KR101176669B1 - 정전기 방지제의 제조방법 - Google Patents

정전기 방지제의 제조방법 Download PDF

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KR101176669B1
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사빅 이노베이티브 플라스틱스 아이피 비.브이.
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Abstract

본 발명은 수성 매질 중에서 하기 화학식 2의 화합물을 하기 화학식 3의 화합물 화학양론적 과량과 혼합한 후, 상기 수성 매질로부터 하기 화학식 1의 포스포늄 설포네이트를 분리하는 것을 포함하는, 화학식 1의 포스포늄 설포네이트 염의 제조방법에 관한 것이다:
화학식 1
Figure 112011098844199-pct00020
상기 식에서,
각각의 X는 독립적으로 할로겐 또는 수소이고, 이때 수소에 대한 할로겐의 몰비는 약 0.90 보다 크며;
p는 0 또는 1이고, q 및 r은 0 내지 약 7의 정수이고, 이때 q+r은 8 보다 작고, p가 0이 아닌 경우 r은 0 보다 크며;
각각의 R은 1 내지 약 18 개의 탄소 원자를 갖는 동일하거나 상이한 탄화수소 라디칼이다.
화학식 2
Figure 112011098844199-pct00021
상기 식에서,
M은 Li 또는 Na이고;
X, q, p 및 r은 상기에서 정의한 바와 같다.
화학식 3
(R)4P-Z
상기 식에서,
Z는 할로겐이고;
R은 상기에서 정의한 바와 같다.

Description

정전기 방지제의 제조방법{METHODS OF MAKING AN ANTISTATIC AGENT}
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본 발명은 정전기 방지제의 제조방법에 관한 것이다.
관련출원
본원은 2004년 4월 13일자로 출원된 미국 가출원 제 60/562,020 호를 우선권으로 주장하며, 이의 전체를 본원에 참고로 인용한다.
열가소성 물질은 자동차 부품에서부터 전기 설비에 이르기까지 광범위한 분야의 물품 및 부품을 제조하는데 유용하게 사용된다. 이들의 폭넓은 용도에 기인하여, 특히 전기분야에서, 열가소성 수지에 정전기 방지제를 첨가하는 것이 요구된다. 많은 폴리머 또는 폴리머 혼합물들은 거의 비전도성이어서 이들의 가공 및 사용 중에 정전하의 축적을 초래할 수 있다. 예를 들면, 하전된 성형 부품은 작은 먼지 입자를 흡착시킴으로써 물품의 투명도를 떨어뜨리는 것 등에 의해 매끄러운 표면 외관을 손상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 정전하는 그러한 폴리머의 생산 과정에서 심각한 장애물이 될 수도 있다.
정전기 방지제는 정전하를 취하는 폴리머의 성질을 감소시키기 위하여, 또는 전하가 존재할 때 그러한 전하의 분산을 촉진하기 위하여 폴리머에 첨가되는 물질이다. 유기 정전기 방지제는 대개 본질적으로 친수성 또는 이온성이다. 폴리머 물질의 표면에 존재할 때 유기 정전기 방지제는 전자의 이동을 촉진하여 정전하의 축적을 막는다. 정전기 방지제는 또한 물품으로 추가가공되기 전의 폴리머 조성물에 첨가되어 왔기 때문에 "내부 적용물(internally applied)"이라고 불리기도 한다. 이러한 방식으로 적용되는 유용한 정전기 방지제는 열적으로 안정하고 가공 중에 표면으로 이동할 수 있다.
주성분으로 계면활성제를 함유하는 수많은 정전기 방지제들이 연구되고 시도되어 왔다. 그러나, 많은 경우 폴리머와의 혼화성의 결여(균등한 분산 방해), 낮은 열안정성, 및/또는 낮은 정전기 방지 특성 등, 하나 이상의 결점을 갖는다. 낮은 열 저항성은 특히 방향족 폴리카보네이트(polycarbonate)와 같은 엔지니어링(engineering) 열가소성 물질의 광학 특성에 불리한 영향을 줄 수 있다.
그러나, 몇몇 설폰산의 특정 포스포늄 염은 유용한 정전기 방지제인 것으로 알려졌다. 미국 특허 제 4,943,380 호는 90-99.9 중량%의 폴리카보네이트 및 하기 일반식으로 표시되는 0.1-10 중량%의 열 저항성 포스포늄 설포네이트를 포함하는 정전기 방지 조성물을 이용하여 폴리카보네이트 수지 정전하를 감소시키는 것을 개시하고 있다:
Figure 112006073698935-pct00001
상기 식에서,
R은 1-18 개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 사슬의 알킬기이고;
R1, R2 및 R3는 각각 1-8 개의 탄소 원자를 갖는 지방족 탄화수소기 또는 6-12 개의 탄소 원자를 갖는 방향족 탄화수소기이고;
R4는 1-18 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소기이다.
