현재, 본 출원인은 니트록실 라디칼이 과산화물을 열 안정화시켜 저장시에 상기 과산화물의 안정성을 임의로 증가시킬 수 있음을 발견하였다.
본 발명의 제 1 의 주제물은, 분자내에 하나 이상의 니트록실 라디칼을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 과산화물용 열 안정화제이다. 바람직하게는, 유기 과산화물용 열 안정화제는 고리의 일부를 형성하는 니트록실 라디칼의 질소 원자를 갖는 N-복환식(heterocyclic) 화합물이다.
열 안정화제로서, 하기 화학식 I, II 및 III 으로 표시되는 화합물이 특히 언급될 수 있다:
[식중, R1, R2, R3 및 R4 는 동일하거나 상이할 수 있으며, 수소 원자; 할로겐 원자, 예컨대 불소, 염소, 브롬 또는 요오드; 포화 또는 불포화의 선형, 분지형 또는 환식 탄소질 기, 예컨대 알킬 또는 페닐 라디칼; 예를 들어 폴리(메틸 메타크릴레이트)과 같은 폴리(알킬 (메트)아크릴레이트), 폴리디엔, 폴리올레핀 또는 폴리스티렌의 사슬일 수 있는 중합체 사슬 ; 시아노기 -CN, 에스테르기 -COOR, 아미드기 -CON(R)2, 알콕실기 -OR 또는 포스포네이트기 -PO(OR)2 와 같은 관능기를 나타내며, 이때 R 은 탄소수 1 내지 9 의 탄소질 사슬을 나타내며;
R5, R6, R7 및 R8 은 동일하거나 상이할 수 있고, 이는 단지 R1, R2, R3 및 R4 에 대하여 정의된 것과 동일한 계열의 기로부터 선택될 수 있고, 또한 히드록실기 -OH; 또는 산 기, 예컨대 -COOH 또는 -PO(OH)2 또는 -SO3H 를 나타낼 수 있고;
또한, 상기 화학식 III 중의 X 는 메틸렌 -CH2-, -C(OR°)(OR')-, 카르보닐 -C(O)-, 옥시 -O- 및 CHZ- 로부터 선택된 2 가 기를 나타내고 (식중, Z 는 하기로부터 선택된 1가 잔기를 나타낸다: 시아노: -CN, 히드록실: -OH, 아미노: -NR°R', 알콕시: -OR°, 이미노일: -N=CR°R', 카르복실레이트: -OC(O)-R° 또는 아미드: -NHR°-C(O)R' 기를 나타내고; 식중, R° 및 R' 는 동일하거나 상이하고, 수소 원자, 탄소수 1 내지 20 의 선형 또는 분지형 알킬기, 또는 벤질 또는 페닐기를 나타낸다);
상기 화학식 III 중의 X 는 또한 포스포네이트기: -OP(O)R''R'''- 를 나타낸다 (식중, R'' 및 R''' 는 Z 와 동일한 의미를 갖는다)].
하기 화학식 IV 로 표시되는 화합물은 또한 열 안정화제로서 적합할 수 있다:
[식중, R1, R2, R3 및 R4 는 동일하거나 상이할 수 있고, 상기 화학식 I 내지 III 에 대하여 사용된 것과 동일한 의미를 가지며; Y 는 하기로부터 선택된 2 가 기를 나타낸다:
-OC(O)-(CRaRb)n-C(O)O-,
-NH-(CRaRb)nNH-,
-NHC(O)-(CRaRb)n-C(O)NH-,
-S-, -O-;
(식중, Ra 및 Rb 는 동일하거나 상이하고, 수소 원자, 또는 탄소수 1 내지 10 의 선형 또는 분지형 알킬 라디칼을 나타내고; n 은 0 내지 20 의 정수를 나타낸다)].
본 발명에 있어서, 화학식 IV 의 화합물 외에, 각종 니트록실 라디칼을 포함하는 다른 화합물, 예컨대 하기 화학식 V 로 표시되는 것들이 열 안정화제로서 또한 적합할 수 있다:
[식중, R1, R2, R3 및 R4 는 동일하거나 상이할 수 있고, 상기 화학식 I 내지 IV 에 정의된 것과 동일한 의미를 가지며; G 는 1 내지 20 사이의 정수이고; R9 은 -O- 또는 -NR10- 이 개입될 수 있는 탄소수 2 내지 12 의 알킬렌기를 나타내고 (식중, R10 은 수소 원자, 탄소수 1 내지 12 의 알킬기 또는 시클로알킬기이다); Q 는 -OR11, -NHR12 또는 -NR12R13 라디칼을 나타낸다 (식중, R11
은 탄소수 1 내지 12 의 선형 또는 분지형 알킬 라디칼, C3-C12 알콕시알킬 라디칼, 시클로헥실 라디칼, 벤질 라디칼, 페닐 라디칼, 톨릴 라디칼 또는 2,2,6,6-테트라피페리디닐 잔기를 나타내고; R12 및 R13 은 R11 과 동일한 의미를 가지고, 또한 질소 원자와 함께 이들을 담지하여 추가로 산소를 포함할 수 있는 5-, 6- 또는 7-원 복환식 라디칼을 형성할 수 있다)].
