JP6498840B2 - 新規なポリオルガノシロキサンおよびこれを用いて製造されるコポリカーボネート - Google Patents

新規なポリオルガノシロキサンおよびこれを用いて製造されるコポリカーボネート Download PDF

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Description

関連出願との相互参照
本出願は、2015年9月4日付の韓国特許出願第10−2015−0125677号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、耐候性と流動性が向上したコポリカーボネートを製造できる新規なポリオルガノシロキサンおよびこれを用いて製造されるコポリカーボネートに関する。
ポリオルガノシロキサンはシリコーン(silicone)の一種で、有機基(organic groups)で置換されたシロキサン結合を主軸とする重合体を意味するが、一例として、ビスフェノールAのような芳香族ジオールとホスゲンのようなカーボネート前駆体とが縮重合して製造され、無色無臭であり、酸化が遅く、常温でも安定した低刺激性の絶縁体で、電気、電子、自動車、機械、医療、化粧品、潤滑剤、接着剤、ガスケット、成形人工補助物などに使用される。
また、優れた衝撃強度、寸法安定性、耐熱性および透明性などを有し、電気電子製品の外装材、自動車部品、建築素材、光学部品などの広範な分野に適用される。このようなコポリカーボネート樹脂は、最近、より多様な分野に適用するために、2種以上の互いに異なる構造の芳香族ジオールを共重合して構造の異なる単位体をポリカーボネートの主鎖に導入して、所望の物性を得ようとする研究が多く試みられている。
特に、ポリカーボネートの主鎖にポリシロキサン構造を導入させる研究も進んではいるものの、ほとんどの技術が生産単価が高く、耐薬品性と衝撃強度が同時に改善されないという欠点がある。
しかし、コポリカーボネートの応用分野が拡大するにつれ、要求されるコポリカーボネートの耐候性、流動性レベルが次第に高まっており、これにより、コポリカーボネート固有の物性は維持しながら、耐候性、流動性を高められる新規な構造のコポリカーボネートの開発が求められている。
本発明は、耐候性と流動性が向上したコポリカーボネートを製造できる新規なポリオルガノシロキサンを提供する。
また、本発明は、前記ポリオルガノシロキサンを用いて製造されるコポリカーボネートを提供する。
さらに、本発明は、前記コポリカーボネートで製造される成形品を提供する。
本発明は、下記化学式1で表されるポリオルガノシロキサンを提供する。
また、本発明は、下記化学式2で表される繰り返し単位、および化学式3で表される繰り返し単位を含む、重量平均分子量1,000〜100,000g/molのコポリカーボネートを提供する。
また、本発明は、前記コポリカーボネートで製造される成形品を提供する。
以下、発明の具体的な実現例によるポリオルガノシロキサン、コポリカーボネートおよび成形品に関してより詳細に説明する。
発明の一実現例によれば、下記化学式1で表されるポリオルガノシロキサンが提供される。
前記化学式1において、
Aは、
であり、
Bは、
であり、
1〜R4は、それぞれ独立に、水素またはC1-10アルキルであり、
5は、水素、ハロゲン、ヒドロキシ、C1-10アルキル、C1-10アルコキシ、またはC6-10アリールであり、
6〜R9は、それぞれ独立に、水素、C1-10アルキル、またはハロゲンであり、
Xは、−CO−または−CO−(C6-10アリーレン)−CO−であり、
Yは、C1-10アルキレンであり、
Zは、結合、−OCO−、または−COO−であり、
Wは、−(C1-10アルキレン)−O−を含む2価の官能基であり、
nは、1〜99の整数である。
ポリオルガノシロキサンはシリコーン(silicone)の一種で、有機基(organic groups)で置換されたシロキサン結合を主軸とする重合体を意味するが、このようなポリオルガノシロキサン中において、特に、前記一実現例の化学式1で表されるポリオルガノシロキサンは、シリコーンモノマーによる効果と、化学式1のAで表されるリンカーとエステル構造による効果をすべて発現することができる。これにより、前記ポリオルガノシロキサンは、延性が高く維持されながらも、フリース転移(Fries rearrangement)効果によって耐候性が向上し、エステル構造、エーテル構造のinternal chain mobilityの向上によって流動性が向上する特徴がある。
そして、前記化学式1において、Wは、−(C1-10アルキレン)−COO−(C1-10アルキレン)−O−を含む2価の官能基であることが好ましい。
また、前記Aは、
であることがさらに好ましい。
