KR100753732B1 - 실란의 제조방법 - Google Patents

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KR100753732B1
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Abstract

본 발명은 하기 식 (1)의 터미날 또는 펜던트기를 그 안에 갖는 습윤 경화성 폴리머이고, 이들은 두개 이상의 이소시아네이트기를 그 안에 갖는 화합물(A)와 하기 식(2)의 실란을 반응시키는 것으로 제조될 수 있다.
Figure 112006085318128-pat00001
여기서, R1은 하나 이상의 에테르 산소 원자로 선택적으로 삽입된 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 나타내고; R2는 C1 내지 C6 알콕시기 또는 C6 내지 C8 아릴옥시기를 나타내고; R3는 알킬, 또는 아릴기이고; T는 4 내지 10개의 탄소를 갖는 분지형 또는 고리형 알킬렌 라디칼를 나타내고, 이것은 하나 이상의 에테르 산소 원자에 의해 선택적으로 삽입될 수 있고; 및 a는 0, 1 또는 2이다.
Figure 112006085318128-pat00002
폴리머로 제형화된 습윤 경화된 제형물은 개선된 열적 안정성, 신장성 및 인열 저항을 보여준다.
실란*습윤경화성*조성물

Description

실란의 제조방법{METHOD FOR PREPARING A SILANE}
과거에 우레탄 프리폴리머는 이들의 기본 물성을 개선시키거나 또는 추가하기 위해 다양한 유기관능성 실란으로 이소시아네이트기의 일부 또는 모두를 말단-캡씌우는 것에 의해 변형시켜왔다. 이들 방법중에서, 미국 특허 제3,632,557호에는 일차 및 이차 지방족 아미노실란으로 통상적인 폴리우레탄 프리폴리머를 완전히 말단-캡씌우는 방법이 기재되어 있다. 미국 특허 제3,979,344호에는 실란의 경화 속도를 개선시키기 위해 소량의 3-(N-2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란을 포함하는 실온 경화성 규소 종결된 유기 실란트가 기재되어 있다. 미국 특허 제4,222,925호에는 미국 특허 제3,979,344호에서 제공된 바와 같은 조성물이 기술되어있지만, 이들은 또한 보강성 카본 블랙 충전제를 포함한다. 개선된 신장성 및 유연성을 갖는 실란트는 미국 특허 제4,645,816호에서와 같이 하나 이상의 디알콕시기와 하나 이상의 활성 수소를 갖는 유기관능기를 갖는 실란 모노머로부터 얻어진 실란 말단-캡씌워진 폴리우레탄 폴리머를 사용하여 제조하였다.
그러나, 일차 아미노관능성 실란으로 말단-캡씌어진 폴리우레탄 프리폴리머는 이소시아네이트 말단기와 더 반응할 수 있는 활성 수소 원자를 포함한다. 이 반응성은 폴리머 및 실란트 조성물 모두에서 바람직하지 않는 불안정성을 유도할 수 있다. 여러가지 방법은 이차 아미노관능성 실란 말단캡퍼(endcapper)을 사용한다. 예를 들면, 미국 특허 제4,374,237호에는 터미날 이소시아네이트기들의 적어도 일부가 두개의 트리알콕시 실란기를 갖는 실란 모노머를 포함한 이차 아민과 반응되어지는 경화성 이소시아네이트 종결된 폴리우레탄 프리폴리머가 기재되어 있다. 미국 특허 제4,474,933호에는 다양한 일차 및 이차 이관능성 아미노실란 말단캡퍼로 캡씌어진 가교성 폴리우레탄 수지 혼합물이 기재되어 있다. 실란 말단-캡씌어진 우레탄 프리폴리머 및 실란트와 관련한 흥미있는 기타 참고문헌으로는 미국 특허 제3,627,722호; 미국 특허 제4,067,844호; 미국 특허 제4,625,012호; 미국 특허 제4,345,053호; 미국 특허 제4,645,816호; 및 미국 특허 제5,354,880호가 있다.
유럽 특허 제676 403 A1에는 이소시아네이트 폴리머를 위한 말단 캡퍼로서 유용한 아릴아미노이소부틸알킬디알콕시 실란이 기재되어 있다.
본 발명은 실란트, 코팅제 등과 같은 것에 유용한 특정 N-알킬-아미노알킬실란으로 말단-캡씌어진 우레탄 프리폴리머에 기초된 신규한 실란 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 하나의 태양은 하기 식 (1)의 복수의 터미날 또는 펜던트기를 그안에 갖는 것을 특징으로 하는 습윤 경화성 폴리머를 포함하는 조성물에 관한 것이다:
Figure 112006085318128-pat00003
여기서, R1은 하나 이상의 에테르 산소 원자로 선택적으로 삽입된 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 나타내고, 바람직하게는 에틸기이고; R2는 C1 내지 C6 알콕시기 또는 C6 내지 C8 아릴옥시기를 나타내고; R3는 알킬, 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 또는 아릴기, 바람직하게는 6 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 아릴기이고; T는 4 내지 10개의 탄소를 갖는 분지형 또는 고리형 알킬렌 라디칼를 나타내고, 이것은 하나 이상의 에테르 산소 원자에 의해 선택적으로 삽입될 수 있고; 및 a는 0, 1 또는 2이다.