미국 특허 제 6,194,497은 열가소성 폴리머, 및 할로겐화 매질 또는 사치환된 포스포늄 양이온의 할로겐화 중쇄 또는 단쇄 알킬설폰산 염을 포함하는 정전기 방지 수지 조성물, 특히 투명 수지 조성물을 개시하고 있다. 상기 특허에 개시된 정전기 방지제는 해당 산을 생성시키는 칼륨 할로알킬설포네이트의 이온 교환에 의해 제조된다. 할로알킬설폰산은 이어 테트라부틸포스포늄 하이드록사이드와 반응하여 정전기 방지제를 생성시킨다.
이러한 합성방법의 잇점은 합성과정 동안 이온 교환 단계를 이용함으로써 매우 순수한 산물, 즉 궁극적으로 폴리카보네이트와 같은 수지의 분해를 야기할 수 있는 할로겐화 화합물을 거의 내지는 전혀 포함하지 않는 산물을 얻을 수 있다는 점이다. 그러나, 이 특별한 합성방법은 상기와 같은 목적을 이루기 위해서는 적합한 반면, 많은 단점도 갖는다. 예를 들면, 이온 교환 단계의 사용은 공정 비용을 증가시키고, 폐기물이 생성되어 이에 대한 처리 과정을 필요로 한다. 이 합성방법은 또한 대응하는 설포닐플루오라이드로부터 제조된 칼륨 염을 개시물질로서 사용한다. 칼륨 퍼알킬설포네이트의 용해도가 20 ℃에서 5 % 정도로 비교적 낮기 때문에, 물/에탄올 혼합물이 이온 교환에서 필요로 된다. 에탄올의 가연성 때문에 합성과정 동안 상당한 안전 예방조치도 필요하다. 뿐만 아니라, 적절한 물/에탄올 비율을 선택하는 것도 중요하다. 과량의 알콜이 최종 산물을 반응 용매에 녹게 만들어, 이러한 산물의 분리를 위해서는 추가적인 추출 과정이 필요하게 된다.
따라서, 당업계에서는 포스포늄 설포네이트 정전기 방지제 뿐만 아니라 이러한 정전기 방지제를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 제조하기 위한 더욱 효율적인 방법, 특히 단일-단계 공정이 요구된다. 이때, 공정의 안전성 및/또는 산물의 순도에 대한 불리한 효과를 갖지 않으면서 높은 수율로 정전기 방지제를 생산할 수 있는 공정이 더욱 바람직할 것이다.
발명의 개요
해당 기술분야의 상술한 문제점 및 그 외의 문제점들은 수성 매질에서 하기 화학식 2의 화합물을 하기 화학식 3의 화합물과 혼합한 후, 상기 수성 매질로부터 화학식 1의 산물을 분리하는 것을 포함하는, 하기 화학식 1의 포스포늄 설포네이트 염의 제조 방법에 의해 해결될 수 있다:
Figure 112006073698935-pct00002
상기 식에서,
각각의 X는 독립적으로 할로겐 또는 수소이고, 이때 수소에 대한 할로겐의 몰비는 약 0.90 보다 크며;
p는 0 또는 1이고, q 및 r은 0 내지 약 7의 정수이고, 이때 q+r은 8 보다 작고, p가 0이 아닌 경우 r은 0 보다 크며;
각각의 R은 독립적으로 1 내지 약 18 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼이다.
Figure 112006073698935-pct00003
상기 식에서,
M은 Li 또는 Na이고;
X, q, p 및 r은 상기에서 정의한 바와 같다.
(R)4P-Z
상기 식에서,
Z는 할로겐이고;
R은 상기에서 정의한 바와 같다.
