KR100566581B1 - 장쇄이염기산조성물및이것을사용하는전해액 - Google Patents

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오카무라 세이유 가부시키가이샤
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Abstract

이염기산을 사용하는 전해콘덴서 구동용 전해액에 있어서, 제조가 극히 용이하고, 저온에서의 석출이 없고, 내전압성이 우수한 전해콘덴서 구동용 전해액을 제공한다.
측쇄에 알킬기를 갖는 장쇄(長鎖) 이염기산과, 측쇄에 알킬기와 알콕시카르보닐기를 가지며, 또한 양단 카르복실기에 끼워진 탄소쇄가 8 이상인 장쇄 이염기산을 1종 또는 그 이상 함유하는 장쇄 이염기산 혼합물을 제공한다.

Description

장쇄 이염기산 조성물 및 이것을 사용하는 전해액{LONG CHAIN DIBASIC ACID COMPOSITION AND ELECTROLYTE USING THE SAME}
본 발명은 장쇄 이염기산 혼합물, 전해콘덴서 구동용 전해액용 조성물 및 전해콘덴서 구동용 전해액에 관한 것이다.
종래의 전해콘덴서 구동용 전해액에 있어서, 특히 중고압(中高壓) 전해액으로는, 에틸렌글리콜을 용매로서 사용하고, 붕산 또는 붕산암모늄염을 전해질로서 첨가시킨 것이 사용되고 있다. 이와 같은 전해액은 붕산으로부터 발생하는 결정수와, 에틸렌글리콜과 붕산 사이의 에스테르화 반응에 의해 다량의 축합수가 생성되어, 전해액계 내의 수분 함유량이 높아지고, 그 결과, 100℃를 넘는 사용온도 조건 하에서 그 전해액을 사용하면 전해액 중의 물이 수증기가 되어 증발하고, 그에 따라 전해콘덴서의 패키지 내의 내압이 상승하여, 파괴가 생기는 것을 피할 수 없다는 문제점이 있다.
이와 같은 결점을 개량하기 위하여 용질로서 아젤라산, 세바스산, 도데칸이산 등의 직쇄형 포화 디카르복실산 또는 그것의 염을 함유하는 전해액이 사용되게 되었다. 그러나, 이와 같은 직쇄형 포화 디카르복실산은 에틸렌글리콜 등의 용매에 대한 용해성이 낮기 때문에 저온에서 그 직쇄형 포화 디카르복실산이 결정으로서 석출하기 쉽고, 이 때문에 과대전류가 생겨 콘덴서의 저온특성을 열화시키는 결점을 피할 수 없었다.
또한, 근년에는, 2-부틸옥탄이산(일본특개소60-13293호), 8-비닐-10-옥타데센이산(일본특개평4-186713호), 2-메틸노난이산(일본특개평2-224217호) 등의 이염기산이나 그것의 염을 용질로서 사용하는 시도가 행해지고 있다. 이들 디카르복실산 또는 그것의 염의 에틸렌글리콜 등의 용매에 대한 용해도는 상기 직쇄형 포화 디카르복실산 또는 그것의 염의 용해도에 비해 개량되어 있기 때문에 유용하다.
그 중에서도, 2-메틸노난이산은 유용한 장쇄 이염기산으로, 1,7-옥타디엔을 파라듐-포스핀 촉매의 존재 하에, 디카르보닐화하는 방법(미국특허 제4629807호)으로 생산된다. 그러나, 이 방법에 따르면, 목적하는 이염기산이 19.1%라는 저수율로 얻어지는데 불과하기 때문에 이 방법으로는 충분한 기능을 갖는 전해액이 제조되지 않는다.
또, 2-메틸노난이산이 충분하게 공급되었다 하더라도 저온에서의 특성은 충분히 개선되었다고는 할 수 없고, 여전히 저온에서의 결정석출의 문제점은 해결되지 않았기 때문에 더 한층의 개선이 요망되는 것이 현재상황이다.
그래서, 2-메틸노난이산 등의 측쇄에 알킬기를 갖는 장쇄 이염기산을 주요한 용질로 하면서, 저온에서 결정이 석출하지 않는 전해콘덴서 구동용 전해액이 요구되고 있었다.
이와 같은 현재상황을 감안하여, 본 발명자들은 예의 연구한 결과, 상기 2-메틸노난이산의 결점, 특히 저온특성의 열화를 개선하기 위하여 2-메틸노난이산을 단독으로 사용하는 것보다 2-메틸노난이산과, 측쇄에 알킬기와 알콕시카르보닐기를 갖고, 양단 카르복실기에 끼워진 탄소쇄가 8 이상인 장쇄 이염기산의 1종 또는 그 이상을 혼합함으로써 저온에서 결정의 석출이 없을 뿐더러 고온에서도 전해도의 열화 등을 일으키지 않고 내전압성도 향상된다는 것을 새로이 관찰하여 알아내고 원하는 전해콘덴서 구동용 전해액이 될 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은 측쇄에 알킬기를 갖는 장쇄 이염기산과, 측쇄에 알킬기와 알콕시카르보닐기를 갖고, 또한 양단 카르복실기에 끼워진 탄소쇄가 8 이상인 이염기산을 1종 또는 그 이상 함유하는 장쇄 이염기산 혼합물에 관한 것이다.
