KR101042055B1

KR101042055B1 - 광학 이방성 화합물 및 이를 포함하는 수지 조성물

Info

Publication number: KR101042055B1
Application number: KR1020080081911A
Authority: KR
Inventors: 이기열; 고민진; 문명선; 정재호; 최범규; 강대호; 김윤봉
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2011-06-16
Also published as: KR20090020505A; WO2009025484A3; WO2009025484A2; US20100130659A1; US8501037B2

Abstract

본 발명은 광학 이방성이 크고, 고분자 수지와의 상용성이 우수한 화학식 1로 표시되는 화합물에 관한 것으로서, 상기 화합물은 바이페닐(biphenyl) 메소젠 코어에 적어도 1개 이상의 치환체가 도입된 화합물이다. 또한, 본 발명은 상기 화합물 및 고분자 수지를 포함하는 수지 조성물, 및 상기 수지 조성물을 포함하는 광학 부재에 관한 것이다. 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 고분자 수지 조성물을 이용하여 광학 부재를 제조할 경우 상분리 현상이 없고 소량으로 원하는 광특성의 발현이 가능하다.

Description

광학 이방성 화합물 및 이를 포함하는 수지 조성물 {OPTICALLY ANISOTROPIC COMPOUND AND RESIN COMPOSITION COMPRISING THE SAME}

본 발명은 고분자 수지와의 상용성(compatibility)이 우수하고 큰 광학 이방성을 가지는 화합물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 화합물을 포함하는 수지 조성물 및 상기 수지 조성물을 포함하는 광학 부재에 관한 것이다.

최근 전자 산업의 발달로 광학용 고분자 수지의 사용이 급증하고 있는 추세이다. 예를 들면, 저장 매체로 사용되는 광디스크 기판, 광학용 렌즈, 광통신에 사용되는 광화이버, 프로젝션 스크린용 프레넬 렌즈 및 액정 디스플레이에 사용되는 프리즘시트, 편광판 보호필름, 보상필름 등 여러 광학용 고분자에 대한 수요가 급증하고 있다.

이러한 광학용 고분자 수지들은 일반적으로 광학적으로 등방성을 요구하는 경우가 많으나 고분자 수지 자체의 구조상 또는 가공 중 응력으로 인하여 최종 제품의 고분자 수지가 이방성을 가질 수 있다. 또한 광학 수지가 다층 구조에 삽입되어 있는 경우 각 층과의 열평창 수축 등으로 인하여 광학적으로 이방성을 가질 수 있다.

이러한 광학 이방성을 가지는 필름, 렌즈 등이 광로 중에 존재한다면, 상의 성질에 변화를 일으켜 신호 판독에 악영향을 줄 수 있어서, 이방성을 가능한 작게 억제한 광학 수지로 구성되는 광학 부재의 사용이 바람직하다.

반면에 인위적으로 광학적 복굴절성을 부여하는 경우도 있다. 예를 들면, 액정 디스플레이의 경우 액정과 편광 필름에서 오는 광학적 복굴절로 인하여 경사 방향으로부터 보는 경우에 콘트라스트가 저하되는 문제점이 있다. 이를 개선하기 위하여 특정한 방향의 광학적 이방성을 부여한 고분자 수지를 이용하여 액정과 편광 필름에서 오는 복굴절성을 보상함으로써 시야각을 개선하는 경우도 있다. 이와 같이 광학적 목적으로 사용되는 고분자 수지의 경우 원하는 방향으로 광 특성을 제어하는 것이 필요하다.

고분자의 광 특성을 제어하는 종래의 기술로 일본 특허 공개번호 1990-129211 및 2000-044614와 같이 고분자 수지의 구조를 조절하여 복굴절성을 제어하는 방법이 알려져 있다. 하지만 이 방법은 복굴절을 제어하기 위하여 공중합체의 모노머의 조성을 바꾸어야 하는 번거러움이 있고, 또한 모노머의 조성 변화로 인한 고분자 수지의 다른 물성들이 변화하는 문제점들이 있다.