다른 실시 양태에서, 화학식 1의 포스포늄 설포네이트 염의 제조방법은, 수성 매질 중에서 하기 화학식 4의 화합물을 하기 화학식 5의 화합물 화학양론적 과량과 먼저 혼합한 후, 상기 수성 매질로부터 화학식 1의 산물을 분리하는 것을 포함한다:
Figure 112006073698935-pct00004
(R)4P-OH
상기 식에서,
X, p, q, r 및 R은 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
다른 실시 양태에서, 화학식 1의 포스포늄 설포네이트 염의 제조 방법은, 수성 매질 중, 수산화나트륨 및/또는 수산화 리튬, 상기 화학식 4의 화합물 및 상기 화학식 3의 화합물을 혼합한 후 상기 수성 매질로부터 화학식 1의 포스포늄 설포네이트를 분리하는 것을 포함하며, 이때, X, q, p, r 및 R은 상기에서 정의한 바와 같다.
다른 실시 양태는 상기 제조방법들 중 하나에 의해 제조된 화학식 1의 정전기 방지제를 제공한다.
또 다른 실시 양태는 열가소성 폴리머 및 상기 제조방법들 중 하나에 의해 제조된 정전기 방지제를 포함하는 열가소성 조성물을 제공한다.
본 발명자들은 놀랍게도, 정전기 방지제로서 사용하기에 적합한 포스포늄 할로알킬설포네이트 염이 대응하는 테트라알킬포스포늄 할라이드 및 리튬 또는 나트륨 할로알킬설포네이트 염으로부터 수성 매질 중에서 단일 단계에 의해 쉽게 제조될 수 있다는 것을 발견하였다. 다르게는, 포스포늄 할로알킬설포네이트 염이 대응하는 테트라알킬포스포늄 할라이드 또는 하이드록사이드 및 할로알킬설포닐 플루오라이드로부터 수성 매질 중에서 단일 단계에 의해 쉽게 제조될 수 있다는 것을 발견하였다. 반응물은 쉽게 이용가능하고, 반응 용매로서 물의 사용은 산물의 분리를 쉽게 한다. 즉, 본 발명자들은 놀랍고도 매우 유리한 특성으로서, 반응물의 단순 혼합만으로도 목적하는 정전기 방지 분자를 높은 수율로 침전시킬 수 있음을 발견하였다.
일반적으로, 포스포늄 할로알킬설포네이트 염은 하기 화학식 1로 표시된다:
화학식 1
Figure 112006073698935-pct00005
상기 식에서,
X는 독립적으로 할로겐 또는 수소로부터 선택되고, 이때 수소에 대한 할로겐의 몰 비는 약 0.90 보다 크다. 할로겐은 독립적으로 브롬, 염소, 불소 및 요오드로부터 선택될 수 있으며, 구체적으로는 불소이다.
나아가, 화학식 1에서, p는 0 또는 1이고, q 및 r은 0 내지 약 7의 정수이고, 이때 q+r은 8 보다 작고, p가 0이 아닌 경우 r은 0 보다 크다.
한 실시 양태에서, p는 0이다.
화학식 1에서 각각의 R은 독립적으로 1 내지 약 18 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼이고, 즉 각각의 R은 같거나 다를 수 있으며, 1 내지 약 18 개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 지방족 탄화수소 라디칼 또는 6 내지 약 18 개의 탄소 원자를 갖는 방향족 탄화수소 라디칼일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "방향족" 라디칼은 완전 방향족 라디칼, 아르알킬 라디칼 및 알크아릴 라디칼을 포함한다. 한 실시 양태에서, 유기 포스포늄 양이온 내의 R 기들 중 세 개는 1 내지 약 8 개의 탄소 원자를 갖는 동일한 지방족 탄화수소 라디칼이거나 또는 6 내지 약 12 개의 탄소 원자를 갖는 방향족 탄화수소 라디칼일 수 있고, 네 번째 R 기는 1 내지 약 18 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼일 수 있다.
따라서, 정전기 방지제는 유기 설포네이트 음이온 및 사치환된 유기 포스포늄 양이온을 함유하는 고도로 할로겐화된 포스포늄 설포네이트 염일 수 있다. 구체적인 예로는 과불소화된 염을 들 수 있으나, 불소화(전기분해) 제법에 기인하여 때때로 부분적으로만 불소화된 화합물이 형성된다.
적절한 유기 설포네이트 음이온의 구체적인 예로는 퍼플루오로메탄 설포네이트, 퍼플루오로에탄 설포네이트, 퍼플루오로프로판 설포네이트, 퍼플루오로부탄 설포네이트, 퍼플루오로펜탄 설포네이트, 퍼플루오로헥산 설포네이트, 퍼플루오로헵탄 설포네이트 및 퍼플루오로옥탄 설포네이트 및 이들의 조합을 들 수 있다.
