KR100616382B1 - 선별된 지환족 비스페놀 및 다른 비스페놀로부터 수득된올리고머 비스클로로카르본산 에스테르 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2상 반응계 중의 선별된 지환족 비스페놀 및 다른 비스페놀로부터 포스겐의 도입에 의해 수득될 수 있는 올리고머 비스클로로카르본산 에스테르에 관한 것이다.
포스겐, 비스페놀, 비스클로로카르본산 에스테르, 환식 코올리고카르보네이트, 선형 랜덤 코폴리카르보네이트
Description
본 발명은 2상 반응계 중의 선별된 지환족 비스페놀 및 다른 비스페놀로부터 포스겐의 도입에 의해 수득될 수 있는 올리고머 비스클로로카르본산 에스테르에 관한 것이다.
비스클로로카르본산 에스테르는 예를 들면 용액 중합을 통해 환식 폴리카르보네이트 화합물(DE 제19 636 539호에 따른 고분자 폴리카르보네이트의 전구체로서) 및 선형 폴리카르보네이트를 제조하기 위한 추출물(educt)로 적절하다.
비스페놀 1,1-비스(히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산(TMC 비스페놀)은 유리 전이 온도가 높은 폴리카르보네이트를 생성한다. 유리 전이 온도가 낮은 폴리카르보네이트도 그의 더 나은 가공성 때문에 종종 요구된다.
적절한 화합물은 예를 들면 다른 비스페놀과의 공중합체이다.
원칙적으로는 TMC 비스페놀(전구체 1; V1)의 올리고머 비스클로로카르본산 에스테르 전구체를 다른 올리고머 비스클로로카르본산 에스테르 전구체(전구체 2: V2)와 반응 이전에 혼합할 수 있다. 그러나, 단량체 비스페놀 (V1 및 V2)의 랜덤 연속물(statistical sequence)은 후속 반응 동안 얻어지지 않고, 대신에 전구체 1 및 전구체 2의 블록이 형성된다. 이러한 이유로, TMC 비스페놀과 다른 비스페놀로부터 랜덤하게 저절로 형성되는 올리고머 비스클로로카르본산 에스테르 전구체를 제조하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은 하기 화학식 I, 화학식 II 및 화학식 III에 상응하는 비스클로로카르본산 에스테르의 혼합물을 제공한다.
상기 식에서,
R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 바람직하게는 염소 또는 브롬, C1-C8-알킬, C5-C6-시클로알킬, C6-C10-아릴, 바람직하게는 페닐 및 C7-C12-아르알킬, 바람직하게는 페닐-C1-C4-알킬, 특히 벤질을 나타내고,
m은 4 내지 7, 바람직하게는 4 또는 5의 정수이고,
R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C6-알킬을 나타내고,
X는 탄소를 나타내고(단, 화학식 I 또는 화학식 III에서 하나의 반복 단위 당 1개 이상의 X 원자상의 R3 및 R4는 동시에 알킬을 나타냄),
Z는 1개 이상의 방향족 핵을 함유할 수 있고, 지방족기 또는 화학식 I의 지환족기와는 상이한 지환족기, 또는 다리형 가교결합으로서 헤테로 원자로 치환되거나 함유할 수 있는 탄소 원자수 6 내지 30개의 방향족기이고,
p, q, r 및 s는 1 내지 15의 자연수를 나타내고, 지환족 비스페놀 단위 대 지방족 비스페놀 단위의 몰비는 1:10 내지 10:1이다.
Z는 바람직하게는 하기의 기와 같다.
상기 기에서, Me는 메틸기이다.
비스클로로카르본산 에스테르의 혼합물은, -5 ℃ 내지 40 ℃에서 알칼리 금속 수산화물 또는 알칼리토 수산화물을 첨가하거나 미리 공급하여 수성상의 pH 값이 pH 1 내지 13, 바람직하게는 pH 2 내지 9로 유지되는 물과 유기 용매(바람직하게는, 염화메틸렌)로 이루어진 2상계 중 몰비가 1:10 내지 10:1인 화학식 IV 및 화학식 V에 상응하는 비스페놀의 혼합물에 포스겐을 도입시켜 제조하는 것이 바람직하다.