또한, 고분자 수지의 복굴절 제어 방법으로 이방성 물질을 첨가하는 방법들이 알려져 있다. 일본특허 공개번호 2004-035347에서는 광특성 조절을 위하여 이방성 물질로 침상의 무기 입자를 도입하는 경우가 보고 되고 있으나, 무기 미립자의 경우 용매에 대한 용해도가 낮고, 밀도가 높아 용매에 고루 분산 시키기 어렵고, 안정성이 떨어져 응집 되기 쉬워 고분자 수지의 투명성을 저해시킬 우려가 있다. 또한, 일본 특개평 8-110402에서는 저분자 유기화합물을 첨가하여 고분자 수지의 광특성을 조절하는 방법이 알려져 있다. 하지만 일반적으로 이방성이 큰 화합물들은 결정화도가 높고 용매에 대한 용해도가 떨어지고 고분자 수지와의 상용성이 떨어져 혼합 후 결정화 되어 석출 되는 문제점 있으며 심지여 용매에 용해되지 않는 경우가 있는데 이러한 것들에 대한 구체적인 해결점을 제시하지 않고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해, 광학 이방성이 크고, 적은 양의 사용으로 효과적으로 고분자 수지의 광학 특성 제어가 가능하고, 용매에 대한 용해도가 우수하고, 고분자 수지와의 상용성이 우수하여 석출 등의 문제점이 없는 신규 화합물을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 상기 신규 화합물 및 고분자 수지를 포함하는 수지 조성물 및 상기 수지 조성물을 포함하는 광학 부재를 제공하고자 한다.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.

[화학식 1]

화학식 1에서,

는

또는

이며;

는

또는

이며;

Z는 C 또는 N 이며, 이때 Z가 N이면 해당 R¹ 내지 R⁸와의 결합은 존재하지 않으며;

m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이고, m+n는 1 이상의 정수이며;

E¹ 및 E²는 각각 독립적으로 -H, -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -NCO, -NCS, -CF₃, -OCF₃, -R⁹, -OR⁹, -NHR⁹, -NR⁹R⁹, -SR⁹, -S(=O)R⁹, -S(=O)₂R⁹, -C(=O)R⁹, -C(=O)OR⁹, -OC(=O)R⁹, 또는 -OC(=O)OR⁹ 이며;

Y¹ 및 Y²는 각각 독립적으로 -O-, -NR⁹-, -S-, -(CH₂)_p-, -CH=CH-, -C≡C-, -C(=O)O-, -OC(=O)-, -C(=O)-, -0C(=O)O-, -C(=O)NR⁹-, -NR⁹C(=O)-, -NR⁹C(=O)NR⁹-, -C(=O)S-, -SC(=O)-, -C(=O)O(CH₂)_p-, -OC(=O)(CH₂)_p-, -(CH₂)_pC(=O)O-, 또는 -(CH₂)_pOC(=O)- 이고, p는 0 내지 5의 정수이며;

R¹ 내지 R⁸ 및 Q¹ 내지 Q⁸은 각각 독립적으로 -H, -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -CF₃, -OCF₃, -R⁹, -OR⁹, -NHR⁹, -NR⁹R⁹, 또는 -C(=O)R⁹ 이고, 이때 Q¹ 내지 Q⁸ 중 하나 이상은 -H가 아니며;

R⁹는 -H, C₁~C₂₀의 알킬(alkyl), C₁~C₂₀의 플루오르알킬(fluoroalkyl), C₂~C₂₀의 알케닐(alkenyl), C₂~C₂₀의 플루오르알케닐(fluoroalkenyl), C₂~C₂₀의 알키 닐(alkynyl), C₂~C₂₀의 플루오르알키닐(fluoroalkynyl), -(CH₂CH₂O)_rCH₃, -(CH₂CHCH₃O)_rCH₃, 또는 -(CHCH₃CH₂O)_rCH₃이고, r은 1 내지 5의 정수이다.

또한, 본 발명은 고분자 수지 및 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 수지 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 수지 조성물을 포함하는 광학 부재를 제공한다.

본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물은 고분자 수지와의 상용성이 우수하고 광학 이방성이 우수한 이방성 화합물이다. 따라서, 화학식 1로 표시되는 화합물 및 고분자 수지를 포함하는 수지 조성물을 이용하여 광학 부재를 제조할 경우 상분리 현상이 없고 소량으로도 원하는 광특성의 발현이 가능하다.