일반적으로 사용되는 화학식 V 의 화합물에는, 상품명 Chimasorb 944 하에 Ciba 에서 시판하는 아민의 산화에 의해 수득되는 것들 (R1, R2, R3 및 R4 가 각각 메틸기를 나타내고, R9 이 탄소수 6 의 알킬렌기이며, Q 가 -N(O°)-C8H11 라디칼이고, λ가 2 내지 4 의 정수이다)이 있다.
화학식 III 의 바람직한 화합물은 R1, R2, R3 및 R4 가 각각 메틸기를 나타내고, R5, R6, R7 및 R8 이 각각 수소 원자를 나타내며, X 가 -CHZ- 기인 것들이다.
특히, 화학식 III 의 화합물로서, 일반적으로 상품명 TEMPO 하에 시판되는 2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시, 상품명 4-히드록시-TEMPO 하에 시판되는 4-히드록시-2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시, 통상적으로 4-메톡시-TEMPO 로 언급되는 4-메톡시-2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시, 또는 일반적으로 4-옥소-TEMPO 로 언급되는 4-옥소-2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시가 언급될 수 있다.
특히 바람직한 화학식 III 의 화합물은 하기 화학식으로 나타내어지는 것이 다:
[식중, n 은 1 내지 20 사이에서 다양할 수 있다].
상품명 PROXYL 하에 시판되는 2,2,5,5-테트라메틸-1-피롤리디닐옥시, 1-피페리디닐옥시-2,2,6,6-테트라메틸-4-[(1-옥소옥타데실)옥시], 상품명 CXA5415 하에 Ciba Specialty Chemical 에 의해 시판되는 1-피페리디닐옥시-4,4'-((1,10)-데칸디일)-비스(옥시)비스(2,2,6,6-테트라메틸) 니트로옥시드, 2,2,6,6-테트라메틸-4-히드록시피페리딘-1-옥실 모노포스포네이트, 또는 3-카르복시-2,2,5,5-테트라메틸-피롤리디닐옥시 (통상적으로 3-카르복시-Proxyl 이라 언급함)와 같은 화합물이 또한 바람직하다.
하기 화학식 VI 로 표시되는 것과 같은 비(非)환식 화합물이 열 안정화제로서 또한 적합할 수 있다:
[식중, R1, R2, R3, R4, R'1 및 R'2 는 동일하거나 상이할 수 있으며, 상기 화학식의 R1, R2, R3 및 R4 와 동일한 의미를 갖는다].
본 발명의 제 2 의 주제물은 저장시에 안정하고 열에 대해 안정한 유기 과산화물을 포함하는 조성물로, 상기 조성물은 하나 이상의 과산화물 및 본 발명의 제 1 의 주제물에 따른 하나 이상의 열 안정화제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 안정한 유기 과산화물 조성물내에 존재하는 열 안정화제의 양은 바람직하게는 0.1 내지 99 중량%, 이롭게는 0.2 내지 30 중량% 이다.
유기 과산화물로서, 특히 디알킬 퍼옥시드, 히드록퍼옥시드 및 이의 염, 퍼옥시케탈 및 퍼옥시에스테르가 언급될 수 있다. 디알킬 퍼옥시드, 특히 케톤의 산화로부터 유도되는 환식 디알킬 퍼옥시드, 퍼옥시케탈 및 히드로퍼옥시드가 특히 바람직하다.
디알킬 퍼옥시드의 예로서, 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥스-3-인, 디(tert-부틸)퍼옥시드), 디(tert-아밀)퍼옥시드, tert-부틸 쿠밀 퍼옥시드, 디(tert-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산, 디쿠밀 퍼옥시드 또는 3,6,9-트리에틸-3,6,9-트리메틸-1,4,7-트리퍼옥소난이 언급될 수 있다.