바람직한 실시태양에서는, 상기 장쇄 이염기산 혼합물이 알콕시카르보닐기를 2개 또는 그 이상 함유하는 이염기산을 2종 또는 그 이상 함유한다.
또, 바람직한 실시태양에서는, 상기 알콕시카르보닐기가 메톡시카르보닐기이다.
더욱 바람직한 실시태양에서는, 본 발명의 장쇄 이염기산 혼합물에는 2-메틸노산이산과, 2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐운데칸이산, 2,4,6-트리메틸-4,6-디메톡시카르보닐트리데칸이산 및 8,9-디메틸-8,9-디메톡시카르보닐헥사데칸이산이 함유된다.
더더욱 바람직한 실시태양에서는, 본 발명의 장쇄 이염기산 혼합물에는 상기 2-메틸노난이산, 2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐운데칸이산, 2,4,6-트리메틸-4,6-디메톡시카르보닐트리데칸이산 및 8,9-디메틸-8,9-디메톡시카르보닐헥사데칸이산이 장쇄 이염기산 혼합물 중에, 중량으로 30∼60:8∼20:8∼20:15∼30의 비율로 포함된다.
또, 바람직한 실시태양에서는, 본 발명의 이염기산 혼합물은
(1) 산촉매의 존재 하에, 메탄올 중에서 시클로헥산온을 반응시키는 공정;
(2) (1)의 반응생성물에 메타크릴산메틸을 금속염의 존재 하에 반응시키는 공정; 및
(3) (2)에서 얻어지는 반응생성물을 가수분해하는 공정
을 포함하는 방법에 의해 얻어지는 이염기산 혼합물이다.
또, 본 발명은 상기 이염기산 혼합물 및/또는 그것의 염의 어느 하나를 함유하는 전해액용 조성물이다.
바람직한 실시태양에서는, 상기 염이 암모늄염이다.
또, 바람직한 실시태양에서는, 본 발명의 전해액용 조성물에는 상기 이염기산 또는 그것의(암모늄)염이 에틸렌글리콜에 용해되어 있다.
또한, 본 발명은, 상기 이염기산 혼합물 및/또는 그것의 염을 함유하는 전해콘덴서 구동용 전해액에 관한 것이다.
바람직한 실시태양에서는, 상기 염이 암모늄염이다.
또한, 바람직한 실시태양에서는, 본 발명의 전해콘덴서 구동용 전해액은 상기 이염기산 또는 그것의 염이 에틸렌글리콜에 용해되어 있다.
본 발명은 또, 측쇄에 알킬기를 갖는 장쇄 이염기산과, 측쇄에 알킬기와 알콕시카르보닐기를 갖고, 또한 양단 카르복실기에 끼워진 탄소쇄가 8 이상인 이염기산을 1종 또는 그 이상 함유하는 장쇄 이염기산 혼합물의 제조방법으로서,
(1) 화학식 1
(식중, n은 2∼4의 정수, R은 H, 또는 탄소수 1∼4의 분기하여도 되는 저급알킬기를 나타낸다)로 표시되는 알킬치환 시클로알칸온과 메타크릴산알킬을 반응시켜 장쇄 이염기산 에스테르를 합성하는 공정; 및
(2) 얻어진 장쇄 이염기산 에스테르를 가수분해하는 공정
을 포함하는 방법에 관한 것이다.
또, 본 발명은, 측쇄에 알킬기를 갖는 장쇄 이염기산 및/또는 그것의 암모니아염과, 측쇄에 알킬기와 알콕시카르보닐기를 갖고, 또한 양단 카르복실기에 끼워진 탄소쇄가 8 이상인 이염기산 및/또는 그것의 암모늄염을 1종 또는 그 이상 함유하는 전해액용 조성물의 제조방법으로서,
(1) 화학식 1
(화학식 1)
(식중, n은 2∼4의 정수, R은 H, 또는 탄소수 1∼4의 분기하여도 되는 저급알킬기를 나타낸다)로 표시되는 알킬치환 시클로알칸온과 메타크릴산알킬을 반응시켜 장쇄 이염기산 에스테르를 합성하는 공정;
(2) 얻어진 장쇄 이염기산 에스테르를 가수분해하여 장쇄 이염기산 혼합물을 제조하는 공정; 및
(3) 얻어진 장쇄 이염기산 혼합물을 암모니아로 처리하는 공정
을 포함하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 측쇄에 알킬기를 갖는 장쇄 이염기산 및/또는 그것의 암모니아염과, 측쇄에 알킬기와 알콕시카르보닐기를 갖고, 또한 양단 카르복실기에 끼워진 탄소쇄가 8 이상인 이염기산 및/또는 그것의 암모늄염을 1종 또는 그 이상 함유하는 전해콘덴서 구동용 전해액의 제조방법으로서,
(1) 화학식 1
(화학식 1)
(식중, n은 2∼4의 정수, R은 H, 또는 탄소수 1∼4의 분기하여도 되는 저급알킬기를 나타낸다)로 표시되는 알킬치환 시클로알칸온과 메타크릴산알킬을 반응시켜 장쇄 이염기산 에스테르 혼합물을 합성하는 공정;
(2) 얻어진 장쇄 이염기산 에스테르를 가수분해하여 장쇄 이염기산 혼합물을 제조하는 공정;
(3) 얻어진 장쇄 이염기산 혼합물을 암모니아로 처리하는 공정; 및
(4) 얻어진 장쇄 이염기산 혼합물 및/또는 그것의 암모늄염을 용매에 용해하는 공정
을 포함하는 방법에 관한 것이다.