본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물은 광학 이방성 화합물로서, 바이페닐(biphenyl) 메소젠 코어에 적어도 1개 이상의 치환체가 도입된 것이며, 굴절 이방성의 크기가 0.15 이상인 화합물이다.

구체적으로, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물에서, 가운데 바이페닐(biphenyl) 메소젠 코어의 Q¹ 내지 Q⁸ 중 하나 이상은 -H가 아닌 치환체이다. 즉, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물에서, Q¹ 내지 Q⁸이모두 -H 인 것은 제외되며, Q¹ 내지 Q⁸ 중 적어도 하나 이상은 -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -CF₃, -OCF₃, -R⁹, -OR⁹, -NHR⁹, -NR⁹R⁹ 및 -C(=O)R⁹ 중에서 선택된다. 또한, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물에서, 상기 Q¹ 내지 Q⁸ 중 2개 이상이 -H가 아닌 치환체인 것이 바람직하고, Q¹ 내지 Q⁸ 중 4개 이상이 -H가 아닌 치환체인 것이 보다 바람직하다.

또한, 알킬기가 치환되어 있을수록 화합물의 용해도가 높아질 수 있으므로, 상기 Q¹ 내지 Q⁸ 중 하나 이상은 C₁~C₂₀의 알킬, 또는 C₁~C₂₀의 플루오르알킬일 수 있으며, Q¹ 내지 Q⁸ 중 2개 이상이 C₁~C₂₀의 알킬, 또는 C₁~C₂₀의 플루오르알킬인 것이 바람직하고, 4개 이상이 C₁~C₂₀의 알킬, 또는 C₁~C₂₀의 플루오르알킬인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물에서, 상기 R⁹의C₁~C₂₀의 알킬(alkyl)기의 예를 들면, -CH₃, -CH₂CH₃, -CH₂CH₂CH₃, -CH(CH₃)₂, -CH₂CH₂CH₂CH₃, -CH(CH₃)CH₂CH₃, -CH₂CH(CH₃)₂ 등의 선형 또는 가지형 알킬이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, R⁹의플루오르알킬(fluoroalkyl)은 상기 정의하고 있는 알킬기에 한 개 이상의 플루오르기가 수소 대신 치환된 것일 수 있다.

또한, R⁹의C₂~C₂₀의 알케닐(alkenyl)의 예를 들면, -CH=CH₂, -CH=CHCH₃, -CCH₃=CH₂, -CH₂CH=CH₂, -CH=CHCH₂CH₃, -CH=C(CH₃)₂, -CCH₃=CHCH₃, -CH₂CH=CHCH₃, -CH₂CCH₃=CH₂, -CHCH₃CH=CH₂, -CH₂CH₂CH=CH₂ 등의 선형 또는 가지형 알케닐이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, R⁹의플루오르알케닐(fluoroalkenyl)은 상기 정의하고 있는 알케닐기에 한 개 이상의 플루오르기가 수소 대신 치환된 것일 수 있다.

또한, R⁹의C₂~C₂₀의 알키닐(alkynyl)의 예를 들면, -C≡CH, -CH₂C≡CH, -C≡CCH₃, -CH₂CH₂C≡CH, -CHCH₃C≡CH, -CH₂C≡CCH₃, -C≡CCH₂CH₃ 등의 선형 또는 가지형 알키닐이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, R⁹의플루오르알키닐(fluoroalkynyl)은 상기 정의하고 있는 알키닐기에 한 개 이상의 플루오르기가 수소 대신 치환된 것일 수 있다.

본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물에 있어서, 상기 E¹ 및 E²에서 R⁹의 알킬, 플루오르알킬, 알케닐, 플루오르알케닐, 알키닐 및 플루오르알키닐은 각각 탄소수가 3 내지 12 (C₃~C₁₂)인 것이 바람직하다. 또한, 상기 E¹ 및 E²에서 R⁹의 알킬, 플루오르알킬, 알케닐, 플루오르알케닐, 알키닐 및 플루오르알키닐은 각각 가지형인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 E¹ 및 E²에서 R⁹의 알킬, 플루오르알킬, 알케닐, 플루오르알케닐, 알키닐 및 플루오르알키닐은 각각 C₃~C₁₂의 가지형인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물은 고분자 수지와 쉽게 혼합되고, 저 온에서도 용해도가 높으며, 또한 액정 표시 장치가 통상으로 사용되는 조건 하에서 물리적, 화학적으로 안정할 뿐 아니라 열, 빛에 안정하며 광학 이방성을 나타내는 화합물이다.