상기 식에서,
X, R1, R2, R3, R4 및 m의 의미는 상기 화학식 I에 나타낸 바와 같다.
바람직하게는, 화학식 IV의 1 분자 당 1 내지 2개, 특히 단지 1개의 X 원자상의 R3 및 R4가 동시에 알킬을 나타낸다.
바람직한 알킬기는 메틸이다. 디페닐 치환 C 원자(C-1)에 대한 α위치의 X 원자는 디알킬 치환되지 않는 것이 바람직하지만, C-1에 대한 β위치에서는 알킬 이치환되는 것이 바람직하다.
지환족기중의 고리에 5개 및 6개의 C 원자를 갖는 디히드록시디페닐시클로알칸(화학식 IV의 화합물에서, m은 4 또는 5임)은 예를 들면 하기 화학식 IVa 내지 화학식 IVc에 상응하는 디페놀이 바람직하다.
이들 중, 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산(R1 및 R2가 H를 나타내는 화학식 IVa의 화합물)이 특히 바람직하다. 폴리카르보네이트는 독일 특허 출원 제P 3 832 396.6호에 따라 화학식 I에 상응하는 디페놀로부터 제조될 수 있다.
반복 단위로는, 화학식 IV에 상응하는 디페놀 이외에, 예를 들면 하기 화학식 V에 상응하는 다른 디페놀도 사용된다.
<화학식 V>
화학식 V에 상응하는 적절한 디페놀은 Z가 1개 이상의 방향족 핵을 함유할 수 있고, 지방족기 또는 화학식 I의 지환족기와는 상이한 지환족기, 또는 다리형 가교결합으로서 헤테로 원자로 치환되거나 함유할 수 있는 탄소 원자수 6 내지 30개의 방향족기인 디페놀이다.
화학식 V에 상응하는 디페놀의 예로는 히드로퀴논, 레소르시놀, 디히드록시디페닐, 비스(히드록시페닐)알칸, 비스(히드록시페닐)시클로알칸, 비스(히드록시페닐)술피드, 비스(히드록시페닐)에테르, 비스(히드록시페닐)케톤, 비스(히드록시페닐)술폰, 비스(히드록시페닐)술폭시드, α,α'-비스(히드록시페닐)디이소프로필벤젠, 및 이들의 고리-알킬화 및 고리-할로겐화 화합물이 있다.
바람직한 디페놀로는 α,α'-비스(히드록시페닐)-m-디이소프로필벤젠, α,α'-비스(히드록시페닐)-p-디이소프로필벤젠 및 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판이 있으며, α,α'-비스(히드록시페닐)-m-디이소프로필벤젠 및 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판이 특히 바람직하다.
이들 및 다른 적절한 디페놀은 예를 들면 쉬넬(H. Schnell)의 논문 ("Chemistry and Physics of Polycarbonates", Interscience Publishers, New York, 1964)에 기재되어 있다.
비스페놀(화학식 V)과 다른 비스페놀의 혼합물도 물론 코비스페놀로서 사용될 수 있다.
이를 위한, 바람직한 다른 비스페놀의 예로는 4,4'-디히드록시디페닐, 2,4-비스(4-히드록시페닐)-2-메틸부탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산, α,α'-비스(히드록시페닐)-p-디이소프로필벤젠, 2,2-비스(3-메틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-클로로-4-히드록시페닐)프로판, 비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)메탄, 2,2-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판, 비스(3,5-디메틸-4,4-히드록시페닐)술폰, 2,4-비스(3,4-디메틸-4-히드록시페닐)-2-메틸부탄, 1,1-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)시클로헥산, 2,2-비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)프로판 및 2,2-비스(3,5-디브로모-4-히드록시페닐)프로판이 있다.
화학식 IV에 상응하는 비스페놀로 사용되는 화합물로는 바람직하게는 1,1-비스(히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산 또는 1,1-비스(히드록시페닐)-3-메틸시클로헥산, 특히 바람직하게는 1,1-비스(히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산이 있다.
화학식 V에 상응하는 비스페놀로 사용되는 화합물로는 바람직하게는 2,2-비스(히드록시페닐)프로판(BPA), 1,1-비스(히드록시페닐)에탄 또는 2,2-비스(히드록시페닐)부탄, 특히 바람직하게는 2,2-비스(히드록시페닐)프로판이 있다.