발명의 실시 형태
본 발명의 이염기산 혼합물은, 측쇄에 알킬기를 갖는 장쇄 이염기산과, 측쇄에 알킬기와 알콕시카르보닐기를 갖고, 또한 양단 카르복실기에 끼워진 탄소쇄가 8 이상인 장쇄 이염기산을 1종 또는 그 이상 함유한다.
측쇄에 알킬기와 알콕시카르보닐기를 함유함으로써 장쇄 이염기산의 쌍극자가 분극하여 용매에 대한 용해성이 개선됨과 동시에 전해콘덴서 구동용 전해액에 사용할 경우, 내전압성이 향상된다.
본 발명에 사용되고, 측쇄에 알킬기와 알콕시카르보닐기를 갖는 장쇄 이염기산은 양단 카르복실기에 끼워진 탄소쇄가 8∼21인 장쇄 이염기산이 바람직하다. 양단 카르복실기에 끼워진 탄소수는 8∼15가 더욱 바람직하고, 9∼12가 더더욱 바람직하다.
측쇄의 알킬기로는 분기를 포함하고 있어도 되는 저급알킬기가 사용된다. 소수성을 과대하지 않게 하기 위하여 바람직하게는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 및 이소프로필기가 사용된다. 도입되는 측쇄 알킬기의 수는 2 이상인 것이 바람직하다.
측쇄의 알콕시카르보닐기로는, 저급알킬의 알콕시카르보닐기가 사용된다. 소수성을 과대하지 않게 하기 위하여 바람직하게는 메톡시카르보닐기, 에톡시카르보닐기, 프로폭시카르보닐기, 부톡시카르보닐기 및 이소프로폭시카르보닐기가 사용된다. 가장 바람직하게는 메톡시카르보닐기이다. 도입되는 알콕시카르보닐기의 수는 1∼4가 바람직하다.
도입해야 할 알킬기 및 알콕시카르보닐기와 그 수는 장쇄 이염기산의 탄소수를 고려하여 결정하면 된다.
측쇄에 알킬기를 갖는 장쇄 이염기산으로는, 2-메틸옥탄이산, 2-메틸노난이산, 2-메틸데칸이산을 들 수 있다.
측쇄에 알킬기와 알콕시카르보닐기를 갖는 장쇄 이염기산으로는, 2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐데칸이산, 2,4,6-트리메틸-4,6-디메톡시카르보닐도데칸이산, 7,8-디메틸-7,8-디메톡시카르보닐테트라데칸이산; 2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐운데칸이산, 2,4,6-트리메틸-4,6-디메톡시카르보닐트리데칸이산, 8,9-디메틸-8,9-디메톡시카르보닐헥사데칸이산; 2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐도데칸이산, 2,4,6-트리메틸-4,6-디메톡시카르보닐테트라데칸이산, 9,10-디메틸-9,10-디메톡시카르보닐옥타데칸이산을 들 수 있다.
본 발명의 이염기산 혼합물은, 측쇄에 알킬기를 갖는 장쇄 이염기산에, 측쇄에 알킬기와 알콕시카르보닐기를 갖는 장쇄 이염기산을 1종 이상, 바람직하게는 3종 첨가하여 조제될 수 있다.
본 발명의 이염기산 혼합물의 예로는, 2-메틸노난이산과 2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐운데칸이산, 2,4,6-트리메틸-4,6-디메톡시카르보닐트리데칸이산 및 8,9-디메틸-8,9-디메톡시카르보닐헥사데칸이산이 포함되고, 바람직하게는 장쇄 이염기산 혼합물 중에, 중량으로 30∼60:8∼20:8∼20:15∼30의 비율로 포함된다. 이들 범위를 벗어나면 내전압성이 저하되고, 결정이 석출되기 쉬워진다.
또, 본 발명의 장쇄 이염기산 혼합물은, 알킬치환 시클로알칸온과 메타크릴산 알킬을 반응시켜 장쇄 이염기산 에스테르를 합성하는 공정 및 얻어진 장쇄 이염기산 에스테르를 가수분해하는 공정을 포함하는 방법으로도 얻어진다.
