 알킬 아세테이트, 디옥산, 테트라히드로푸란(THF), 디옥솔란, 디메틸아세트아미드, 및 N-메틸-2-피롤리돈과 같은, 아세테이트를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 용매에서 가용성이어서, 플루오르화 폴리이미드 함유 코팅은, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 또는 브러시 또는 이와 유사한 것과 같은, 도포용 도구를 사용한 코팅과 같은, 종래의 코팅 방법에 의해 유리 물품에 용이하게 적용될 수 있다. 구현예에서, 용매는, 8.6 칼로리/세제곱센티미터((cal/㎤)1/2) 이하, 예컨대, 8.0 (cal/㎤)1/2 이하, 7.5 (cal/㎤)1/2 이하, 7.0 (cal/㎤)1/2 이하, 6.5 (cal/㎤)1/2 이하, 6.0 (cal/㎤)1/2 이하, 5.5 (cal/㎤)1/2 이하, 5.0 (cal/㎤)1/2 이하, 4.5 (cal/㎤)1/2 이하, 4.0 (cal/㎤)1/2 이하, 3.5 (cal/㎤)1/2 이하, 3.0 (cal/㎤)1/2 이하, 또는 2.5 (cal/㎤)1/2 이하의 힐데브란트 용해도를 갖는 n-프로필 아세테이트이다.
구현예에 따르면, 여기에 개시되고 기재된 구현예에 따른 유리 물품을 코팅하는 방법은 유리 용기를 코팅하는 방법을 포함한다. 예로서 도 8을 참조하면, 약품 조성물을 저장하기 위한 유리 용기와 같은, 유리 용기는 단면으로 개략적으로 도시된다. 유리 용기(800)는 일반적으로 유리 몸체(820)를 포함한다. 유리 몸체(820)는 내부 표면(840)과 외부 표면(860) 사이에서 연장되고, 일반적으로 내부 체적(880)을 둘러싼다. 도 8에 나타낸 유리 용기(800)의 구현예에서, 유리 몸체(820)는 일반적으로 벽 부분(900) 및 바닥 부분(920)을 포함한다. 벽 부분(900) 및 바닥 부분(920)은 일반적으로 약 0.5 ㎜ 내지 약 3.0 ㎜의 범위에서 두께를 가질 수 있다. 벽 부분(900)은 힐(heel) 부분(940)을 통해 바닥 부분(920)으로 전환된다. 구현예에 따르면, 내부 표면(840) 및 바닥 부분(920)은 코팅되지 않으며, 그래서, 유리 용기(800)의 내부 체적(880)에 저장된 내용물은 유리 용기(800)가 형성되는 유리와 직접 접촉한다. 그러나, 구현예에서, 내부 표면(840) 및 바닥 부분(820)은 코팅된다. 유리 용기(800)가 특정 형상 형태(즉, 바이알)를 갖는 것으로 도 8에 도시되지만, 유리 용기(800)는 베큐테이너(vacutainers), 카트리지, 주사기, 주사기 배럴, 앰플, 병, 플라스크, 약병, 튜브, 비커, 또는 이와 유사한 것을, 제한 없이 포함하는, 다른 형상 형태를 가질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 여기에 개시되고 기재된 방법에 따르면, 상기 방법은 여기에 개시된 플루오르화 폴리이미드를 함유하는 코팅을 유리 용기(800)의 외부 표면(860)의 적어도 일부에 도포하는 단계를 포함한다. 구현예에서, 유리 용기(800)의 전체 외부 표면(860)은 여기에 개시된 바와 같은 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅으로 코팅된다.