또한, 본 발명은 환식 코올리고카르보네이트를 제조하기 위한, 본 발명에 따른 비스클로로카르본산 에스테르 혼합물의 용도를 제공한다.
염화메틸렌중의 비스클로로카르본산 에스테르의 혼합물 용액과 3 내지 15 몰%의 유기 아민, 바람직하게는 트리에틸아민을 염화메틸렌과 물의 2상 혼합물에 동시에 첨가하여 환식 코올리고카르보네이트를 합성하며, 이 동안 수성상의 pH는 알칼리 금속 수산화물 또는 알칼리토 수산화물을 첨가하거나 미리 공급하여 pH 7 내지 13, 바람직하게는 pH 9 내지 11로 유지하고, 온도는 0 ℃ 내지 40 ℃, 바람직하게는 30 ℃ 내지 40 ℃이다. 필요하다면, 추가로 다른 비스페놀을 10 몰% 이하로 사용한다.
또한, 본 발명은 선형 랜덤 코폴리카르보네이트를 제조하기 위한, 본 발명에 따른 비스클로로카르본산 에스테르 혼합물의 용도를 제공한다.
임의로 다른 비스클로로카르본산 에스테르와 배합된 본 발명에 따른 비스클로로카르본산 에스테르로부터 수득되는 고분자 폴리카르보네이트는 공지된 폴리카르보네이트 제조 방법, 바람직하게는 상 계면 방법 (쉬넬의 문헌 ("Chemistry and Physics of Polycarbonates", Polymer Reviews, Vol. IX, page 33 ff., Interscience Publishers, 1964) 참조)에 의해 제조할 수 있다.
예를 들면, 0.01 내지 2 몰%의 유기 아민, 바람직하게는 트리에틸아민 또는 N-에틸피페리딘의 존재하에 물에 용해된 무기 염기, 바람직하게는 알칼리 금속 수산화물과 염화메틸렌 중 비스클로로카르본산 에스테르의 혼합물 용액을 7 내지 13의 pH 및 0 ℃ 내지 40 ℃의 온도에서 화학식 IV 및 화학식 V에 상응하는 0 내지 80 몰%의 비스페놀 및 첨가될 수 있는 0 내지 7 몰%의 모노페놀과 2상 반응시켜 선형 랜덤 코폴리카르보네이트를 합성한다.
통상적인 농도의 일관능성 화합물은 그 자체로 폴리카르보네이트의 분자량을 조절하는 것으로 알려진 연쇄 정지제로 사용한다. 적절한 화합물로는 예를 들면 페놀, tert-부틸페놀 또는 다른 알킬 치환 페놀이 있다. 특히, 하기 화학식 VI에 상응하는 소량의 페놀이 분자량을 조절하기에 적절하다.
상기 식에서, R은 분지형의 C8- 및(또는) C9-알킬기를 나타낸다.
알킬기 R에서, CH3 양성자의 비율은 바람직하게는 47% 내지 89%이고, CH- 및 CH2 양성자의 비율은 바람직하게는 53% 내지 11%이며, 동일하게 바람직하게는, R은 OH기에 대하여 o-및(또는) p-위치가 바람직하고, 오르토 비율의 상한은 20%가 특히 바람직하다. 디페놀계 연쇄 정지제는 일반적으로 0.5 내지 10 몰%, 바람직하게는 1.5 내지 8 몰%로 사용된다.
수득한 코폴리카르보네이트는 블록형 또는 교차 구조가 아니다. 이들은 랜덤하게 형성된다.
본 발명을 하기의 실시예로 더 상세히 설명한다.