알킬치환 시클로알칸온으로는, 화학식 1
(화학식 1)
(식중, n은 2∼4, R은 H, 또는 탄소수 1∼4의 분기하여도 되는 저급알킬기를 나타낸다)로 표시되는 알킬치환 시클로알칸온이 사용되는 것이 바람직하다. 저급알킬기로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기가 바람직하게 사용되고, 부틸기도 사용된다. 즉, 시클로펜탄온, 시클로헥산온, 시클로헵탄온 및 이들의 알킬유도체가 사용된다.
메타크릴산알킬의 알킬기로는, 분기하고 있어도 되는 저급알킬기, 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기가 사용되는 것이 바람직하다. 이들 알킬기의 길이, 분기가 장쇄 이염기산의 용해성에 크게 기여하고 있다. 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산프로필 및 메타크릴산이소프로필이 바람직하게 사용된다.
알킬치환 시클로알칸온과 메타크릴산알킬을 반응시켜 장쇄 이염기산 에스테르를 합성하는 데는 우선, 산촉매의 존재 하에, 알코올(바람직하게는 메탄올) 중에서 알킬치환 시클로알칸온과 과산화수소를 반응시키고, 그 반응생성물에 메타크릴산 알킬을 금속염의 존재 하에 반응시키고, 이어서 얻어진 반응생성물을 가수분해함으로써 얻을 수 있다.
산촉매로는, 황산, 염산, 인산, 트리플루오로아세트산 등을 들 수 있고, 이 중에서도 황산 및 인산이 특히 바람직하다. 알킬치환 시클로알칸온과 과산화수소의 반응에서 양자의 사용비율은 특별히 한정되지는 않으나 통상, 알킬치환 시클로알칸온 100중량부(이하, 간단히 「부」라 함)당 80∼130부 정도, 바람직하게는 100∼110부 정도로 하는 것이 바람직하다. 상기 알코올(바람직하게는 메탄올)은 알킬치환 시클로알칸온 100부당 통상 200∼700부 정도, 바람직하게는 250∼350부 정도 사용하는 것이 좋다. 또, 산촉매는, 알킬치환 시클로알칸온 100부당 통상 5∼10부 정도, 바람직하게는 6∼8부 정도 사용하는 것이 좋다. 이 반응은 통상 냉각 하에서, 바람직하게는 -20℃∼10℃ 부근에서 적합하게 진행되고, 단시간에 이 반응은 종료한다.
상기 반응으로 알킬치환 시클로알칸메톡시퍼옥시드가 생성되나, 본 발명에서는 이것을 단리하는 일은 없고, 반응생성물 그대로 다음 반응에 제공하는 것이 좋다.
상기 반응생성물과 메타크릴산알킬을 반응시키는 데에는 금속염이 사용된다. 금속염으로는, 철, 구리, 코발트, 티탄, 주석 등의 금속의 황산염, 염화물, 암모늄염 등의 염이나 이들의 수화물을 들 수 있다. 이중에서도 황산제1철이 바람직하다. 제1철염으로는 예를 들면, 황산제1철, 염화제1철, 황산제1철 암모늄염 등이나 이들의 수화물 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 특히 황산제1철이 바람직하고, 황산제1철은 반응후에 이것을 황산과 철로 환원시켜 황산제1철을 회수하여 재사용이 가능하다. 상기 반응생성물과 메타크릴산알킬은, 사용한 알킬치환 시클로알칸온 100부당 메타크릴산알킬 70∼300부 정도, 바람직하게는 100∼110부 정도 사용한다. 메타크릴산알킬과 알킬치환 시클로알칸온과의 몰비율을 높임으로써 도입되는 알콕시카르보닐기의 수가 증가하고, 예를 들면, 메타크릴산메틸과 시클로헥산을 몰비로 2:1로 반응시킬 경우에는 메톡시카르보닐기는 1∼4개 도입된다. 더욱 몰비를 크게 하면 메톡시카르보닐기를 4개 이상 도입할 수도 있다.
이 반응을 실시함에 있어서는, 상기 반응생성물에 메타크릴산알킬을 가하여 교반 하에 금속염을 그대로 사용하거나 또는 미리 알코올(바람직하게는 메탄올)에 될 수 있는대로 용해하여 얻은 금속염 현탁액 내지 균일 용액을 서서히 적하한다.
상기 반응은, 냉각 하에서, 통상 -20℃∼10℃ 부근, 바람직하게는 -10℃∼5℃ 부근에서 적합하게 진행되고, 일반적으로 0.3∼2시간 정도에서 반응은 종료한다.
상기 반응으로 얻어지는 이염기산 에스테르 혼합물의 가수분해는, 통상적인 방법에 따라 행해진다.