Claims (22)

  1. 유리 물품을 얻는 단계;
    300 KJ/mol 이하의 응집 에너지 밀도; 및
    625K 이하의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅을 선택하는 단계; 및
    상기 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 선택된 코팅으로 유리 물품을 코팅하는 단계를 포함하는, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플루오르화 폴리이미드는 0.10 이하의 불소 밀도를 갖는, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 마찰 계수는 하기 수학식을 충족시키는, 유리 물품을 코팅하는 방법:
    Figure pct00051
    ,
    여기서,
    CED는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 응집 에너지 밀도이며,
    Figure pct00052
    는 고분자 반복 단위에서 총 중원자 수로 나눈 고분자 반복 단위에서 불소 원자의 수이고,
    Tg는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 유리 전이 온도이다.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 플루오르화 폴리이미드는 0.10 초과 내지 0.15 이하의 불소 밀도, 및 575 K 이하의 Tg를 갖는, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅의 마찰 계수는 하기 수학식을 충족시키는, 유리 물품을 코팅하는 방법:
    Figure pct00053
    ,
    여기서,
    CED는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 응집 에너지 밀도이며,
    Figure pct00054
    는 고분자 반복 단위에서 총 중원자 수로 나눈 고분자 반복 단위에서 불소 원자의 수이고,
    Tg는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 유리 전이 온도이다.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 플루오르화 폴리이미드 코팅은 0.15 초과의 불소 밀도를 갖는 고분자를 포함하고, 상기 플루오르화 폴리이미드 코팅은 500 K 이하의 Tg를 갖는, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  7. 청구항 1 또는 6에 있어서,
    상기 플루오르화 폴리이미드 코팅의 마찰 계수는 하기 수학식을 충족시키는, 유리 물품을 코팅하는 방법:
    Figure pct00055
    ,
    여기서,
    CED는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 응집 에너지 밀도이며,
    Figure pct00056
    는 고분자 반복 단위에서 총 중원자 수로 나눈 고분자 반복 단위에서 불소 원자의 수이고,
    Tg는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 유리 전이 온도이다.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 플루오르화 폴리이미드는 8.6 (cal/㎤)1/2 이하의 용해도를 갖는, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 물품은 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 유리 약품 용기인, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 선택된 코팅으로 유리 물품을 코팅하는 단계는 유리 약품 용기의 외부 표면의 적어도 일부를 코팅하는 단계를 포함하는, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 플루오르화 폴리이미드를 포함하는 코팅을 선택하는 단계는:
    원래의 고분자 화학물질을 선택하는 단계;
    상기 원래의 고분자 화학물질을 다수의 개질된 고분자 화학물질을 발생시키기 위해 작용기로 개질시키는 단계;
    상기 다수의 개질된 고분자 화학물질 각각의 응집 에너지 밀도(CED)를 결정하는 단계;
    상기 다수의 개질된 고분자 화학물질 각각의 Tg를 결정하는 단계;
    상기 다수의 개질된 고분자 화학물질로부터 지정된 고분자 화학물질의 그룹을 선택하고, 여기서, 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹에서 각각의 고분자 화학물질은 원래의 고분자 화학물질의 CED 이하인 CED를 가지며, 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹에서 각각의 고분자 화학물질은 원래의 고분자 화학물질의 Tg 미만인 Tg를 갖는, 지정된 고분자 화학물질의 그룹을 선택하는 단계;
    상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹 내에서 각각의 고분자 화학물질의 마찰 계수를 결정하는 단계; 및
    상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹으로부터 선택된 고분자 화학물질을 선택하는 단계를 포함하고, 여기서, 상기 선택된 고분자 화학물질은 원래의 고분자 화학물질의 마찰 계수 미만인 마찰 계수를 갖는, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 원래의 고분자 화학물질을 개질시키는 단계는:
    상기 원래의 고분자 화학물질의 하나 이상의 부착 부위를 포함하는 백본 구조를 확인하는 단계;
    한 세트의 측쇄 구조를 제공하는 단계; 및
    상기 한 세트의 측쇄 구조에서 각 측쇄 구조를 상기 백본 구조의 하나 이상의 부착 부위에 조합 방식으로 부착시키는 단계를 포함하는, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 백본 구조는 이무수물 단량체 구조를 포함하는, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 이무수물 단량체 구조는:
    Figure pct00057
    및
    Figure pct00058
    로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 구성 요소를 포함하는, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 한 세트의 측쇄 구조는 하나 이상의 디아민을 포함하는, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 하나 이상의 디아민은:
    Figure pct00059
    ,
    Figure pct00060
    ,
    Figure pct00061
    ,
    Figure pct00062
    ,
    Figure pct00063
    ,
    Figure pct00064
    ,
    Figure pct00065
    ,
    Figure pct00066
    ,
    Figure pct00067
    ,
    Figure pct00068
    ,
    Figure pct00069
    , 및
    Figure pct00070
    로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 구성 요소를 포함하는, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 원래의 고분자 화학물질의 백본 구조는 한 세트의 측쇄 구조에서 각각의 측쇄 구조를 상기 백본 구조의 하나 이상의 부착 부위에 조합 방식으로 부착시키기 전에 개질되는, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 원래의 고분자 화학물질의 백본 구조는 백본 구조를 확장하거나, 백본 구조를 축소시키거나, 또는 백본 구조의 화학 작용기를 변경시켜 개질되는, 유리 물품을 코팅하는 방법.