따라서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 여러 다양한 고분자 수지와 혼합하여 고분자 수지의 광특성 제어에 사용될 수 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 보다 자세하게 표현하면 하기 화합물들과 같다. 단, 하기 화합물들은 예시적인 것일 뿐, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물이 하기 예시된 것들에 한정되는 것은 아니다.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 반응식들은 예시적인 것일 뿐, 본 발명에 따른 화합물의 제조방법이 하기 반응식들에 의해 한정되는 것은 아니다.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 반응식 1에 의해 제조될 수 있다.

[반응식 1]

바이페닐(biphenyl) 형태의 화합물과 E¹-[환A]_m-Z¹ 화합물을 커플링(coupling)시켜 대칭적인 바이페닐 화합물을 합성할 수 있다.

상기 반응식 1에서, X¹, X² 및 Z¹은 각각 독립적으로 할라이드, 메실레이트, 토실레이트, 트리플레이트(triflate) 등의 리빙기(living group), -OH, -(CH₂)_pBr, -(CH₂)_pCl, -(CH₂)_pOH -(CH₂)_pCOCl, -CH=CH-Cl, -C≡CH, -COOH, -COCl, -NR⁹COOH, -NR⁹H, -SH, -MgBr, 또는 -Li이며; p, Q¹ 내지 Q⁸, E¹, Y¹, Y², 환A 및 m은 상기 화학식 1의 정의와 동일하다.

또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 반응식 2에 의해 제조될 수도 있다.

[반응식 2]

바이페닐(biphenyl) 화합물의 한 쪽을 E¹-[환A]_m-Z¹ 화합물과 선택적으로 커플링(coupling)한다. 이 중간체 화합물에 또 다른 Z²-[환B]_n-E² 화합물과 커플 링(coupling)시켜 비대칭적인 바이페닐(biphenyl) 화합물을 합성할 수 있다.

상기 반응식 2에서, X¹, X², Z¹ 및 Z²는 각각 독립적으로 할라이드, 메실레이트, 토실레이트, 트리플레이트(triflate) 등의 리빙기(living group), -OH, -(CH₂)_pBr, -(CH₂)_pCl, -(CH₂)_pOH -(CH₂)_pCOCl, -CH=CH-Cl, -C≡CH, -COOH, -COCl, -NR⁹COOH, -NR⁹H, -SH, -MgBr, 또는 -Li이며; p, Q¹ 내지 Q⁸, E¹, E², Y¹, Y², 환A, 환B, m 및 n은 상기 화학식 1의 정의와 동일하다.

본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조방법은, 상기 반응식 1 및 반응식 2에서 사용한 반응물과 동일 또는 유사한 효과를 발휘하는 반응물을 사용하거나, 상기 반응식 1 및 반응식 2와 유사한 경로(scheme)에 의한 제조방법도 포함한다.

본 발명에 따른 수지 조성물은, 고분자 수지 및 본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것이다. 이때, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 고분자 수지의 광학 특성을 제어하는 역할을 할 수 있다.

이러한 목적으로 사용할 경우에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 1종 내지는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수도 있다. 또한, 수지 조성물 내에서 고분자 수지 및 화학식 1로 표시되는 화합물의 사용량은, 중량비로 고분자 수지: 화학식 1로 표시되는 이방성 화합물 = 50:50 ~ 99:1이며, 바람직하게는 70:30 ~ 99:1, 보다 바람직하게는 80: 20 ~ 99:1 일 수 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 혼합 가능한 상기 고분자 수지는 특별히 제한되지 않으며, 일반적으로 광학적 목적으로 사용되는 고분자 수지가 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 고분자 수지는 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리케톤설파이드, 폴리에테르술폰, 시클로올레핀폴리머, 폴리술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 아크릴 수지, 폴리비닐알콜, 폴리프로필렌, 셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스, 에폭시 수지, 페놀 수지 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 이들 고분자 수지는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 사용량은 특별히 한정하지 않는다.