시클로헥산온과 메타크릴산메틸을 원료로 하여 상기 반응을 행할 경우에, 본 발명의 이염기산 혼합물은 2-메틸노난이산과, 2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐운데칸이산, 2,4,6-트리메틸-4,6-디메톡시카르보닐트리데칸이산 및 8,9-디메틸-8,9-디메톡시카르보닐헥사데칸이산을 포함하고, 장쇄 이염기산 혼합물 중에 중량으로 30∼60%:8∼20%:8∼20%:15∼30%의 비율로 포함한다. 소량의 기타 장쇄 이염기산을 포함하여도 된다.
상기 방법으로 얻은 이염기산 혼합물은, 암모니아 또는 아민 등으로 처리하여, 전해액용 조성물로 조제할 수 있다. 바람직하게는 암모늄으로 처리한다. 암모니아 처리는, 용해해야 할 장쇄 이염기산 또는 장쇄 이염기산 혼합물을 용매(예를 들면, 에틸렌글리콜, γ-부티로락톤, 메틸셀로솔브 또는 이들의 혼합물)에 적당한 농도(예를 들면, 장쇄 이염기산 혼합물이 약 10∼60중량%, 바람직하게는 약 15∼40중량%, 더욱 바람직하게는 약 20중량%)가 되도록 용해하여 암모니아, 아민 등을 분무하여 행한다. pH가 약 6∼8, 바람직하게는 약 6.5∼7.5가 된 곳에서 반응(암모니아 분무)을 정지한다. 이에 따라 전해액용 조성물이 제조된다.
본 발명의 바람직한 전해액용 조성물은, 2-메틸노난이산과 2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐운데칸이산, 2,4,6-트리메틸-4,6-디메톡시카르보닐트리데칸이산 및 8,9-디메틸-8,9-디메톡시카르보닐헥사데칸이산 및/또는 이들의 암모늄염을 포함하고, 이들을 중량으로 각각 30∼60:8∼20:8∼20:15∼30의 비율로 포함한다. 소량의 기타 장쇄 이염기산 및/또는 그것의 암모늄염을 포함하여도 된다.
얻어진 전해액용 조성물은, 에틸렌글리콜, γ-부티로락톤 등의 용매에 용해하여 전해콘덴서 구동용 전해액을 조제한다. 바람직한 용매는 에틸렌글리콜이다.
전해콘덴서 구동용 전해액은, 장쇄 이염기산 혼합물을 적절한 농도, 예를 들면 약 0.1중량%∼약 15중량%가 되도록 포함한다. 바람직하게는 약 2중량%∼12중량%, 더욱 바람직하게는 약 5∼10중량%가 되도록 포함한다. 장쇄 이염기산 혼합물 중에 2-메틸노난이산과 2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐운데칸이산, 2,4,6-트리메틸-4,6-디메톡시카르보닐트리데칸이산 및 8,9-디메틸-8,9-디메톡시카르보닐헥사데칸이산 및/또는 이들의 암모늄염을 포함하고, 이들을 중량으로 각각 30∼60:8∼20:8∼20:15∼30의 비율로 포함한다. 소량의 기타 장쇄 이염기산 및/또는 그것의 암모늄염을 포함하고 있어도 된다.
상기 설명과 같이, 본 발명에 있어서, 장쇄 이염기산 혼합물이 전해콘덴서 구동용 전해액의 용질로서 충분히 사용가능하다는 것이 제시되었다. 그리고 또, 종래 사용되고 있는 전해콘덴서 구동용 전해액의 용질은, 측쇄에 알킬기를 1개 갖는 장쇄 이염기산뿐이고, 제조 후에 복수의 공정을 필요로 하여 단리하여 사용하지 않으면 안되었다. 이에 비해, 본 발명의 장쇄 이염기산 혼합물은 단리할 필요가 없이 그대로 전해콘덴서 구동용 전해액으로서 사용될 수 있으므로 극히 간단하게 전해콘덴서 구동용 전해액이 제조된다. 따라서, 매우 유용성이 높다.
실시예
이하에 실시예를 들어 본 발명을 더 한층 분명하게 하지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않는다.
(실시예 1∼7: 장쇄 이염기산 혼합물의 제조)
교반기 부착 반응용기에 무수메탄올 460kg을 넣어, 이것을 5℃로 냉각하고, 시클로헥산온 80kg(816몰) 및 농황산 10kg을 가하였다. 교반하면서 다시 35% 과산화수소 80kg을 서서히 가하였다. 반응온도를 5℃로 유지하면서 다시 10분간 교반을 계속하여 반응시켰다. 이 반응액에 메타크릴산메틸 82kg(816몰)을 용해하고, 황산제1철(7수염) 240kg을, 반응온도를 -5℃로 유지하면서 서서히 첨가하여 반응시켰다. 반응 후에, 정치분액하고, 상층의 에스테르층과 하층의 제2철액용액을 분리하였다. 에스테르층은 수세, 건조하고, 미반응의 시클로헥산온을 감압 하(110℃/10mmHg)에서 유거하고, 이염기산 에스테르 혼합물을 얻은 후, 통상적인 방법으로 가수분해에 의해 이염기산 혼합물 155kg(수율: 78.4몰%)을 얻었다.