そして、前記化学式1において、R1〜R4は、それぞれ独立に、水素またはC1-4アルキルであることが好ましい。
また、前記R5は、水素またはC1-4アルコキシであることが好ましい。
さらに、前記R6〜R9は、それぞれ独立に、水素またはC1-4アルキルであることが好ましい。
そして、前記Xは、−CO−(フェニレン)−CO−であることが好ましい。
さらに、前記Yは、C1-5アルキレンであることが好ましい。
また、前記化学式1で表されるポリオルガノシロキサンの具体例としては、下記の化合物が挙げられる。
前記構造式において、
Aは、
である。
一方、前記一実現例のポリオルガノシロキサンは、下記反応式1のような方法で合成することができるが、これに制限されるわけではなく、前記化学式1で表される化合物を製造する方法は、後述する実施例でより具体化して説明する。
前記反応式1において、R1〜R5、X、Y、Z、nは、先に化学式1で定義した通りであり、R14は、ヒドロキシまたはハロゲン、好ましくは、ヒドロキシまたはクロロである。
前記段階1は、化学式1−2で表される化合物を、カーボネート系化合物の化学式1−3で表される化合物と反応させて、化学式1−4で表される化合物を製造する段階である。この時、前記化学式1−2で表される化合物と、前記化学式1−3で表される化合物とのモル比は、1:1.1〜1:5であることが好ましく、1:1.3〜1:2.5であることがさらに好ましく、前記反応は、クロロホルムを溶媒として用いることが好ましい。また、前記反応は、常温で行うことが好ましい。
前記段階2は、化学式1−4で表される化合物を、ポリシロキサン化合物の化学式1−5で表される化合物と反応させて、化学式1で表される化合物を製造する段階である。前記化学式1−4で表される化合物と、前記化学式1−5で表される化合物とのモル比は、1:1.1〜1:5であることが好ましく、1:1.3〜1:2.5であることがさらに好ましく、前記反応は、クロロホルムを溶媒として用いることが好ましい。また、前記反応は、常温で行うことが好ましい。
また、発明のさらに他の実現例によれば、下記化学式2で表される繰り返し単位、および下記化学式3で表される繰り返し単位を含む、重量平均分子量1,000〜100,000g/molのコポリカーボネートが提供される。
前記化学式2において、
Aは、
であり、
1〜R4は、それぞれ独立に、水素またはC1-10アルキルであり、
5は、水素、ハロゲン、ヒドロキシ、C1-10アルキル、C1-10アルコキシ、またはC6-10アリールであり、
6〜R9は、それぞれ独立に、水素、C1-10アルキル、またはハロゲンであり、
Xは、−CO−または−CO−(C6-10アリーレン)−CO−であり、
Yは、C1-10アルキレンであり、
Zは、結合、−OCO−、または−COO−であり、
Wは、−(C1-10アルキレン)−O−を含む2価の官能基であり、
nは、1〜99の整数であり、
前記化学式3において、
1は、非置換であるか、またはフェニルで置換されたC1-10アルキレン、C3-6シクロアルキレン、O、S、SO、SO2、またはCOであり、
10〜R13は、それぞれ独立に、水素、C1-10アルキル、またはハロゲンである。
前記化学式2において、A、R1〜R9、X、Y、Z、およびnは、前記化学式1で述べたものを制限なく適用可能である。
そして、前記X1は、非置換であるか、またはフェニルで置換されたC1-4アルキレン、C3-6シクロアルキレン、O、S、SO、SO2、またはCOであることが好ましい。
また、R10〜R13は、それぞれ独立に、水素、C1-4アルキル、クロロ、またはブロモであることが好ましい。
前記一実現例のコポリカーボネートは、前記化学式1で表されるポリオルガノシロキサン、芳香族ジオール化合物、およびカーボネート前駆体を重合して製造されるもので、先に説明したように、前記化学式1で表されるポリオルガノシロキサン中の、エステル(ester)、エーテル(ether)などの構造によるinternal mobilityの向上によって、コポリカーボネートの延性(ductility)は維持しながらも、耐候性と流動性を向上させるという特徴がある。
前記芳香族ジオール化合物は、下記化学式4で表される化合物であって、前記化学式3に対応する。
前記化学式4において、X1およびR10〜R13は、前記化学式3で定義した通りである。