본 발명의 다른 태양은 두개 이상의 이소시아네이트기를 그 안에 갖는 화합물(A)와 하기 식(2)의 실란(B)의 반응 생성물을 포함하는 조성물이다:
Figure 112006085318128-pat00004
여기서, T, R1, R2, R3 및 a는 이전에 정의된 바와 같다. 상기 이소시아네이트 관능성 화합물은 폴리올 성분을 과량의 이관능성 또는 다관능성 이소시아네이트 와 반응시켜 제조된 프리폴리머일 수 있고, 따라서 상기 프리폴리머는 반응되지 않는 이소시아네이트기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양은 상기 조성물과 경화 촉매 및 하나 이상의 통상적인 기능성 보조제(충전제, 가소제, 틱소트로피제, 자외선 안정화제 및 접착 촉진제로 이루어진 군에서 선택)가 함께 포함된 실란트로써 유용한 경화성 제형물이다.
본 발명의 또 다른 태양은 상기 프리폴리머(A)를 상기 식(2)의 실란과 반응시키는 단계를 포함한 개선된 열적 안정성, 신장성, 인장 강도 및 인열 저항을 보여주는 경화용 조성물의 제조방법이다.
본 명세서 전반에 걸쳐 언급된 모든 미국 특허 및 기타 공개된 문헌 및 계류중인 미국 특허 출원 모두는 참조로서 본 명세서에 명백히 포함된다.
본 명세서에서 다르게 나타내지 않는 이상, "알킬"은 선형, 분지형 또는 고리형일 수 있고; "아릴"은 토릴과 같은 알크아릴기 및 벤질과 같은 아르알킬기를 포함하고; "알킬렌"은 선형, 분지형 또는 고리형일 수 있고, 하기 식의 1,4-디에틸렌페닐렌:
Figure 112006085318128-pat00005
또는 3-페닐-1,3-프로필렌과 같은 펜던트 또는 내부 아릴기를 갖는 알킬렌기를 포함한다.
식(1) 및 식(2)를 참조하여, T로는 이소부틸렌(예를 들면, 2-메틸프로필렌: -CH2CH(CH3)CH2-), 2,2-디메틸에틸렌(예를 들면, 규소 원자로부터 분지하는 원심을 갖는다), 1-메틸프로필렌, 3-메틸프로필렌, 2,2-디메틸프로필렌, 3-메틸부틸렌, 3,3-디메틸부틸렌, 2-에틸헥실렌, 이소프로폭시프로필렌(예를 들면, -CH2CH(CH3)-O(CH2)3-), 이소프로폭시이소부틸렌(예를 들면, -CH2CH(CH3)-OCH2CH(CH3)CH2-) 등이 있다. 분지화는 식(1) 및 (2)에서 규소 원자가 결합되는 탄소 원자에 원심되는 것이 바람직하다. 이소부틸렌이 바람직하다. T는 고리형 탄화수소 부분을 포함하는 알킬렌기일 수 있고, 예를 들면 시클로펜틸렌, 1,4-시클로헥실렌, 하기 식의 1,4-디에틸렌시클로헥실렌:
Figure 112006085318128-pat00006
및 하기 식의 1,4-디에틸렌페닐렌:이 있다.
Figure 112006085318128-pat00007
R1은 메틸, 에틸, 프로폭시에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, sec-부틸, t-부틸, 헥실, 2-에틸헥실, 옥틸, 노닐, 데실, 에톡시메틸, 에톡시에틸, 프로폭시에틸, 에톡시프로필, 에톡시에톡시프로필 및 등등에 의해 예시된다.
R2는 메톡시, 에톡시, 이소프로폭시, n-프로폭시, 페녹시, 토릴옥시 및 등등에 의해 예시된다. 메톡시 및 에톡시가 바람직하다.
R3는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 헥실, 페닐, 토릴, 디메틸페닐, 에틸페닐 및 등등에 의해 예시된다. 바람직하게는 R2는 존재하지 않거나(a=0), 또는 메틸기이다.
식 2의 실란의 실예로는 다음을 포함한다:
N-메틸-3-아미노-2-메틸프로필트리메톡시실란,
N-에틸-3-아미노-2-메틸프로필트리메톡시실란,
N-에틸-3-아미노-2-메틸프로필디에톡시메틸실란,
N-에틸-3-아미노-2-메틸프로필트리에톡시실란,
N-에틸-3-아미노-2-메틸프로필메틸디메톡시실란,
N-부틸-3-아미노-2-메틸프로필트리메톡실란,
3-(N-메틸-2-아미노-1-메틸-1-에톡시)-프로필트리메톡시실란,
N-에틸-4-아미노-3,3-디메틸부틸디메톡시메틸실란,
N-에틸-4-아미노-3,3-디메틸부틸트리메톡시실란.
식(2)의 실란은 알콕시히드리도실란 또는 아릴옥시히드리도실란과 대응하는 이차 아미노 분지형 또는 고리형 알켄의 수소첨가실릴화(hydrosilylation)에 의해 제조될 수 있다. 트리알콕시히드리도실란이 바람직하다. 적합한 반응 조건은 이하 실시예에 기술되어 있다. 선택적으로, 하나는 알케닐아민과 같은 것을 히드리도클로로실란으로 반응시켜, 대응하는 알콕시 또는 아릴옥시 실란으로 에스테르화된 아미노알킬클로로실란을 얻는다.