얻어진 이염기산 혼합물을 가스크로마토그래피에 의해 분석한 결과, 2-메틸노난이산 45.5%, 2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐운데칸이산 13.1%, 2,4,6-트리메틸-4,6-디메톡시카르보닐트리데칸이산 12.6%, 8,9-디메틸-8,9-디메톡시카르보닐헥사데칸이산 21.8%가 주성분이고, 그 외의 성분으로 2-메틸노넨이산 1.2%와 미지물질이 5.8% 포함되어 있었다. 산가는 403mgKOH/g이었다.
또, 가스크로마토그래피는, 얻어진 장쇄 이염기산 혼합물을 메틸화하여 행하였다. 메틸화는 산촉매(p-톨루엔술폰산)의 존재 하에, 장쇄 이염기산 혼합물과 메탄올을 혼합하여 10시간 환류하였다. 얻어진 메틸에스테르를 디메틸에테르로 분배하였다. 유기층을 물로 수회 세정하고, 유기층으로 분배하여 가스크로마토그래피로 분석하였다. 가스크로마토그래피의 조건은 이하와 같았다.
기기: 시마즈 제작소 GC-7A
컬럼: SE30, 10m×0.25mm(내경)
캐리어가스: 헬륨, 30ml/분
온도: 120-280℃, 8℃/분
검출기: FID
상기 제조예는 이 메타크릴산메틸/시클로헥산온의 몰비가 1.0인 경우이다. 그래서, 메타크릴산메틸/시클로헥산온의 몰비를 변화시켜 상기와 같이 하여 장쇄 이염기산 혼합물을 제조하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1에서, 몰비는, 메타크릴산메틸/시클로헥산온의 몰비를 나타낸다. 또, 성분 1, 성분 2, 성분 3 및 성분 4는 각각 2-메틸노난이산, 2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐운데칸이산, 2,4,6-트리메틸-4,6-디메톡시카르보닐트리데칸이산 및 8,9-디메틸-8,9-디메톡시카르보닐헥사데칸이산을 나타낸다.
몰비를 바꿈으로써 각종 조성의 장쇄 이염기산 혼합물이 제조되었다.
(실시예 8: 전해액용 조성물의 제조)
표 1의 실시예 1∼7의 이염기산 혼합물 500g을 에틸렌글리콜 2,000g에 용해하고, 여기에 암모니아를 pH 7.4가 되도록 분무하여 상기 이염기산 혼합물의 암모늄염의 에틸렌글리콜 용액(전해액용 조성물)을 얻었다.
상기 이염기산 혼합물의 암모늄염의 에틸렌글리콜 20중량% 용액(전해액용 조성물)은 황색투명하였다.
(실시예 9∼18: 전해액의 제조 및 성능)
실시예 8에서 얻어진 이염기산 혼합물의 암모늄염의 20중량% 용액(전해액용 조성물), 비교예로서 장쇄 이염기산의 암모늄염 20중량% 용액을 각각 표 2에 기재된 양만큼 에틸렌글리콜에 가하여 이염기산 혼합물 농도가 5중량%인 전해액을 제조하고, 그 전해도(mS/cm), 불꽃개시 전압(Vsp) 및 함수율을 측정하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
표 2에서 예를 들면 실시예 9의 전해액은 표 1의 실시예 1의 이염기산 혼합물을 성분으로서 포함한다는 것을 의미한다. 또, 실시예 17 및 18은 실시예 1에서 얻어진 이염기산 혼합물로부터 단리한 2-메틸노난이산(성분 1)과 2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐운데칸이산(성분 2)을 전해액의 성분으로서 포함한다는 것을 의미한다. 또, 성분 5는 2-부틸옥탄이산을 나타낸다. 성분 5는 시클로헥산온을 산화환원 조건 하에서 반응시켜 단리한 것이다. 비교예 3 및 4의 성분 1은, 실시예 1과 동일하게 하여 합성한 후, 단리한 것이다. EG는 에틸렌글리콜을 나타낸다.
표 2로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 실시예 9∼18의 전해액은 불꽃개시전압(내전압성)이 비교예보다 높고, 우수하였다. 이것은, 비교예 1∼4의 전해액은 양단 카르복실기 사이의 탄소쇄 길이가 7개인 성분 1(2-메틸노난이산) 또는 6개인 성분 5(2-부틸옥탄이산)만을 포함하고 있는데 비해, 실시예 9∼18에 사용한 용질은, 성분 1외에, 측쇄에 알콕시카르보닐기를 갖고, 양단 카르복실기 간의 탄소수가 9인 성분 2, 탄소수가 11인 성분 3, 탄소수가 14인 성분 4를 가지고 있다. 이와 같이, 탄소쇄 길이를 길게 하고 또, 측쇄에 알콕시카르보닐기와 함유시켜 용매에 대한 용해성을 높인 이염기산을 함유시킴으로써 내전압성이 향상된 것을 나타내고 있다.