포스포늄 양이온의 구체적인 예로는 테트라메틸 포스포늄, 테트라에틸 포스포늄, 테트라-n-프로필 포스포늄, 테트라아이소프로필 포스포늄, 테트라부틸 포스포늄, 트라이에틸메틸 포스포늄, 트라이부틸메틸 포스포늄, 트라이부틸에틸 포스포늄, 트라이옥틸메틸 포스포늄, 트라이메틸부틸 포스포늄, 트라이메틸옥틸 포스포늄, 트라이에틸라우릴 포스포늄, 트라이메틸스테아릴 포스포늄, 트라이에틸옥틸 포스포늄, 테트라페닐 포스포늄, 트라이페닐메틸 포스포늄, 트라이페닐벤질 포스포늄, 트라이부틸벤질 포스포늄 및 이들의 조합을 들 수 있다.
한 실시 양태는, 수성 매질 중에서 화학식 2의 화합물을 화학식 3의 화합물 화학양론적 과량과 혼합한 후, 화학식 1의 산물을 분리하는 것을 포함하는, 화학식 1의 포스포늄 설포네이트의 제조방법을 제공한다:
화학식 2
Figure 112006073698935-pct00006
상기 식에서, M은 리튬(Li) 또는 나트륨(Na)으로부터 선택된 알칼리 금속이고;
X, q, p 및 r은 상기에서 정의한 바와 같다.
화학식 3
(R)4P-Z
상기 식에서, Z는 할로겐이고, 구체적으로 Z는 브롬 또는 염소일 수 있다.
R은 상기에서 정의한 바와 같다.
한 제조방법에서, 공정은 화학식 2의 퍼할로알킬설포네이트 나트륨 또는 리튬 염을 수성 매질에 용해시키는 단계를 포함할 수 있다. 수성 매질은 예를 들어 에탄올과 같은 공용매를 실질적으로 함유하지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 "수성 매질"은 수용액, 수분산액 또는 수현탁액을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "공용매를 실질적으로 함유하지 않는" 수성 매질이란 약 1 부피% 미만, 구체적으로는 약 0.5 중량% 미만, 더욱 구체적으로는 약 0.1 부피% 미만의 공용매를 함유하는 수성 매질을 의미한다. 공용매의 사용이 가능하고 칼륨 염의 경우에는 이의 사용이 필요한 반면, 공용매를 실질적으로 함유하지 않는 물을 사용하면 높은 순도의 산물을 얻을 수 있고, 휘발성 용매의 사용으로부터 야기되는 안전상의 불안감을 해소할 수 있다. 공용매 사용시, 적절한 공용매는 설포네이트 알칼리 염의 용해를 도우며, 이의 예로는 메탄올, 에탄올 등과 같은 저급 알콜, 및 다이클로로메탄 등과 같은 염소화 용매, 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
퍼할로알킬설포네이트 알칼리 염을 함유하는 수성 매질은 이후 사치환된 포스포늄 할라이드와 반응시킬 수 있다. 첨가 순서는 중요하지 않은데, 즉 반응은 예를 들어 사치환된 포스포늄 할라이드를 수성 매질에 용해한 후, 퍼할로알킬설포네이트 알칼리 염을 첨가하는 방법; 또는 반응물을 동시에 용해하고 혼합하는 방법; 반응물을 용해한 후에 혼합하는 방법 등에 의해서도 수행될 수 있다. 본 발명에서 제조되는 포스포늄 설포네이트 염은 퍼할로알킬설포네이트 알칼리 염 및 사치환된 포스포늄 할라이드의 혼합물을 사용하여 제조될 수 있다.
제조 공정은 넓은 범위의 온도 및 반응 시간에서 수행될 수 있으며, 사용되는 특정 반응물, 공용매(사용시), 원하는 수율, 원하는 순도, 비용, 편리, 제조의 용이함 및 기타 사항에 따라 달라질 것이다. 예를 들면, 많은 공정에서 온도는 일반적으로 약 10 ℃ 내지 약 100 ℃, 구체적으로는 약 20 ℃ 내지 약 95 ℃, 더욱 구체적으로는 약 30 ℃ 내지 약 90 ℃일 수 있다. 한 실시 양태에서, 반응은 실온 또는 주변 온도에서 수행될 수 있는데, 일반적으로 약 20 ℃ 내지 약 25 ℃일 수 있다. 마찬가지로, 반응 시간도 다양할 수 있으나, 일반적으로는 약 5 분 내지 1일, 구체적으로는 약 30 분 내지 약 12 시간, 더욱 구체적으로는 약 60 분 내지 약 4 시간일 수 있다. 이러한 온도 및 시간은 매우 다양할 수 있으며, 당업계의 숙련자에 의해 결정될 수 있다.