폴리머의 제조
유기 및 무기 골격을 갖는 이소시아네이트 관능성 프리폴리머는 잘 알려져 있다. 유기 골격 폴리머 시스템은 아크릴, 폴리우레탄, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리올레핀 및 등등을 포함한다. 무기 골격 시스템은 폴리유기실록산에 의해 예시된다. 바람직한 폴리머는 유기 골격, 특히 폴리우레탄 또는 폴리에테르를 갖는 것이다. 적용분야에 따라, 임의의 이런 프리폴리머는 식(2)의 실란으로 말단-캡씌우는 것에 의해 습윤 경화성 실릴화 폴리머를 제조하는데 사용될 수도 있다. 선택적으로, 실란은 다음에 폴리머를 제조하는데 사용되는 모노 이소시아네이트와 반응되어 펜던트 알콕시 실란 관능성을 얻을 수 있다.
전형적인 실란 종결된 우레탄 폴리머, 실릴화된 폴리우레탄, 및 이것으로부터 제조된 대표적인 제형물의 합성은 미국 특허 제3,632,557호; 제4,345,053호; 및 제4,645,816호에 기재되어 있다. 본 명세서에서 유용한 이소시아네이트 종결된 폴리우레탄 프리폴리머는 과량의 유기 폴리이소시아네이트를 폴리올 또는 일반적으로 촉매 존재하에서 폴리올의 조합물과 반응하는 것으로 제조될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "폴리이소시아네이트"라는 용어는 두개 이상의 이소시아네이트기를 갖는 유기 화합물을 의미하고, "폴리올"은 그 안에 두개 이상의 히드록시기를 갖는 화합물을 의미한다.
적합한 폴리이소시아네이트에는 프리폴리머를 형성하기 위해 폴리올과 통상적인 순서로 반응하여 폴리우레탄이 제조될 수 있는 임의의 것을 포함한다. 유용한 디이소시아네이트는, 예를 들면, 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디 이소시아네이트, 4,4' 디페닐-메탄디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트, 2,4'- 및 4,4'-이성체의 혼합물을 포함하는 다양한 액체 디페닐메탄-디이소시아네이트, Desmodur®N 및 등등, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 본 발명에 사용된 바람직한 이소시아네이트 관능성 모노머는 Mondur® ML의 상표명으로 Bayer로부터 시판되는 2,4- 및 4,4' 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)의 혼합물이다.
본 발명의 이소시아네이트 종결된 프리폴리머를 제조하기 위해 사용되는 폴리올은 유기 폴리이소시아네이트와 반응된다. 이들은 일반적으로 분자량 250 내지 30,000을 가지며, 보다 좁게는 약 300 내지 16,000이다. 이들은 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올 또는 기타 폴리올 화합물일 수 있다. 적합한 폴리올은 폴리옥시알킬렌(특히 폴리옥시에틸렌, 폴리옥시프로필렌, 및 폴리옥시부틸렌)디올, 폴리옥시알킬렌 트리올, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 폴리카프로락톤 디올 및 트리올 및 등등일 수 있다. 테트라올, 헥사올, 알콕시화된 비스페놀 또는 폴리페놀을 포함하는 기타 폴리올 화합물, 및 펜타에리스리톨, 소르비톨, 만니톨 및 등등을 포함하는 다양한 슈거 및 그의 유도체가 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용된 바람직한 폴리올은 약 500 내지 10,000 사이의 당량 중량을 갖는 폴리프로필렌 글리콜이고, 보다 좁게는 약 500 내지 8,000이다. 다양한 구조, 분자량 및/또는 관능도의 폴리올 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
촉매는 상기 언급된 폴리우레탄 프리폴리머의 제조에 사용될 수 있다. 적합 한 촉매는 디알킬틴(tin) 디카르복실레이트, 예를 들면 디부틸틴 디라우레이트 및 디부틸틴 아세테이트, 삼차 아민, 카르복실산의 제 1주석염, 예를 들면, 제 1주석 옥토에이트 및 제 1주석 아세테이트 등이 있다. 바람직한 촉매는 디부틸틴 디라우레이트이다.
본 발명에서 유용한 이소시아네이트 종결된 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하기 위해, -OH 당량(기)에 대해 적어도 약간의 초과 몰의 -NCO 당량(기)가 이소시아네이트기로 폴리머 사슬을 종결하기 위해 사용된다. NCO 대 OH의 바람직한 몰 비율은 약 1.2 내지 4.0이고, 보다 좁게는 1.3 내지 2.0이다. 반응 온도는 전형적으로 60 내지 90℃이고; 반응 시간은 약 4 내지 8시간이다.
식(1)의 펜던트 또는 터미날기를 갖는 본 발명의 경화성 폴리머는 식(2)의 말단캡퍼(endcapper) 실란을 상기 설명된 이소시아네이트 종결된 폴리우레탄과 같은 이소시아네이트 종결된 프리폴리머와 반응하는 것으로 제조될 수 있다. 약간 과량(약 3 내지 5%)의 유기관능성 실란 말단캡퍼는 프리폴리머의 모든 터미날 이소시아네이트기의 완전한 반응을 보장하기 위해 사용되어야 한다. 반응은 바람직하게 습기 없이 60 내지 90℃의 온도 범위에서 행해지는 것이 바람직하다. 반응은 이소시아네이트 퍼센트(%)가 0이 될 때 종결된다.