퍼옥시에스테르의 예로서, tert-부틸 퍼옥시벤조에이트, tert-부틸 퍼옥시아세테이트, tert-부틸 퍼옥시-3,5,5-트리메틸헥사노에이트, 2,5-디-메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, OO-tert-부틸 O-(2-에틸헥실) 모노퍼옥시카보네이트, OO-tert-부 틸 O-이소프로필 모노퍼옥시카보네이트, OO-tert-아밀 O-(2-에틸헥실) 모노퍼옥시카보네이트, tert-부틸 퍼옥시이소부티레이트, tert-부틸 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, tert-부틸 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, tert-아밀 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트 (Luperox 575), 2,5-디메틸-2,5-디(2-에틸헥사노일퍼옥시)헥산 (Luperox 256), 3,6,9-트리에틸-1,4,7-트리퍼옥소난, tert-부틸 퍼옥시피발레이트 (Luperox 11M75), tert-아밀 퍼옥시피발레이트, tert-부틸 퍼옥시네오데카노에이트, tert-아밀 퍼옥시네오데카노에이트, □-쿠밀 퍼옥시네오데카노에이트 또는 3-히드록시-1,1-디메틸부틸 퍼옥시네오데카노에이트가 언급될 수 있다.
히드로퍼옥시드로서, tert-부틸 히드로퍼옥시드, tert-아밀 히드로퍼옥시드, 쿠밀 히드로퍼옥시드, 2,5-디메틸-2,5-디(히드록시퍼옥시)헥산, 디이소프로필벤젠 모노히드로퍼옥시드, 디이소프로필벤젠 디히드로퍼옥시드 또는 파라-멘틸 히드로퍼옥시드가 언급될 수 있다.
히드로퍼옥시드 염으로서, 1,3- 및 1,4-비스(2-히드로퍼옥시드프롭-2-일)벤젠의 2나트륨염이 언급될 수 있다.
퍼옥시케탈로서, 에틸 3,3-디(tert-부틸퍼옥시)부티레이트, 에틸 3,3-디(tert-아밀퍼옥시)부티레이트, n-부틸 4,4-디(tert-부틸퍼옥시)발레레이트, 2,2-디(tert-부틸퍼옥시)부탄, 1,1-디(tert-부틸퍼옥시)시클로헥산, 1,1-디(tert-부틸퍼옥시)-3,5,5-트리메틸시클로헥산 또는 1,1-디(tert-아밀퍼옥시)시클로헥산이 언급될 수 있다.
Luperox 575 (tert-아밀 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트), Luperox 256 (2,5-디 메틸-2,5-디(2-에틸헥사노일퍼옥시)헥산) 및 Luperox 11M75 (tert-부틸 퍼옥시피발레이트)와 같은 실온 이하의 저장 온도를 요구하는 퍼옥시에스테르가 이롭게 선택된다.
본 발명의 제 2 의 주제물에 따른 유기 과산화물 조성물은 또한 통상적인 희석제, 예컨대 가소제, 액체 점액화제 (liquid phlegmatizer), 유기 용매, 중합체성 담체 또는 유기 담체를 포함할 수 있다. 이런 유기 과산화물 조성물은 추가로 하나 이상의 첨가제, 예컨대 항케이킹제 (anticaking agent), 항산화제, 안료 또는 염료, 및 금속 격리제, 예컨대 DTPA (나트륨 디에틸렌트리아민펜타아세테이트) 또는 EDTA (나트륨 에틸렌디아민테트라아세테이트)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 의 주제물에 따른 조성물의 예로서, 1,3- 및 1,4-비스(2-히드록시퍼옥시드프롭-2-일)벤젠의 2나트륨염, 제 1 의 주제물에 따른 안정화제, 특히 TEMPO, 및 금속 격리제, 예컨대 EDTA 를 포함하는 조성물을 언급할 수 있다.
본 발명의 제 3 의 주제물은 본 발명의 제 2 의 주제물에 따른 유기 과산화물 조성물의 제조 방법이다. 상기 방법은, 본 발명의 제 1 의 주제물에 따른 열 안정화제(들)의 충분한 양을 안정화될 유기 과산화물에 첨가하는 것으로 구성된다.
본 발명의 제 4 의 주제물은 중합체의 개질을 위한 본 발명의 제 2 의 주제물에 따른 조성물의 용도이다. 중합체, 특히 폴리프로필렌의 분해, 및 중합체의 그라프팅, 예컨대 폴리프로필렌과 말레산 무수물과의 그라프팅이 특히 언급될 수 있다.