前記芳香族ジオール化合物の具体例として、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホキシド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(ビスフェノールA)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン(ビスフェノールZ)、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジブロモフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジクロロフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−ブロモフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−クロロフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、または1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタンが挙げられる。
前記カーボネート前駆体は、前記化学式1で表される化合物および前記化学式4で表される化合物を連結する役割を果たすもので、その具体例として、ホスゲン、トリホスゲン、ジホスゲン、ブロモホスゲン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジシクロヘキシルカーボネート、ジフェニルカーボネート、ジトリルカーボネート、ビス(クロロフェニル)カーボネート、m−クレシルカーボネート、ジナフチルカーボネート、ビス(ジフェニル)カーボネート、またはビスハロホルメートが挙げられる。
また、前記一実現例のコポリカーボネートは、前記化学式1で表されるポリオルガノシロキサン、芳香族ジオール化合物、およびカーボネート前駆体を含む組成物を重合する段階を含んで製造することができる。
前記重合時、前記化学式1で表されるポリオルガノシロキサンは、前記組成物100重量%に対して、0.1重量%以上、1重量%以上、または3重量%以上、かつ、20重量%以下、10重量%以下、または7重量%以下を使用することができる。
また、前記芳香族ジオール化合物は、前記組成物100重量%に対して、40重量%以上、50重量%以上、または55重量%以上、かつ、80重量%以下、70重量%以下、または65重量%以下で使用することができる。
さらに、前記カーボネート前駆体は、前記組成物100重量%に対して、10重量%以上、20重量%以上、または30重量%以上 、かつ、60重量%以下、50重量%以下、または40重量%以下で使用することができる。
この時、前記重合は、界面重合で行うことが好ましく、界面重合時、常圧と低い温度で重合反応が可能であり、分子量調節が容易である。
前記重合温度は0℃〜40℃、反応時間は10分〜5時間が好ましい。また、反応中のpHは9以上または11以上に維持することが好ましい。
前記重合に使用可能な溶媒としては、当業界でコポリカーボネートの重合に使用される溶媒であれば特に制限はなく、一例として、メチレンクロライド、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素を使用することができる。
また、前記重合は、酸結合剤の存在下で行うことが好ましく、前記酸結合剤として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物またはピリジンなどのアミン化合物を使用することができる。
さらに、前記重合時、コポリカーボネートの分子量調節のために、分子量調節剤の存在下で重合することが好ましい。前記分子量調節剤としてC1-20アルキルフェノールを使用することができ、その具体例として、p−tert−ブチルフェノール、p−クミルフェノール、デシルフェノール、ドデシルフェノール、テトラデシルフェノール、ヘキサデシルフェノール、オクタデシルフェノール、エイコシルフェノール、ドコシルフェノール、またはトリアコンチルフェノールが挙げられる。前記分子量調節剤は、重合開始前、重合開始中または重合開始後に投入される。前記分子量調節剤は、一例として、芳香族ジオール化合物100重量部を基準として、0.01重量部以上、0、1重量部以上、または1重量部以上、かつ、10重量部以下、6重量部以下、または5重量部以下で含まれ、この範囲内で所望の分子量を得ることができる。
また、前記重合反応の促進のために、トリエチルアミン、テトラ−n−ブチルアンモニウムブロミド、テトラ−n−ブチルホスホニウムブロミドなどの3級アミン化合物、4級アンモニウム化合物、4級ホスホニウム化合物などのような反応促進剤を追加的に使用することができる。
さらに、本発明は、前記コポリカーボネートで製造される成形品を提供する。先に説明したように、前記化学式1で表されるポリオルガノシロキサン内のポリプロピレングリコール由来の構造によって、コポリカーボネートの延性(ductility)は維持しながら、同時に流動性が増加し、従来使用されていたコポリカーボネートで製造される成形品に比べて応用分野が広い。