식(1) 내에 하나 이상의 구조의 터미날 또는 펜던트기를 갖는, 예를 들면 a가 0인 식(1)의 하나 이상의 기 및 a가 2인 식(1)의 하나 이상의 기를 갖는 폴리머는 식(2)의 다른 실란의 혼합물을 사용하거나 또는 이와 같은 다른 실란의 일련의 반응을 사용하여 본 발명에 따라 제조될 수 있다.
제형물 (Formulations)
상기 실란 종결된 폴리우레탄 폴리머를 포함하는, 예를 들어 실란트로서 적합한 제형물은 실란 종결된 폴리우레탄 폴리머, 경화 촉매, 및 선택적으로 하나 이상의 통상적인 관능성 보조제, 예를 들면, 가교제, 충전제, 가소제, 틱소트로피제(thixotropes), 노화방지제, UV 안정화제, 탈수화제 및/또는 접착 촉진제(들)와 함께 강하게 혼합하여 제조될 수 있다. 효과적인 혼합은 이중 떠돌이 혼합기(double planetary mixer)을 사용하여 얻는다. 전형적으로, 실란 종결된 폴리우레탄 폴리머, 충전제, 안정화제 및 가소제는 60 내지 90분동안 80℃에서 혼합한다. 50℃로 냉각한 후에, 요구된 실란 접착 촉진제, 탈수화제 및 경화 촉매가 첨가되고, 혼합물은 전형적으로 질소 블랭킷하에서 추가적인 30분동안 교반된다.
실란트의 제형화를 위해 적합한 전형적인 충전제는 보강성 충전제, 예를 들면, 퓸드 실리카(fumed silica), 침전된 실리카, 및 탄산칼슘, 카본블랙, 유리 섬유, 알루미나실리케이트, 점토, 지올라이트 및 유사한 물질을 포함한다. 본 발명에서 유용한 여러가지 상업적인 등급의 카본블랙은 예를 들면 "Corax"제품(Degussa)으로 시판된다. 입자 크기 0.07 내지 4㎛인 처리된 탄산칼슘은 바람직한 충전제이고, 여러가지 상표명, 예를 들면, 스페셜티 미네랄(Specialty Minerals)사로부터의 "Ultra Pflex" 및 "Hi Pflex"; 제네카 레진(Zeneca Resins)으로부터의 "Winnofil SPM" 및 "Winnofil SPT"; 휴버(Huber)로부터의 "Hubercarb 1Qt", "Hubercarb 3Qt" 및 "Hubercarb W"; 및 ECC로부터의 "Kotomite"으로 시판된다. 이들 충전제는 단독으로 또는 조합해서 사용될 수 있다. 충전제는 일반적으 로 실릴화된 폴리머의 100부당 최대 300부를 포함하고, 80 내지 150부가 보다 바람직한 로딩 수준이다.
실란트에 관례적으로 사용되는 가소제는 물성을 변형하고 높은 충전제 수준의 사용을 용이하게 하기 위해 본 발명에 또한 사용될 수 있다. 실예의 가소제는 프탈레이트, 디프로필렌 및 디에틸렌 글리콜 디벤조에이트 및 이들의 혼합물, 에폭시화된 소이빈(soybean) 오일 및 등등을 포함한다. 디옥틸 및 디이소데실 프탈레이트의 유용한 소스는 엑손 케미칼(Exxon Chemical)로부터 상표명 "Jayflex DOP" 및 "Jayflex DIDP"으로 시판되는 것을 포함한다. 디벤조에이트는 벨시콜 케미칼 코포레이션(Velsicol Chemical Corporation)으로부터 상표명 "Benzoflex 9-88", "Benzoflex 50" 및 "Benzoflex 400"으로 시판된다. 소이빈 오일은 유니온 카바이드 코포레이션(Union Carbide Corporation)으로부터 "Flexol EPO"의 상표명으로 시판된다. 가소제는 전형적으로 실릴화된 폴리머의 100부당 최대 100부를 포함하고, 100부당 40 내지 80부가 바람직하다.
실란트 제형물은 틱소트로피제 또는 늘어짐 방지제(anti-sagging agent)를 포함할 수 있다. 이런 부류의 첨가제는 다양한 캐스터 왁스, 퓸드 실리카, 처리된 점토 및 폴리아미드에 의해 전형화된다. 이들 첨가제는 전형적으로 실릴화된 우레탄 성분 100부당 1 내지 10부를 포함하고, 1 내지 6부가 바람직하다. 유용한 틱소트로피제는 다음과 같은 시판되는 것을 포함한다: 데구사(Degussa)로부터 "Aerosil", 카보트(Cabot)로부터 "Cab-O-Sil", 캐스켐(CasChem)으로부터 "Castorwax", 레옥스(Rheox)로부터 "Thixatrol" 및 "Thixcin", 및 킹 인더스트 리(King Industries)로부터 "Disparlon".