  19. 원래의 고분자 화학물질을 선택하는 단계;
    상기 원래의 고분자 화학물질을 다수의 개질된 고분자 화학물질을 발생시키기 위해 작용기로 개질시키는 단계;
    상기 다수의 개질된 고분자 화학물질 각각의 응집 에너지 밀도(CED)를 결정하는 단계;
    상기 다수의 개질된 고분자 화학물질 각각의 Tg를 결정하는 단계;
    상기 다수의 개질된 고분자 화학물질로부터 지정된 고분자 화학물질의 그룹을 선택하고, 여기서, 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹에서 각각의 고분자 화학물질은 원래의 고분자 화학물질의 CED 이하인 CED를 가지며, 상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹에서 각각의 고분자 화학물질은 원래의 고분자 화학물질의 Tg 미만인 Tg를 갖는, 지정된 고분자 화학물질의 그룹을 선택하는 단계;
    상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹 내에서 각각의 고분자 화학물질의 마찰 계수를 결정하는 단계; 및
    상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹으로부터 선택된 고분자 화학물질을 형성시키는 단계를 포함하고, 여기서, 상기 선택된 고분자 화학물질은 지정된 고분자 화학물질의 그룹의 가장 낮은 마찰 계수를 갖는, 낮은 마찰 계수를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 형성하는 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹 내에 각각의 고분자 화학물질의 마찰 계수를 결정하는 단계는 하기 수학식을 사용하는, 낮은 마찰 계수를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 형성하는 방법:
    Figure pct00071
    ,
    여기서,
    CED는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 응집 에너지 밀도이며,
    Figure pct00072
    는 고분자 반복 단위에서 총 중원자 수로 나눈 고분자 반복 단위에서 불소 원자의 수이고, 0.1 미만이며,
    Tg는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 유리 전이 온도이다.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹 내에 각각의 고분자 화학물질의 마찰 계수를 결정하는 단계는 하기 수학식을 사용하는, 낮은 마찰 계수를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 형성하는 방법:
    Figure pct00073
    ,
    여기서,
    CED는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 응집 에너지 밀도이며,
    Figure pct00074
    는 고분자 반복 단위에서 총 중원자 수로 나눈 고분자 반복 단위에서 불소 원자의 수이고,
    Figure pct00075
    는 0.1 초과 내지 0.15 미만이며,
    Tg는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 유리 전이 온도이다.
  22. 청구항 19에 있어서,
    상기 지정된 고분자 화학물질의 그룹 내에 각각의 고분자 화학물질의 마찰 계수를 결정하는 단계는 하기 수학식을 사용하는, 낮은 마찰 계수를 갖는 플루오르화 폴리이미드를 형성하는 방법:
    Figure pct00076
    ,
    여기서,
    CED는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 응집 에너지 밀도이며,
    Figure pct00077
    는 고분자 반복 단위에서 총 중원자 수로 나눈 고분자 반복 단위에서 불소 원자의 수이고,
    Figure pct00078
    는 0.15 초과이며,
    Tg는 플루오르화 폴리이미드 코팅의 유리 전이 온도이다.
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