실험부
Luperox 101 = 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산
Luperox 802 = 1,4-비스(tert-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠
Luperox 331M50 = 1,1-디(tert-부틸퍼옥시)
Luperox TBH70X* = tert-부틸 히드로퍼옥시드
TEMPO : 2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시
AF845 : 1-피페리디닐옥시-2,2,6,6-테트라메틸-4-[(1-옥소-옥타데실)옥시]
CXA5415: 1-피페리디닐옥시-4,4'-((1,10-데칸디일)-비스(옥시)비스(2,2,6,6-테트라메틸)니트록시드
* 이소도데칸 중의 14% 용액
각종 유기 과산화물의 분해 온도에 대한 안정화제 (TEMPO, AF845 및 CXA 5415) 의 이로운 효과를 하기 표 1 에 나타낸다.
유기 과산화물 또는 혼합물 |
과산화물/안정화제의 질량비 |
분해 시작 온도 (℃) |
Luperox 101 |
- |
120 |
Luperox 101 + TEMPO |
10 |
125 |
Luperox 101 + AF 845 |
3 |
130 |
Luperox 802 |
- |
120 |
Luperox 802 + TEMPO |
12 |
130 |
Luperox 802 + AF 845 |
4 |
130 |
Luperox 802 + CXA 5415 |
4 |
130 |
Luperox 331M50 |
- |
100 |
Luperox 331M50 + TEMPO |
5 |
115 |
Luperox TBH70X |
- |
190 |
Luperox TBH70X + TEMPO |
5 |
205 |
분해를 위해 사용되는 제품
- 3.3 의 MFI (230℃/2.16 kg) 를 갖는 폴리프로필렌
- 유기 과산화물: 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산 - Luperox 101 (과산화물 함량 95%)
- 안정화제 : TEMPO
실험 절차
폴리프로필렌은 브라벤더(Brabender)형 공회전(corotating) 쌍축 압출기내에서 분해되었다. 상기 압출기는 4 개의 영역 Z1 내지 Z4 를 포함하고, 이의 각각의 온도는 200℃/220℃/220℃/180℃ 이었다. 영역 Z4 의 출구에서의 압출 속도는 축 속도에 의존하고; 이는 전형적으로 4.5 내지 5 kg/시로 다양하였다. 레이스 (lace)는 냉각후 과립화되었다. 생성물은 MFI 값 (230℃, 2.16 kg 에서 측정), 모듈러스 값 (ISO 표준 178 에 따라 측정) 및 샤피 충격 시험 값 (Charpy impact test; ISO 표준 179/leA 에 따라 23℃ 에서 측정)에 의해 특징분석되었다.
폴리프로필렌을 분말의 형태로 축소시켰고, 상기 분말 상에 아세톤, 유기 과산화물 및 TEMPO 를 기재로 하는 용액을 흡수시켰다. 흡수 후, 아세톤을 증발시키고, 폴리프로필렌계 반응성 혼합물을 호퍼(hopper) 를 통해 영역 1 (Z1) 로 도입하였다.
분해의 문제와 관련하여, 본 발명에 따른 안정화 조성물을 이용하여 수득된 결과는 하기 표 2 에 요약하였다 (실시예 3 및 4 는 유기 과산화물 및 TEMPO 조성물로부터 수행된 반면, 실시예 5 는 폴리프로필렌 분말 상에 상기 과산화물 및 TEMPO 를 개별적으로 분산시키는 것에 의해 수행되었다).
실시예 |
과산화물 (ppm) |
TEMPO (ppm) |
TEMPO/과산화물의 몰비율 |
MFI (dg/분) |
모듈러스 (MPa) |
23℃에서의 샤피 충격 에너지 (kJ/㎡) |
1 |
0 |
0 |
- |
3.3 |
1270 |
3.1 |
2 |
500 |
0 |
0.0 |
33.4 |
1170 |
2.3 |
3 |
500*
|
25* |
0.1 |
25.8 |
1170 |
2.6 |
4 |
2000*
|
102 0*
|
1.0 |
23.6 |
1180 |
2.7 |
5 |
2000*
|
102 0 |
1.0 |
23.5 |
1180 |
2.7 |
* 유기 과산화물 및 TEMPO 를 기재로 하는 조성물(사전 혼합물)의 사용 |
유기 과산화물 및 TEMPO 와 같은 니트록시드를 기재로 하는 조성물의 혼입은, 동일한 강성도가 유지되면서도 낮은 용융 지수 및 우수한 충격 특성을 갖는 폴리프로필렌을 수득할 수 있도록 한다. 실시예 4 및 5 의 비교는, 사전 혼합물의 사용이 개별적으로 사용되는 구성성분으로부터 수득되는 것과 동일한 특성을 초래한다는 것을 명백하게 보여준다.