UV 안정화제 및/또는 노화방지제는 실릴화된 우레탄 폴리머의 100부당 0 내지 5부의 양으로 본 발명의 실란트 제형물에 포함될 수 있고, 0.5 내지 2부가 바람직하다. 이들 물질은 그레이트 레이크(Great Lakes) 및 시바 스페셜티 케미칼(Ciba Specialty Chemicals)과 같은 회사로부터 "Anox 20" 및 "Uvasil 299 HM/LM"(그레이트 레이크), 및 "Irganox 1010", "Irganox 1076", "Tinuvin 770", "Tinuvin 327", "Tinuvin 213" 및 "Tinuvin 622 LD"(시바)의 상표명으로 각각 시판된다.
다양한 유기관능성 실란 접착 촉진제는 또한 또 다른 표면에 접착할 수 있는 능력이 요구되는 본 발명의 이들 제형물, 예를 들면 실란트에서 또한 유용하다. 이들 물질은 전형적으로 실릴화된 우레탄 폴리머 100부당 0.5 내지 5부의 수준으로 제공되고, 바람직하게는 0.8 내지 1.5부이다. 적합한 접착 촉진제는 위트코 코포레이션'스 스페셜티 그룹(Witco Corporation's OSi Specialties Group)으로부터 시판되는 Silquest® A-1110 실란, Silquest® A-1120 실란, Silquest® Y-11012 실란, Silquest A-2120 실란, Silquest A-1170 실란 및 Silquest A-187 실란을 포함한다. 사용될 수 있는 다른 접착 촉진제로는 4-아미노-3,3-디메틸부틸트리메톡시실란 및 4-아미노-3,3-디메틸부틸디메톡시메틸실란을 포함한다. 에톡시 및 혼합된 메톡시/에톡시, 이들 실란의 모든 버젼이 마찬가지로 사용될 수 있다.
적합한 경화 촉매는 실릴화된 우레탄 폴리머의 제조를 위해 이전에 설명된 것과 동일하다. 촉매는 전형적으로 실릴화된 폴리머의 100부당 0.01 내지 3부를 포함하고, 폴리머 100부당 0.01 내지 1.0부가 바람직하다.
혼합 후에, 제형물은 습기에 노출시키는 것으로 경화된다. 예를 들면, 실란트는 전형적으로 23℃, 50% 상대습도에서 3일 동안 및 37℃, 95% 상대습도에서 또 다른 4일 동안 경화될 수 있다.
본 발명은 이하의 비-제한 실시예에 의해 설명된다.
실시예
합성 실시예
실시예 1
말단캡퍼 A : N- 에틸메타알릴아민 및 트리메톡시실란의 반응
1리터의 삼목 둥근 바닥 플라스크에 자석 교반 막대, 표준 가열 맨틀, 열전쌍, 추가 깔때기, 컨덴서, N2 입구/발포기를 장착했다. 플라스크를 트리메톡시실란 220g(1.80 몰)으로 채우고, 60℃로 가열하고, Pt[플래티늄으로써 트리스(디비닐테트라메틸 디실록산)디플래티늄(0)으로써] 34ppm을 첨가하였다. 용액을 추가로 68℃로 가열하고, N-에틸메타알릴아민의 150g(1.52몰)을 45분 동안 적가하였다. 첨가 후, 내용물을 90℃로 가열하고, 그 온도에서 1시간 유지시켰다. 이어서 온도를 105℃로 증가시키고 약 4.5시간 동안 고정하였다. 반응이 종결되면, 혼합물을 실온으로 냉각하고, 메탄올 16g(0.5몰)을 첨가하고, 증류 전에 완만하게 가열하였다. 진공 증류를 통한 최종 정제로 N-에틸-3-아미노-이소부틸트리메톡시실란, 예를 들면 N-에틸-3-트리메톡시실릴-2-메틸프로판아민 273g(1.24몰)을 얻었다. 생 성물(12mmHg에서 b.p. 98-100℃)은 GC/MS를 통해 특성화되었다. 분리된 수율은 82%였다.
실시예 2
말단캡퍼 B : N- 에틸메타알릴아민 및 디에톡시메틸실란의 반응
컨덴서 대신 증류 헤드를 사용한다는 것만 제외하고, 장치는 실시예 1의 장치와 유사하였다. 플라스크를 메틸디에톡시실란 381g(2.84 몰)과 Pt[플래티늄으로써 트리스(디비닐테트라메틸 디실록산)디플래티늄(0)] 50ppm으로 채웠다. 내용물을 90℃로 가열하고, 추가 깔대기를 통해 N-에틸메타알릴아민 260g(2.63몰)을 30분에 걸쳐 첨가하였다. 첨가가 끝난 후에, 바로 내용물을 110℃로 가열하고 1시간 동안 유지하였다. 생성물을 진공 증류에 의해 분리하여 N-에틸-3-아미노-이소부틸디에톡시메틸실란, 예를 들면, N-에틸-(3-디에톡시메틸실릴)-2-메틸프로판아민 485g(2.08몰)을 얻었다. 생성물(27mmHg에서 b.p. 88-90℃)은 GC/MS를 통해 특성화되었다. 분리된 수율은 79%였다.