또, 실시예 17 및 18은, 성분 1과 성분 2를 포함하고 있으나, 성분 3 및 성분 4를 더 함유하는 실시예 9∼12의 전해액 쪽이 실시예 17 및 18보다 내전압성이 높은 것으로 나타났다.
또한, 이염기산 혼합물을 10부 첨가한 실시예 13을 제외한 다른 전해액을 영도로 냉각하더라도 결정의 석출이 확인되지 않았다. 이것은, 본 발명에 포함되는 이염기산이 알킬기(본 실시예에서는 메틸기)를 갖는 것 외에, 극성기인 알콕시카르보닐기(본 실시예에서는 메톡시카르보닐기)를 가지고 있고, 양 치환기의 존재가 분자전체의 쌍극자(雙極子)의 분극을 일으켜 용매 에틸렌글리콜에 대한 용해성을 고양하고 있기 때문이라 생각된다.
상기 실시예의 전해액은, 본 발명의 이염기산 혼합물의 암모늄염 농도가 5중량%이지만, 농도를 높임으로써 전해도를 조절할 수 있다.
(실시예 19∼25)
실시예 1∼7의 이염기산 혼합물 및/또는 암모늄염을 성분으로 하는 전해액(실시예 19∼25) 및 성분 5 및 성분 1의 이염기산 및/또는 그것의 암모늄 염을 성분으로 하는 전해액(각각, 비교예 5 및 6)을 조제하였다. 어느 것이나 이염기산 및/또는 그것이 암모늄염 농도는 5중량%이었다. 얻어진 전해액을 무부하에서의 열열화 시험에 제공하였다. 즉, 각 전해액을 105℃의 조건 하에 2000시간 유지하고, 2000시간 후의 전도도(mS/cm), 함수율(%) 및 pH를 조사하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
표 3의 비교예 5 및 6으로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 초기 전도도가 1.37∼1.38mS/cm이었던 것이 열열화에 의해 그 값이 0.77∼0.78mS/cm로 저하되어 있는데 비해, 실시예 19∼25에서는 1mS/cm 전후로 유지되어 있었다. 이것은 계 내에서 시간의 경과와 함께 진행되는 에틸렌글리콜과 이염기산 사이의 에스테르화 반응에 의해 수분율이 상승하고, 그것과 동시에 pH의 상승이 일어나고 있기 때문이다. 이 정도가 비교예 3에 비해 실시예의 경우에는 상당히 완화되어 있고, 사용기간이 길게 보증되는 경향이 있다.
이 현상으로부터, 비교예 3의 용질 2-메틸노난이산의 단독사용 보다도 성분 2∼4(2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐운데칸이산, 2,4,6-트리메틸-4,6-디메톡시카르보닐트리데칸이산 및 8,9-디메틸-8,9-디메톡시카르보닐헥사데칸이산)가 혼재한 실시예 쪽이, 각 성분의 분자간 상호작용(쌍극자 반발, 분자배열 작용 등)에 의해 화학적 안정성이 증가되고 있다고 생각된다.
본 발명의 전해콘덴서 구동용 전해액은, 측쇄에 알킬기를 갖는 장쇄 이염기산과, 측쇄에 알킬기와 알콕시카르보닐기를 가지며, 또한 양단 카르복실기에 끼워진 탄소쇄가 8 이상인 장쇄 이염기산을 2종 또는 그 이상 함유하는 이염기산 혼합물 및/또는 그것의 암모늄염을 포함하고 있음에도 불구하고, 저온에서 석출이 없고, 내전압성이 우수하다. 종래 사용되고 있는 전해콘덴서 구동용 전해액의 용질(장쇄 이염기산)은 제조 후에, 복수의 공정을 필요로 하여 단리하지 않으면 안되었다. 이에 비해 본 발명의 장쇄 이염기산 혼합물은 단리할 필요가 없이 그대로 전해콘덴서 구동용 전해액으로서 사용될 수 있으므로 극히 간단하게 전해콘덴서 구동용 전해액이 제조될 수 있다.