또한, 본 발명의 수지 조성물은 고분자 수지와 이방성 화합물 이외에필요에 따라서 유기 용매를 포함할 수 있다. 유기 용매가 포함됨으로써, 본 발명의 수지 조성물을 사용하여 기재 상에 도포(코팅)하기가 용이해진다.

상기 유기 용매는 특별히 한정되는 것은 아니고, 당업계에 알려진 통상의 것을 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예로는, 시클로헥산, 시클로펜탄, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 부틸벤젠 등의 탄화수소류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류, 아세트산에틸, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 감마-부티로락톤 등의 에스테르류; 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 클로로포름, 디클로로메탄, 사염화탄소, 디클로로에탄, 테트라클로로에탄, 케트라클로로에틸렌, 클로로벤젠 등의 할로겐류; t-부틸알콜, 디아세톤알콜, 글리세 린, 모노아세틴, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 헥실렌글리콜, 에틸렌글리콜모노메틸에테르 등의 알코올류; 페놀, 파라클로로페놀 등의 페놀류; 메톡시벤젠, 1,2-디메톡시벤젠, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 프로필렌글리콜디메틸에테르, 프로필렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜디에틸에테르 등의 에테르류 등이 있다. 또한, 이들 유기 용매는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 사용량은 특별히 한정하지 않는다.

또한, 본 발명의 수지 조성물은 필요에 따라서 계면활성제를 포함할 수 있다. 계면활성제는 기재 상에 도포를 용이하게 하기 위해서 사용될 수 있다. 상기 계면활성제는 특별히 한정되는 것은 아니고, 당업계에 알려진 통상의 것을 사용할 수 있으며, 첨가량은 계면활성제의 종류, 혼합물의 구성 성분의 조성비, 용매의 종류, 기재의 종류에 따라 달라질 수 있다.

또한, 본 발명의 수지 조성물은 기타 첨가제로서 응력 완화제, leveling agent 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 광학 부재는 본 발명에 따른 수지 조성물을 포함한 것이다.

이때, 본 발명에 따른 수지 조성물을 사용하여 필름 형태의 광학 부재를 만드는 경우, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 수지 고형분이 용매를 포함하는 전체 수지 조성물에 대하여 통상 0.1~90 중량%, 바람직하게는 1~50 중량%, 더욱 바람직하게는 5~40 중량%가 되도록 한다. 수지 조성물의 농도가 상기 하한 미 만의 경우에는 필름의 두께를 확보 하기가 어려워지며, 상기 상한 초과의 경우에는 용액의 점도가 너무 커서 균일한 두께의 필름을 얻기가 어렵다.

또한, 본 발명에 따른 수지 조성물을 사용하여 얻어지는 상기 필름은 일축 연신 필름 또는 이축 연신 필름일 수도 있고, 상기 고분자 필름은 친수성 처리나 소수성 처리 등의 표면 처리된 것일 수 있고, 적층 필름이거나 glass 일 수도 있다.

또한, 상기 필름은 본 발명에 따른 수지 조성물을 사용하고, 용융 성형법 또는 용제 cast법 등에 의하여 투명 필름으로 만들 수 있다. 용제 cast법에 의해 투명 필름을 제조하는 경우에는 상기 수지 조성물을 금속 드럼, still belt, 폴리에스테르 필름, 테프론 등의 지지체 위에 도포하고, roller를 이용하여 건조로에서 용매를 건조 후 지지체로부터 필름을 박리하여 제조할 수 있다. 투명 필름 중의 잔류 용매량은 통상 10 중량% 이하이며, 바람직하게는 5 중량% 이하, 보다 바람직하게는 1 중량% 이하이다. 잔류 용매량이 상기 상한을 넘는 경우에 필름의 내열성이 낮아지는 경향을 보인다. 제조 된 투명 필름은 1축 연신 내지는 2축 연신에 의해 고분자 수지의 광특성을 제어할 수도 있다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1: 화합물 합성)