실시예 3
이소시아네이트 프리폴리머의 제조
기계적 교반기, 가열 맨틀, 열전쌍, 컨덴서 및 건조 질소 출구가 장착된 1000㎖ 반응 용기에 액체 디페닐메탄 디이소시아네이트 62.85g(0.251몰)와 평균 분자량이 4000인 폴리프로필렌 글리콜(PPG) 669.9g(0.167몰)(NCO:OH = 1.5)을 채웠다. 반응 냄비를 50℃로 따뜻하게 하고 디부틸틴 디라우레이트 촉매(60 ppm Sn)을 첨가하였다. 반응 온도를 65 내지 70℃로 증가시켰다. 유리 NCO 퍼센트(%)가 계산된 캡핑 포인트(capping point) 약 0.9%에 도달 할 때까지 반응을 그 온도에서 유지시켰다. 유리 NCO %를 결정하기 위한 적정은 ASTM D 2572 테스트 사양에 따라서 실시하였다.
실시예 4
실란 종결된 폴리우레탄 폴리머의 제조
폴리머 1
실시예 3에서와 같이 제조된 NCO-종결된 폴리우레탄 프리폴리머가 반응 용기에 여전히 있는 동안, 실시예 1로부터 얻은 말단캡퍼 A 38.69g(0.175몰)을 첨가하고 혼합하였다. 반응을 65℃에서 2시간 동안 계속하고, 이어서 실온으로 냉각하여 실란-종결된 폴리우레탄 폴리머 1을 생성하였다. NCO 함량은 ASTM D 2572에 의한 적정으로 0.0%가 되도록 결정되었다.
폴리머 2
폴리머 1에 대해 설명된 동일한 절차가 말단 캡씌어진 폴리우레탄 프리폴리머를 형성하기 위하여 사용되었고, 단 말단캡퍼 B 40.80g이 말단캡퍼 A 대신 사용되었다는 것만 제외한다.
폴리머 3( 비교예 )
폴리머 1에 대해 설명된 동일한 절차가 말단 캡씌어진 폴리우레탄 프리폴리머를 형성하기 위하여 사용되었고, 단 N-페닐-3-아미노이소부틸메틸디메톡시실란 46.78g이 말단캡퍼 A 대신 사용되었다는 것만 제외한다.
폴리머 4( 비교예 )
폴리머 1에 대해 설명된 동일한 절차가 말단 캡씌어진 폴리우레탄 프리폴리머를 형성하기 위하여 사용되었고, 단 N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란 44.84g이 말단캡퍼 A 대신 사용되었다는 것만 제외한다.
실란트 제조:
실시예 5
실시예 4로부터 얻은 실란 종결된 폴리우레탄 폴리머 1 100부, 탄산칼슘 100부, 퓸드 실리카 6부, 가소제 40부 및 소량의 광안정화제로 이루어진 실란트 조성물을 제조하였다. 이들 성분들을 1/4 로스 이중 떠돌이 혼합기(Ross double planetary mixter)에 충전하였다. 혼합물을 진공하에서 2시간 동안 80℃로 진공하에서 가열하였다. 이어서 혼합물을 35℃로 냉각하고, 접착 촉진제 1.5부와 디부틸틴 디라우레이트 0.063부를 추가적인 1시간 동안 첨가하고 혼합하였다. 이어서, 혼합기를 실란트 L을 제공하기 위해 5분 동안 ＜5mmHg의 압력으로 비웠다.
경화된 실란트의 물리적 특성은 ASTM(American Society for Testing and Materials) 방법 D 412 및 D 624를 사용하여 인장, 인열 및 신장 시험에 의해 결정 하였다. 실란트 L의 성능을 표 1에 나타냈다.
실란트 L 특성
인장 강도 246psi
영스 모듈러스(Young's Modulus) 210psi
% 신장 165%
인열 저항 26 lbs/in
쇼어 A 경도 50
접착성:
알루미늄(젖음) 12 lbs/in, 100% 점착 실패
유리(젖음) 14 lbs/in, 75% 점착 실패
실시예 6
실시예 4에서 설명된 폴리머 1 내지 4를 1중량% 디부틸틴 디라우레이트와 각각 혼합하고, 3일동안 23℃ 및 50% 상대습도하 환경 챔버(environmental chamber)에서 경화하고, 이어서 4일동안 50℃의 정규적인 오븐에서 경화하였다. 경화된 생성물을 하기와 같이 테스트하였다.
황변 테스트:
상기 설명된 바와 같이 경화후, 폴리머를 1주일 동안 80℃의 오븐에 놓고, 촉진된 노화 전 및 후 색깔의 변화를 미놀타 크로마 미터(Minolta Chroma Meter) C210으로 결정하였다.
경화된 폴리머의 황변 인덱스 (대조 인덱스 1.97)
폴리머 황변 인덱스
노화 전 노화 후
1 3.33 10.23
2 5.71 16.04
3 4.78 56.86
4 4.02 23.28
실시예 7
표 3에 나타난 제형물을 하기와 같이 제조하였다. 1/4 이중 떠돌이 혼합기로 실시예 4에 설명된 실릴화된 폴리머, Silquest®A-171 실란, DIDP, Ultra-pflex, Hi-pflex, Ti-920 및 SiO2의 하나를 넣었다. 우수한 보존-안정성을 보장하기 위해, 모든 충전제를 사용전에 120℃에서 최소 24시간 동안 예비건조하였다. 혼합물을 질소하 80℃에서 60분 동안 40rpm에서 혼합하였다. 50℃로 냉각 한 후, 유기실란 성분(예를 들면, 2-(아세틸티오)-1-트리메톡시실란), 및 Sul 11A를 첨가하고, 혼합물을 완전한 진공하에서 추가적인 30분 동안 교반하였다. 최종 실란트를 빼내고 알루미늄 호일 늘어선 카트리지로 포장하였다.