Claims (15)

  1. 제 1의 장쇄 이염기산과, 3개의 다른 제 2의 장쇄 이염기산을 함유하는 장쇄 이염기산 혼합물로서,
    상기 제 1의 장쇄 이염기산은, 측쇄에 탄소수 1~4의 알킬기를 가지고, 주쇄의 탄소수가 8~10의 이염기산이고,
    상기 제 2의 장쇄 이염기산은, 측쇄에 탄소수 1~4의 알킬기와 탄소수 1~4의 알콕시카르보닐기를 가지고, 또한 양단 카르복실기에 끼워진 주쇄의 탄소수가 8~21의 이염기산인 것을 특징으로 하는 장쇄 이염기산 혼합물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 장쇄 이염기산 혼합물이 알콕시카르보닐기를 2개 또는 그 이상 포함하는 제 2의 장쇄 이염기산을 함유하는 것을 특징으로 하는 장쇄 이염기산 혼합물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 알콕시카르보닐기가 메톡시카르보닐기인 것을 특징으로 하는 장쇄 이염기산 혼합물.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 장쇄 이염기산 혼합물이 2-메틸노난이산과, 2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐운데칸이산, 2,4,6-트리메틸-4,6-디메톡시카르보닐트리데칸이산 및 8,9-디메틸-8,9-디메톡시카르보닐헥사데칸이산을 포함하는 것을 특징으로 하는 장쇄 이염기산 혼합물.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 2-메틸노난이산, 2,4-디메틸-4-메톡시카르보닐운데칸이산, 2,4,6-트리메틸-4,6-디메톡시카르보닐트리데칸이산 및 8,9-디메틸-8,9-디메톡시카르보닐헥사데칸이산이, 장쇄 이염기산 혼합물 중에, 중량으로 30∼60:8∼20:8∼20:15∼30의 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는 장쇄 이염기산 혼합물.
  6. 제 4 항에 있어서,
    (1) 산촉매의 존재 하에, 메탄올 중에서 시클로헥산온과 과산화수소를 반응시키는 단계;
    (2) (1)의 반응생성물에 메타크릴산메틸을 금속염의 존재 하에 반응시키는 단계으로서, 메타크릴산메틸은 시클로헥산온에 대하여 몰비로 0.7~1.3의 비율로 첨가시키는 단계; 및
    (3) (2)에서 얻어지는 반응생성물을 가수분해하는 단계
    를 포함하는 방법에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 장쇄 이염기산 혼합물.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 장쇄 이염기산 혼합물 및/또는 그것의 염을 함유하는 것을 특징으로 하는 전해액용 조성물.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 염이 암모늄염인 것을 특징으로 하는 전해액용 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 장쇄 이염기산 및/또는 그것의 암모늄염이 에틸렌글리콜에 용해되어 있는 것을 특징으로 하는 전해액용 조성물.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 이염기산 혼합물 및/또는 그것의 염을 함유하는 것을 특징으로 하는 전해콘덴서 구동용 전해액.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 염이 암모늄염인 것을 특징으로 하는 전해콘덴서 구동용 전해액.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 이염기산 및/또는 그것의 암모늄염이 에틸렌글리콜에 용해되어 있는 것을 특징으로 하는 전해콘덴서 구동용 전해액.
  13. 제 1항에 기재된 장쇄 이염기산 혼합물의 제조방법으로서,
    (1) 화학식 1
    (화학식 1)
    (식중, n은 2∼4의 정수, R은 H, 또는 탄소수 1∼4의 분기하여도 되는 저급알킬기를 나타낸다)로 표시되는 시클로알칸온과 메타크릴산알킬을 메타크릴산알킬과 시클로알칸온의 몰비를 0.7~1.3 : 1로 반응시켜 장쇄 이염기산 에스테르를 합성하는 단계; 및
    (2) 얻어진 장쇄 이염기산 에스테르를 가수분해하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  14. 제 1항에 기재된 장쇄 이염기산 혼합물 및/또는 그것의 암모늄염을 1종 또는 그 이상 함유하는 전해액용 조성물의 제조방법으로서,
    (1) 화학식 1
    (화학식 1)
    (식중, n은 2∼4의 정수, R은 H, 또는 탄소수 1∼4의 분기하여도 되는 저급알킬기를 나타낸다)로 표시되는 시클로알칸온과 메타크릴산알킬을 메타크릴산알킬과 시클로알칸온의 몰비를 0.7~1.3 : 1로 반응시켜 장쇄 이염기산 에스테르 혼합물을 합성하는 단계;
    (2) 얻어진 장쇄 이염기산 에스테르를 가수분해하여 장쇄 이염기산 혼합물을 제조하는 단계; 및
    (3) 얻어진 장쇄 이염기산 혼합물을 암모니아로 처리하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  15. 제 1항에 기재된 장쇄 이염기산 혼합물 및/또는 그것의 암모늄염을 1종 또는 그 이상 함유하는 전해 콘덴서 구동용 전해액의 제조방법으로서,
    (1) 화학식 1
    (화학식 1)
    (식중, n은 2∼4의 정수, R은 H, 또는 탄소수 1∼4의 분기하여도 되는 저급알킬기를 나타낸다)로 표시되는 시클로알칸온과 메타크릴산알킬을 메타크릴산알킬과 시클로알칸온의 몰비를 0.7~1.3 : 1로 반응시켜 장쇄 이염기산 에스테르 혼합물을 합성하는 단계;
    (2) 얻어진 장쇄 이염기산 에스테르를 가수분해하여 장쇄 이염기산 혼합물을 제조하는 단계;
    (3) 얻어진 장쇄 이염기산 혼합물을 암모니아로 처리하는 단계; 및
    (4) 얻어진 장쇄 이염기산 혼합물 및/또는 그것의 암모늄염을 용매에 용해하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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