1.0 당량의 3-hydroxybenzoic acid (화합물(1))을 에탄올:물 = 7:3 (v:v) 혼합 용매에 녹인 후 1.2 당량의 1-bromohexane과 2.2 당량의 KOH를 넣고 90℃ 에서 10시간 정도 교반하였다. 에탄올을 감압 증류하여 완전히 제거 한 후 추가로 물을 넣었다. 여기에 10% HCl(aq)을 서서히 가하여 pH를 1~3 사이로 조절하면 고체가 석출되었고, 이를 필터하여 80% 이상의 수율로 화합물(2)를 얻었다. 2.0 당량의 화합물(2)와 1.0 당량의 화합물(3)을 CH₂Cl₂에 용해시켰다. 여기에 2.6 당량의 EDC와 0.2 당량의 DMAP를 넣고 상온에서 10시간 정도 교반하였다. 반응 종료 후 CH₂Cl₂로 work-up 하고 메탄올로 재결정하여 최종 화합물(4)를 85% 이상의 수율로 만들었다. 제조된 화합물(4)의 ¹HNMR은 아래에 기재하였다.

¹HNMR (400MHz, CDCl₃): δ 0.91~0.97 (m, 6H), 1.37 (m, 8H), 1.52 (m, 4H), 1.84 (m, 4H), 2.20 (s, 12H), 4.06 (t, 4H), 7.16 (d, 2H), 7.26 (s, 4H), 7.40 (t, 2H), 7.67 (s, 2H), 7.81 (d, 2H).

(실시예 2: 화합물 합성)

1.0 당량의 3-hydroxybenzoic acid (화합물(1))을 메탄올에 녹인 후 소량의 진한 황산을 가하고 10시간 교반하였다. 메탄올을 감압 증류하여 완전히 제거한 후 추가로 물을 넣었다. 여기에 포화 NaHCO₃ (aq)을 가한 다음 ethyl acetate로 work-up하고, 이를 헥산으로 재결정하여 91% 이상의 수율로 화합물(5)의 methyl ester를 만들었다. 이어서, 1.0 당량의 화합물(5)를 DMF 용매에 녹인 후, 1.2 당량의 2-ethylhexyl-1-bromide (화합물(6))와 1.5 당량의 K₂CO₃를 넣고 90℃에서 10시간 정도 교반하였다. 반응 종료 후 에테르와 물을 이용하여 work-up 하고, 실리카겔을 이용하여 정제하면 약 87%의 수율로 화합물(7)을 만들 수 있었다. 이 1.0 당량의 화합물(7)을 메탄올:물 = 1:1 (v:v) 혼합 용매에 녹인 후, 2.0 당량의 NaOH를 넣고 90℃에서 10시간 정도 교반하였다. 반응 종료 후 에테르와 물을 이용하여 work-up 하면 약 95%의 수율로 화합물(8)을 만들 수 있었다. 이 2.0 당량의 벤조산 화합물(8)과 1.0 당량의 화합물(3)을 CH₂Cl₂에 용해시켰다. 여기에 1.2 당량의 EDC와 0.1 당량의 DMAP를 넣고 상온에서 10시간 정도 교반하였다. 반응 종료 후 CH₂Cl₂로 work-up 하고 실리카겔로 정제한 다음 메탄올로 재결정하여 최종 화합물(9)를 85% 이상의 수율로 만들었다. 제조된 화합물(9)의 ¹HNMR은 아래에 기재하였다.

¹HNMR (400MHz, CDCl₃): δ 0.80~0.95 (m, 12H), 1.25 (m, 8H), 1.38~1.55 (m, 8H), 1.70 (m, 2H), 2.21 (s, 12H), 3.90 (t, 4H), 7.16 (d, 2H), 7.26 (s, 4H), 7.40 (t, 2H), 7.67 (s, 2H), 7.81 (d, 2H).

(실시예 3: 화합물 합성)

출발물질로 3-hydroxybenzoic acid (화합물(1)) 대신 4-hydroxybenzoic acid (화합물(10))를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 최종 화합물(14)를 합성하였다. 제조된 화합물(14)의 ¹HNMR은 아래에 기재하였다.

¹HNMR (400MHz, CDCl₃): δ 0.90~1.00 (m, 12H), 1.37 (m, 8H), 1.42~1.58 (m, 8H), 1.79 (m, 2H), 2.23 (s, 12H), 3.95 (t, 4H), 7.02 (d, 4H), 7.33 (s, 4H), 8.21 (d, 4H).