사치환된 포스포늄 할라이드는 퍼할로알킬설포네이트 염에 대해서 적어도 동일 몰량으로 사용될 수 있고, 더욱 구체적으로는, 화학식 2의 퍼할로알킬설포네이트 염 대 화학식 3의 사치환된 포스포늄 할라이드의 몰비는 약 1:1.001 내지 약 1:1.5, 구체적으로는 약 1:1.002 내지 약 1:1.1, 더욱 구체적으로는 약 1:1.005 내지 약 1:1.015일 수 있다. 최적 비율은 특정 반응물, 온도, 공용매(사용시) 및 시간에 따라 다양할 수 있으며, 당업계 숙련자에 의해 용이하게 결정된다.
다른 실시 양태에서, 화학식 2의 퍼할로알킬설포네이트 염 대 화학식 3의 사치환된 포스포늄 할라이드의 몰비는 약 1.001:1 내지 약 1.5:1, 구체적으로는 약 1.002:1 내지 약 1.1:1, 더욱 구체적으로는 약 1.005:1 내지 약 1.015:1일 수 있다. 최적 비율은 특정 반응물, 온도, 공용매(사용시) 및 시간에 따라 다양할 수 있으며, 당업계 숙련자에 의해 용이하게 결정된다.
매우 유리한 특징으로서, 반응물 및 수성 매질은 포스포늄 설포네이트 염(1)을 수성 매질로부터 고순도로 침전시키는 것으로 선택되며, 이들은 간단한 여과 및 세척에 의해 불순물, 특히 할로겐-함유 불순물로부터 분리될 수 있다. 사치환된 포스포늄 브로마이드 및/또는 클로라이드와 같은 할로겐-함유 불순물들은 폴리카보네이트와 같은 수지를 분해하는 것으로 알려져 있기 때문에 특별히 제거하는 것이 바람직하다. 원하는 산물과 달리 불순물들은 수용성이기 때문에 불순물의 제거는 물에 세척하는 것을 통해 쉽고 효율적으로 달성될 수 있다.
다른 실시 양태에서는, 수성 매질 중에서 화학식 4의 설포닐플루오라이드를 화학식 5의 사치환된 포스포늄 하이드록사이드 화학량론적 과량과 혼합한 후, 상기 수성 매질로부터 화학식 1의 산물을 분리하는 것을 포함하는, 화학식 1의 포스포늄 설포네이트의 제조방법을 제공한다:
화학식 4
Figure 112006073698935-pct00007
상기 식에서, X, p, q 및 r은 상기에서 정의한 바와 같다.
화학식 5
(R)4P-OH
상기 식에서, R은 상기에서 정의한 바와 같다. 한 실시 양태에서, 반응물과 수성 매질은 포스포늄 설포네이트 염을 수성 매질로부터 침전시키는 것으로 선택된다.
이 실시 양태에서, 화학식 1의 포스포늄 설포네이트 염은 단일 용기에서의 수성 매질 중에서 설포닐플루오라이드(4)와 사치환된 포스포늄 하이드록사이드(5)를 반응시키는 것을 포함하는 단일-단계 공정에 의해 제조될 수 있다. 따라서, 화합물(4)은 공용매를 함유하거나 또는 상술한 바와 같이 공용매를 실질적으로 함유하지 않는 수성 매질에 분산되거나 용해될 수 있으며, 사치환된 포스포늄 하이드록사이드(5)가 여기에 첨가된다. 첨가 순서는 중요하지 않다. 즉, 반응은, 예를 들어, 사치환된 포스포늄 하이드록사이드(5)를 수성 매질에 용해한 후, 설포닐플루오라이드(4)를 첨가하는 방법; 또는 동시에 용해/분산시키고 반응물을 혼합하는 방법에 의해 수행될 수 있다. 다른 설포닐플루오라이드(4) 및/또는 다른 사치환된 포스포늄 하이드록사이드(5)의 조합을 반응시킬 수도 있다.