폴리우레탄 실란트 제형물
성분 중량(g)
폴리머 250
DIDP 100
Silquest®A-171 실란 5
Ultra-pfex 150
Hi-pflex 100
Tinuvin®213 2.5
Tinuvin" 622LD 2.5
Ti-920 7.5
SiO2 15
유기실란 3.75
Sul 11A 0.5
이런 방식으로 제조된 실란트를 다음과 같이 지정하였다.
실란트 1 폴리머가 폴리머 1이다.
실란트 2 폴리머가 폴리머 2이다.
비교예 A 폴리머가 폴리머 3이다.
비교예 B 폴리머가 폴리머 4이다.
실란트를 경화하고, 접착 특성을 하기와 같이 설명된 방식으로 시험하였다. 시험 결과를 표 4에 기록하였다.
접착-박리 테스트:
유리 기판을 이소프로판올, 세정제(0.1% 용액) 및 탈이온수 린스를 사용하여 철저하게 세척하였다. 세척된 기판을 사용전에 공기 건조하였다.
접착-박리 테스트는 ASTM C 794 절차에 따라 시행하였다. 실험 실란트를 약 1/16 인치의 깊이로 기판 쿠폰의 2/3 이상에 칠했다. 이어서 실란트를 추가적인 1/16 인치 층의 실란트로 덮여진 30메쉬 알루미늄 스크린으로 덮었다. 표본을 다음과 같은 스케쥴에 따라 21일 동안 경화하였다: 23℃ 및 50% 상대습도에서 7일; 38℃ 및 95% 상대습도에서 7일 및 23℃ 및 50% 상대습도에서 7일.
경화된 표본을 350 시간 동안 UV 광선에 직면한 유리 기판을 갖는 QUV 오븐에 넣었다. 상기 QUV를 고습도 및 60℃에서 UV 광선으로 4시간, 이어서 가열과 UV 광선 없이 4시간의 스케쥴로 작동시켰다.
습윤 접착 성능을 측정하기 위해, 처리된 샘플을 시험 전에 7일 동안 물에 침지시켰다. 180°박리 강도는 담지 기간 후에 Instron®테스크 기계에서 측정하였다.
건조 접착 성능을 측정하기 위해, 박리 강도를 물에 담지함 없이 측정하였다.
유리 통과 UV에 의한 노화 후에 제형화된 실란트의 접착성
실란트 건조 접착성(lbs/in) 습윤 접착성(lbs/in)
UV 전 UV 후 UV 전 UV 후
실란트 1 6 9 14 12
실란트 2 37 36 33 36
비교예 A 22 8 14 5
비교예 B * * * *
* 비교예 B 실란트는 38℃ 95% 상대습도에서 3주 후에서 조차 완전히 경화될 수 없다.
실시예 8
폴리머 5( 비교예 )
폴리머 1에 대해 실시예 4에서 설명된 동일한 절차를 사용하여 말단 캡씌어진 폴리우레탄 폴리머를 제조하였고, 단 말단캡퍼 A 대신 N-부틸-3-아미노프로필트리메톡시실란 41.32g을 사용하는 것만 제외한다.
폴리머 6(본 발명)
N-부틸-4-아미노-3,3-디메틸부틸트리메톡시실란을 다음과 같이 제조하였다:
마그네틱 교반기, 가열 맨틀 온도계 및 컨덴서가 장착된 1리터 3-목 플라스크에 4-아미노-3,3-디메틸부틸트리메톡시실란 664.1g(3몰)과 1-클로로부탄 69.4g(0.75몰)을 첨가하였다. 교반하면서, 플라스크 내용물을 천천히 125℃로 가열하고 그 온도에서 전체 13시간 동안 유지시켰다. 모든 클로로부탄이 나타난 지점에서 플라스크 내용물의 샘플의 가스 크로마토그래프는 아미노관능성 실란과의 반응에 소멸되었다. 플라스크를 실온으로 냉각하고 메탄올중 25% 소디움 메톡사이드 용액(소디움 메톡사이드 0.75몰) 162g을 추가적인 깔때기를 이용해 적가하였다. 30분 동안 교반한 후에, 플라스크 내용물을 가압 여과하고 증류하여 메탄올과 과량의 4-아미노-3,3-디메틸부틸트리메톡시실란을 제거한 후 N-부틸-4-아미노-3,3-디메틸부틸트리메톡시실란 (1mmHg에서 bp 90-94℃, 58% 수율) 160.7g을 얻었다. 구조물을 gc-질량 분광분석기 및 1H 및 13Cnmr 분광분석기로 확인하였다.
이어서 폴리머 1에 대한 실시예 4에서 설명된 동일한 절차를 사용하여 말단캡씌어진 폴리우레탄 폴리머를 제조하고, 단 말단캡퍼 A 대신 N-부틸-4-아미노-3,3-디메틸부틸트리메톡시실란 49.06g이 사용되는 것만 제외하였다.