(실시예 4: 화합물 합성)

출발물질로 3-hydroxybenzoic acid (화합물(1)) 대신 3-hydroxy-5-methylbenzoic acid (화합물(15))를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 최종 화합물(19)를 합성하였다. 제조된 화합물(19)의 ¹HNMR은 아래에 기재하였다.

¹HNMR (400MHz, CDCl₃): δ 0.90~1.00 (m, 12H), 1.38 (m, 8H), 1.40~1.60 (m, 8H), 1.80 (m, 2H), 2.28 (s, 12H), 2.36 (s, 6H), 3.99 (t, 4H), 7.30 (m, 2H), 7.35 (s, 5H), 7.65 (s, 2H), 7.80 (d, 2H).

(실시예 5: 화합물 합성)

출발물질로 3-hydroxybenzoic acid (화합물(1)) 대신 3,5-dihydroxybenzoic acid (화합물(20))를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 최종 화합물(24)를 합성하였다. 제조된 화합물(24)의 ¹HNMR은 아래에 기재하였다.

¹HNMR (400MHz, CDCl₃): δ 0.89~1.00 (m, 24H), 1.30~1.40 (m, 16H), 1.40~1.60 (m, 16H), 1.78 (m, 4H), 2.25 (s, 12H), 3.95 (t, 8H), 6.78 (s, 2H), 7.35 (s, 4H), 7.40 (s, 4H).

(실시예 6: 화합물 합성)

2.0 당량의 화합물(25)와 1.0 당량의 화합물(3)을 CH₂Cl₂에 용해시켰다. 여 기에 2.6 당량의 EDC와 0.2 당량의 DMAP를 넣고 상온에서 10시간 정도 교반시켰다. 반응 종료 후 CH₂Cl₂로 work-up 하고 메탄올로 재결정하여 최종 화합물(26)을 80% 이상의 수율로 합성하였다. 제조된 화합물(26)의 ¹HNMR은 아래에 기재하였다.

¹HNMR (400MHz, CDCl₃): δ 2.20 (s, 12H), 7.26 (s, 4H), 7.66 (m, 4H), 8.30 (m, 4H).

(실시예 7: 상용성 평가)

범용 아크릴레이트 고분자 수지 (Mw=100,000) 90 중량부와 실시예 1에서 합성한 화합물(4) 10 중량부를 ethyl acetate 400 중량부 (농도=20wt%)에 용해시킨 뒤에 glass 위에 도포 후 110℃에서 3분간 bake 하였다. 24시간 상온에서 보관 후에 표면에서의 고체 석출 여부를 확인하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 확인 결과, 24시간 이후에도 이방성 화합물은 석출되지 않았다.

(실시예 8: 상용성 평가)

실시예 1에서 합성한 화합물(4) 대신 실시예 2에서 합성한 화합물(9) 10 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 상용성 평가를 하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 확인 결과, 24시간 이후에도 이방성 화합물은 석출되지 않았다.

(실시예 9: 상용성 평가)

실시예 1에서 합성한 화합물(4) 대신 실시예 3에서 합성한 화합물(14) 10 중 량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 상용성 평가를 하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 확인 결과, 24시간 이후에도 이방성 화합물은 석출되지 않았다.

(실시예 10: 상용성 평가)

실시예 1에서 합성한 화합물(4) 대신 실시예 4에서 합성한 화합물(19) 10 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 상용성 평가를 하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 확인 결과, 24시간 이후에도 이방성 화합물은 석출되지 않았다.

(실시예 11: 상용성 평가)

실시예 1에서 합성한 화합물(4) 대신 실시예 5에서 합성한 화합물(24) 10 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 상용성 평가를 하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 확인 결과, 24시간 이후에도 이방성 화합물은 석출되지 않았다.

(비교예 1: 상용성 평가)

실시예 1에서 합성한 화합물(4) 대신 실시예 1과 유사 반응으로 합성한 화합물(28) 10 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 상용성 평가를 하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 상용성 평가 결과, 필름 제조 후 상온에서 화합물(28)이 필름의 표면에서부터 석출되는 것이 관찰되었다.