<실시예 1>
본 발명에 따른 비스클로로카르본산 에스테르 혼합물의 제조
포스겐 300 g을 0 ℃에서 150 분에 걸쳐 TMC 비스페놀 155 g(0.5 몰), BPA 114 g(0.5 몰) 및 염화메틸렌 1.2 L로 이루어진 혼합물에 도입시켰다. 동시에, 25% NaOH를 첨가하여 혼합물의 pH 값을 2 내지 5로 조정하였다. 이 경우, NaOH 약 1 L가 요구되었다. 포스겐을 도입한 후, pH 값을 8 내지 9로 조정하고 질소를 용액에서 포스겐이 제거될 때까지 통과시켰다. 상 분리후에, 유기상을 1N HCl에 이어서 물로 세척하여, 황산나트륨 상에서 건조하고 증발시켰다. 수율은 285 g이었고, 가수분해성 염소의 함량은 14.5%이었다. 올리고머화되지 않은 비스클로로카르본산 에스테르의 혼합물은 이론상 18.0%의 가수분해성 염소를 함유할 것이다. 따라서, p, q, r 및 s가 1 초과인 올리고클로로카르본산 에스테르가 일정비율 존재한다.
<실시예 2>
환식 올리고카르보네이트의 제조(사용예)
염화메틸렌 200ml, 물 7ml, 물중의 9.75 몰 NaOH 2ml 및 트리에틸아민 2.4ml를 1 L 플라스크에 넣고, 동시에 40 ℃에서 격렬하게 교반하면서 염화메틸렌중의 실시예 1의 비스클로로카르본산 에스테르 혼합물 78.8 g의 용액 200 ml, 물중의 0.75 몰의 NaOH 용액 59 ml, 및 염화메틸렌중의 10% 트리에틸아민 용액 25 ml를 28 분에 걸쳐 도입하였으며, 이 때 비스클로로카르본산 에스테르 용액은 표면 밑으로 도입하였다. 상 분리후에, 생성물을 1 N HCl로 세척하고, 물로 3회 세척하여, 유기상을 증발시켰다. HPLC 분석에 따르면 약 80% 정도의 환식 화합물을 포함하는 물질 60.2 g을 수득하였다.
<실시예 3>
선형 폴리카르보네이트의 제조(사용예)
실시예 1로부터의 비스클로로카르본산 에스테르 39.4 g, 45% NaOH 62 g, p-tert-부틸페놀 0.53 g, 및 염화메틸렌 400 g을 플라스크에 넣고, 여기에 N-에틸피페리딘 0.1 g을 첨가한 후에, 혼합물을 1 시간 동안 교반하였다. 혼합물을 HCl로 산성화시키고 유기상을 분리해낸 후, 진공 건조 오븐에서 증발시켰다. 상대 용액 점도가 1.29(25 ℃에서 염화메틸렌중의 0.5%)이고, 유리 전이 온도가 199 ℃인 폴리카르보네이트 30 g을 수득하였다.
Claims (4)
- 하기 화학식 I, 화학식 II 및 화학식 III에 상응하는 비스클로로카르본산 에스테르의 혼합물.<화학식 I><화학식 II><화학식 III>상기 식에서,R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 바람직하게는 염소 또는 브롬, C1-C8-알킬, C5-C6-시클로알킬, C6-C10-아릴, 바람직하게는 페닐 및 C7-C12-아르알킬, 바람직하게는 페닐-C1-C4-알킬, 특히 벤질을 나타내고,m은 4 내지 7, 바람직하게는 4 또는 5의 정수이고,R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C6-알킬을 나타내고,X는 탄소를 나타내고(단, 화학식 I 또는 화학식 III에서 하나의 반복 단위 당 1개 이상의 X 원자상의 R3 및 R4는 동시에 알킬을 나타냄),Z는 1개 이상의 방향족 핵을 함유할 수 있고, 지방족기 또는 화학식 I의 지환족기와는 상이한 지환족기, 또는 다리형 가교결합으로서 헤테로 원자로 치환되거나 함유할 수 있는 탄소 원자수 6 내지 30개의 방향족기이고,p, q, r 및 s는 1 내지 15의 자연수를 나타내고, 지환족 비스페놀 단위 대 지방족 비스페놀 단위의 몰비는 1:10 내지 10:1이다.
- 제1항 또는 제2항 기재의 비스클로로카르본산 에스테르의 혼합물을 사용하여 제조한 환식 코올리고카르보네이트.
- 제1항 또는 제2항 기재의 비스클로로카르본산 에스테르의 혼합물을 사용하여 제조한 선형의 랜덤(statistical) 코폴리카르보네이트.
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