실란트
비교예 C 실란트 및 실란트 3을 폴리머 5 및 6을 각각 사용하여 실시예 7에서와 같이 제조하였다. 경화된 폴리머의 황변 인덱스는 실시예 6에서와 같이 결정하고, UV 노화후 실란트의 접착성은 실시예 7에서와 같이 결정하였다. 그 결과를 표 5 및 6에서 나타냈다.
경화된 폴리머의 황변 인덱스 (대조 인덱스 1.97)
폴리머 황변 인덱스
노화 전 노화 후
5 3.14 7.08
6 2.60 6.12
유리 통과 UV에 의한 노화후 제형화된 실란트의 접착성
실란트 건조 접착성(lbs/in) 습윤 접착성(lbs/in)
UV 전 UV 후 UV 전 UV 후
실란트 3 7.6 11.3 10.5 15.2
비교예 C 4.6 8.7 7.3 7.6
상기 실시예는 본 발명의 제형물이 UV 노화 후 개선된 낮은 황변성과 우수한 접착특성을 가짐을 보여주고 있다.
상기 실시예 및 공개된 것은 실예를 나타낸 것일뿐 이것이 전부는 아니다. 이들 실시예 및 설명은 이 분야의 당업자에게 많은 변형과 대안을 제안할 것이다. 이런 모든 대안 및 변형은 첨부된 청구항의 범위내에 포함될 것이다. 게다가, 독립 청구항에서 인용된 특징의 모든 가능한 선택적이고 독립적인 조합은, 이것이 다중 독립 형태(multiple dependent form)로 기재되었는지에 상관없이 본 발명의 개념내에 있다고 여겨질 수 있다. 이 분야에 익숙한 것들은 본 명세서에서 설명된 특정 구현예에 대한 다른 등가물로 인식할 수 있고, 여기서 등가물은 여기에 첨부된 청구범위에 의해 포함된다고 여겨진다. 독립 청구항에 인용된 이들 조합에 덧붙여, 독립 청구항의 특징들의 모든 가능한 다른 조합이 본 발명의 특정 태양이 될 수 있음이 이해될 것이다.
본 발명에 따른 제형물은 UV 노화 후 개선된 낮은 황변성과 우수한 접착특성을 갖는다.

Claims (9)

  1. 대응하는 이차 아미노 분지형 또는 고리형 알켄을 알콕시히드리도실란 또는 아릴옥시히드리도실란과 수소첨가 실릴화하는 단계를 포함하는 하기 식 2의 실란의 제조방법:
    화학식 2
    Figure 112006085318128-pat00008
    여기서, R1은 하나 이상의 에테르 산소 원자가 선택적으로 삽입된 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 나타내고; R2는 C1 내지 C6의 알콕시기 또는 C6 내지 C8의 아릴옥시기를 나타내고; R3는 알킬 또는 아릴기를 나타내고; T는 하나 이상의 에테르 산소 원자가 선택적으로 삽입된 4 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 분지형 또는 고리형 알킬렌 라디칼을 나타내고; a는 0, 1 또는 2이다.
  2. 제 1항에 있어서, R3는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬기 또는 6 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 아릴기를 나타내는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, R1은 메틸, 에틸, 프로폭시에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, sec-부틸, t-부틸, 헥실, 2-에틸헥실, 옥틸, 노닐, 데실, 에톡시메틸, 에톡시에틸, 프로폭시에틸, 에톡시프로필 또는 에톡시에톡시프로필이고, R2는 메톡시, 에톡시, 이소프로폭시, n-프로폭시, 페녹시 또는 토릴옥시이고; R3는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 헥실, 페닐, 토릴, 디메틸페닐 또는 에틸페닐이고, T는 이소부틸렌, 2,2-디메틸에틸렌, 1-메틸프로필렌, 3-메틸프로필렌, 2,2-디메틸프로필렌, 3-메틸부틸렌, 3,3-디메틸부틸렌, 2-에틸헥실렌, 이소프로폭시프로필렌 또는 이소프로폭시이소부틸렌이고; 및 a는 0 또는 1인 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 알콕시히드리도실란이 트리알콕시히드리도실란인 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 알콕시히드리도실란 또는 아릴옥시히드리도실란이 트리메톡시실란 또는 디에톡시메틸실란이고, 대응하는 이차 아미노 분지형 또는 고리형 알켄은 N-에틸메트알릴아민이고, 상기 방법은 촉매로서 플래티늄을 더 포함하는 것인 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 플래티늄은 34 내지 50 중량 ppm의 양으로 존재하고, 트리알콕시히드리도실란 대 N-에틸메트알릴아민의 몰비가 1.07 내지 1.18인 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 수소첨가 실릴화 단계는 60 내지 110℃의 온도 및 대기압하에서 수행되는 것인 방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 플래티늄 촉매는 트리스(디비닐테트라메틸 디실록산)디플래티늄(O)인 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 대응하는 이차 아미노 분지형 또는 고리형 알켄은 N-에틸메타알릴아민이고, 상기 알콕시히드리도실란 또는 아릴옥시히드리도실란은 트리알콕시히드리도실란이며, 상기 수소화첨가 실릴화는 60 내지 110℃의 온도에서 수행되는 방법.
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