前記成形品は、本発明によるコポリカーボネートのほか、必要に応じて、酸化防止剤、可塑剤、帯電防止剤、核剤、難燃剤、滑剤、衝撃補強剤、蛍光増白剤、紫外線吸収剤、顔料、および染料からなる群より選択された1種以上を追加的に含むことができる。
前記成形品の製造方法の一例として、本発明によるコポリカーボネートとその他添加剤をミキサを用いてよく混合した後に、押出機で押出成形してペレットに製造し、前記ペレットを乾燥させた後、射出成形機で射出する段階を含むことができる。
本発明による新規なポリオルガノシロキサンは、コポリカーボネートの単量体として使用可能であり、延性のようなコポリカーボネート固有の物性は維持しながら、同時に耐候性と流動性は向上させることができる。
図1は、1H NMRグラフである。 図2は、1H NMRグラフである。
発明を下記の実施例でより詳細に説明する。ただし、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の内容が下記の実施例によって限定されるものではない。
実施例1
(段階1)ポリオルガノシロキサンの製造
還流可能な2,000mLの三口フラスコにクロロホルム(CHCl3)1,000mL(液状基準)を入れて、Antioxidant−245(Ethylenebis(oxyethylene)bis[3−(5−tert−butyl−4−hydroxy−m−tolyl)propionate]、Mw:586g/mol)11.7gおよびテレフタロイルクロライド7.1gを、常温で窒素雰囲気を維持しながら、1時間ゆっくり溶かした。そして、トリエチルアミン25gを投入して1時間反応させた後、アリルフェノールポリジメチルシロキサン(allylphenol polydimethylsiloxane、n:43、Mw:3,500g/mol)210gを投入して十分に反応させて、前記化学式で表される化合物を製造し、1H NMRグラフは図1に示した。
(段階2)コポリカーボネート樹脂の製造
重合反応器にビスフェノールA(Bisphenol A)232g、蒸留水1,784g、および水酸化ナトリウム385gを入れて、窒素雰囲気下で混合してビスフェノールAを完全に溶かした後、メチレンクロライド875g、PTBP(para−tert butylphenol)4.3g、および前記段階1で製造した化合物7.0g(固形分基準、ポリカーボネート樹脂の5.2重量%)を投入して混合した。これにTPG(triphosgene)130gを溶かしたメチレンクロライド920gを1時間滴下し、この時、水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH11に維持した。滴下完了後に15分間熟成し、トリエチルアミン46gをメチレンクロライドに溶かして投入した。総反応時間1時間30分経過後にpHを4に下げて、蒸留水で3回洗浄した後、メチレンクロライド相を分離した。こうして得られた重合体をメタノールで沈殿させて得、これを120℃で乾燥して最終粉末状のコポリカーボネート樹脂を得、1H NMRグラフは図2に示した。
実施例2
アリルフェノールポリジメチルシロキサン(allylphenol polydimethylsiloxane、n:43、Mw:3,500g/mol)の代わりにアリルフェノールポリジメチルシロキサン(allylphenol polydimethylsiloxane、n:22、Mw:2,000g/mol)120gを用いたことを除けば、前記実施例1と同様の方法でコポリカーボネート樹脂を製造した。
実施例3
段階2において、段階1で製造した化合物を7.0gの代わりに3.5g(固形分基準、ポリカーボネート樹脂の2.6重量%)用いたことを除けば、前記実施例1と同様の方法でコポリカーボネート樹脂を製造した。
比較例1
段階2において、段階1で製造した化合物を用いないことを除けば、前記実施例1と同様の方法でコポリカーボネート樹脂を製造した。
実験例:コポリカーボネート樹脂の物性評価
前記実施例1〜3および比較例1で得たコポリカーボネート樹脂をペレット化して物性を測定するための試験片を作製し、試験片の物性を下記の方法で測定して、その結果を下記表1に示した。
(1)流れ性(MFR、g/10min):試験片を用いて、標準測定ASTM D1238(300℃、1.2kgの条件)に基づいて測定した。
(2)常温および低温衝撃強度(Notched Izod、J/m):ASTM D256(1/8inch、Notched Izod)に基づいて、23℃、−30℃でそれぞれ測定した。
(3)耐候性(△YI、500時間):QUV−A Accelerated Weathering Tester(Q−LAB社)を用いて、ASTM D4329に基づいて、500時間の間の試験片の黄色度(Yellow Index)の変化量(△YI)を測定した。