(비교예 2: 상용성 평가)

실시예 1에서 합성한 화합물(4) 대신 실시예 2와 유사 반응으로 합성한 화합물(29) 10 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 상용성 평가를 하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 상용성 평가 결과, 필름 제조 후 상온에서 화합물(29)가 필름의 표면에서부터 석출되는 것이 관찰되었다.

이상의 결과로부터, 바이페닐(biphenyl) 메소젠 코어에 적어도 1개 이상의 치환체가 도입(즉, Q¹ 내지 Q⁸ 중 하나 이상은 -H가 아닌 치환체)된 본 발명의 화합물들은, 바이페닐 메소젠 코어에 치환체가 도입되지 않은(즉, Q¹ 내지 Q⁸ 모두 -H) 화합물들 보다 고분자 수지와의 상용성이 우수함을 알 수 있었다. 또한, 메소젠 양측 말단 위치에 가지형 (branched) 치환체를 가지는 경우가 특히 더 좋은 상용성을 보임을 알 수 있었다.

도 1 내지 도 5는 각각 실시예 7 내지 실시예 11에 따른 상용성 평가의 결과를 보여주는 사진이다.

도 6 및 도 7은 각각 비교예 1 및 비교예 2에 따른 상용성 평가의 결과를 보여주는 사진이다.

Claims

하기 화학식 1로 표시되는 화합물.

[화학식 1]

화학식 1에서,
는
이며;

는
이며;

Z는 C이며;

m 및 n은 각각 독립적으로 1이며;

E¹ 및 E²는 각각 독립적으로 -CN이며;

Y¹ 및 Y²는 각각 독립적으로 -C(=O)O- 또는 -OC(=O)-이며,

R¹ 내지 R⁸은 각각 독립적으로 -H, -R⁹ 또는 -OR⁹이고;

Q¹ 내지 Q⁸은 각각 독립적으로 -H 또는 -R⁹이며, 이때 Q¹ 내지 Q⁸ 중 하나 이상은 -H가 아니며;

R⁹는 C₁~C₂₀의 알킬이다.
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제1항에 있어서, 굴절 이방성의 크기가 0.15 이상인 것이 특징인 화학식 1로 표시되는 화합물.
제1항에 있어서, 하기 반응식 1에 의해 제조되는 것이 특징인 화학식 1로 표시되는 화합물.

[반응식 1]

상기 반응식 1에서, X¹, X² 및 Z¹은 각각 독립적으로 할라이드, 메실레이트, 토실레이트, 트리플레이트(triflate), -OH, -(CH₂)_pBr, -(CH₂)_pCl, -(CH₂)_pOH -(CH₂)_pCOCl, -CH=CH-Cl, -C=CH, -COOH, -COCl, -NR⁹COOH, -NR⁹H, -SH, -MgBr, 또는 -Li이며; p는 0 내지 5의 정수이고; Q¹ 내지 Q⁸, E¹, Y¹, Y², 환A, R⁹ 및 m은 상기 화학식 1의 정의와 동일하다.
제1항에 있어서, 하기 반응식 2에 의해 제조되는 것이 특징인 화학식 1로 표시되는 화합물.

[반응식 2]

상기 반응식 2에서, X¹, X², Z¹ 및 Z²는 각각 독립적으로 할라이드, 메실레이트, 토실레이트, 트리플레이트(triflate), -OH, -(CH₂)_pBr, -(CH₂)_pCl, -(CH₂)_pOH -(CH₂)_pCOCl, -CH=CH-Cl, -C=CH, -COOH, -COCl, -NR⁹COOH, -NR⁹H, -SH, -MgBr, 또는 -Li이며; p는 0 내지 5의 정수이고; Q¹ 내지 Q⁸, E¹, E², Y¹, Y², 환A, 환B, R⁹,m 및 n은 상기 화학식 1의 정의와 동일하다.
고분자 수지; 및 제1항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 수지 조성물.
제8항에 있어서, 상기 고분자 수지: 화학식 1로 표시되는 화합물의 중량비는 50: 50 ~ 99: 1인 것이 특징인 수지 조성물.
제8항의 수지 조성물을 포함하는 광학 부재.
제10항에 있어서, 상기 고분자 수지: 화학식 1로 표시되는 화합물의 중량비는 50: 50 ~ 99: 1인 것이 특징인 광학 부재.