(4)重量平均分子量(Mw、g/mol):Agilent12000 series GPCを用いて、PC standardで検量して測定した。
前記表1に示されるように、実施例で製造したコポリカーボネート樹脂は、比較例1と同等水準以上の流れ性、常温衝撃強度を有しながらも、−30℃での低温衝撃強度と耐候性が非常に優れていることを確認することができた。
このような実施例のコポリカーボネート樹脂は、ポリカーボネート樹脂固有の物性は維持しながらも、低温での耐衝撃性と各種気候に耐える性質の耐候性に優れているので、電気電子製品の外装材、自動車部品、建築素材といった多様な分野への適用が容易である。

Claims (12)

  1. 下記化学式1で表されるポリオルガノシロキサン。
    [化学式1]
    B−A−B
    前記化学式1において、
    Aは、
    であり、
    Bは、

    であり、
    1〜R4は、それぞれ独立に、水素またはC1-10アルキルであり、
    5は、水素、ハロゲン、ヒドロキシ、C1-10アルキル、C1-10アルコキシ、またはC6-10アリールであり、
    6〜R9は、それぞれ独立に、水素、C1-10アルキル、またはハロゲンであり、
    Xは、−CO−または−CO−(C6-10アリーレン)−CO−であり、
    Yは、C1-10アルキレンであり、
    Zは、結合、−OCO−、または−COO−であり、
    Wは、−(C1-10アルキレン)−O−を含む2価の官能基であり、
    nは、1〜99の整数である。
  2. 前記Wは、−(C1-10アルキレン)−COO−(C1-10アルキレン)−O−を含む2価の官能基である、請求項1に記載のポリオルガノシロキサン。
  3. 前記Aは、
    であることを特徴とする、請求項1または2に記載のポリオルガノシロキサン。
  4. 1〜R4は、それぞれ独立に、水素またはC1-4アルキルであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリオルガノシロキサン。
  5. 5は、水素またはC1-4アルコキシであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリオルガノシロキサン。
  6. Xは、−CO−(フェニレン)−CO−であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリオルガノシロキサン。
  7. Yは、C1-5アルキレンであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリオルガノシロキサン。
  8. 前記ポリオルガノシロキサンは、下記の構造を有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のポリオルガノシロキサン。
    前記構造式において、
    Aは、

    である。
  9. 下記化学式2で表される繰り返し単位、および下記化学式3で表される繰り返し単位を含む、重量平均分子量1,000〜100,000g/molのコポリカーボネート。
    前記化学式2において、
    Aは、
    であり、
    1〜R4は、それぞれ独立に、水素またはC1-10アルキルであり、
    5は、水素、ハロゲン、ヒドロキシ、C1-10アルキル、C1-10アルコキシ、またはC6-10アリールであり、
    6〜R9は、それぞれ独立に、水素、C1-10アルキル、またはハロゲンであり、
    Xは、−CO−または−CO−(C6-10アリーレン)−CO−であり、
    Yは、C1-10アルキレンであり、
    Zは、結合、−OCO−、または−COO−であり、
    Wは、−(C1-10アルキレン)−O−を含む2価の官能基であり、
    nは、1〜99の整数であり、
    前記化学式3において、
    1は、非置換であるか、またはフェニルで置換されたC1-10アルキレン、C3-6シクロアルキレン、O、S、SO、SO2、またはCOであり、
    10〜R13は、それぞれ独立に、水素、C1-10アルキル、またはハロゲンである。
  10. 1は、非置換であるか、またはフェニルで置換されたC1-4アルキレン、C3-6シクロアルキレン、O、S、SO、SO2、またはCOであることを特徴とする、請求項9に記載のコポリカーボネート。
  11. 10〜R13は、それぞれ独立に、水素、C1-4アルキル、クロロ、またはブロモであることを特徴とする、請求項9または10に記載のコポリカーボネート。
  12. 請求項9〜11のいずれか1項に記載のコポリカーボネートで製造される、成形品。
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