상기한 바와 같이, 광범위한 반응 시간, 온도 및 기타 공정 조건들이 사용될 수 있으나, 용이한 제조를 위해서는 실온이 바람직하다. 일반적으로 사치환된 포스포늄 하이드록사이드(5)는 설포닐플루오라이드(4) 1몰당 약 2몰 이상의 양으로 사용될 수 있으며, 더욱 구체적으로는 화학식 4의 화합물 대 화학식 5의 포스포늄 하이드록사이드의 몰비는 약 1:2.01 내지 약 1:3, 구체적으로는 약 1:2.1 내지 약 1:2.7, 더욱 구체적으로는 약 1:2.2 내지 약 1:2.6일 수 있다. 최적 비율은 특정 반응물, 온도, 공용매(사용시) 및 시간에 따라 다를 수 있으며, 당업계 숙련자에 의해 용이하게 결정된다.
다른 실시 양태는 수성 매질 중에서, 화학식 4의 설포닐플루오라이드, 화학식 3의 사치환된 포스포늄 할라이드 및 알칼리 금속 또는 알칼리토금속 염기를 혼합한 후, 상기 수성 매질로부터 화학식 1의 포스포늄 설포네이트를 분리하는 것을 포함하는, 화학식 1의 포스포늄 설포네이트 염의 제조방법을 제공한다. 적당한 염기로는, 예를 들면, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화마그네슘 등과 같은 알칼리성 수산화물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 수산화칼륨, 수산화나트륨 및/또는 수산화리튬을 사용할 수 있다. 한 실시 양태에서, 반응물 및 수성 매질은 포스포늄 설포네이트 염을 수성 매질로부터 침전시키는 것이 선택된다.
역시, 첨가 순서는 중요하지 않다. 따라서, 성분들을 동시에 혼합하거나, 사치환된 포스포늄 할라이드(3)를 염기의 수성 용액/분산액에 첨가한 후 이 매질/분산액을 설포닐 플루오라이드(4)의 용액/분산액에 첨가할 수 있다. 또 다른 실시 양태에서는, 설포닐플루오라이드(4) 및 염기를 혼합하여 알칼리 설포네이트 염(2)을 형성할 수 있는 시간동안 반응시킨 후, 포스포늄 할라이드(3)를 매질에 첨가하여 알칼리 설포네이트 염(2)의 분리 없이 산물을 형성시킨다. 이러한 방법은 간단하고, 효과적이며 시간과 재료를 최소화한다. 또 다른 방법으로, 포스포늄 할라이드(3)의 첨가에 앞서 공용매와 함께 또는 공용매를 사용하지 않고 알칼리 설포네이트 염(2)을 분리하고 재용해시킬 수 있다.
광범위한 반응시간, 온도 및 기타 공정 조건이 사용될 수 있으나, 용이한 제조를 위하여 약 25 ℃(실온) 내지 약 100 ℃가 바람직하다. 최적 반응물 비율은 당업계 숙련자에 의해 용이하게 결정될 수 있으며, 예를 들면 상기한 바와 같은 비율이 사용될 수 있다.
본 명세서에 기재된 방법에 의해 제조된 포스포늄 설포네이트 염은 하기 화학식 6의 화합물을 포함한다:
Figure 112006073698935-pct00008
상기 식에서, F는 불소이고;
n은 0 내지 약 7의 정수이고;
S는 황이고;
각각의 R은 1 내지 약 18개의 탄소 원자를 갖는 지방족 탄화수소 라디칼 또는 6 내지 약 18개의 탄소 원자를 갖는 동일하거나 다른 방향족 탄화수소 라디칼이다. 한 실시 양태에서, 유기 포스포늄 양이온 내의 R 기들 중 세 개는 1 내지 약 8 개의 탄소 원자를 갖는 동일한 지방족 탄화수소 라디칼이거나 또는 6 내지 약 12 개의 탄소 원자를 갖는 방향족 탄화수소 라디칼일 수 있고, 네 번째 R 기는 1 내지 약 18 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼일 수 있다. 주성분으로 화학식 6의 불소화된 포스포늄 설포네이트를 포함하는 정전기 방지 조성물은 정전기 방지능, 혼화성 및 열저항 특성을 이용하기 위하여 다수의 다른 방식으로, 예를 들면 그러한 정전기 방지능을 열가소성 수지에 제공하는 데에 사용될 수 있다. 적절한 열가소성 수지로는 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 에테르/폴리스티렌 혼합물, 폴리아마이드, 폴리케톤, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 또는 상기 폴리머들 중 하나 이상의 조합을 들 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 포스포늄 설포네이트 염은 저용융 반-고체 물질이기 때문에 용융액 상태로 취급될 수 있다. 본 명세서의 몇몇 실시 양태들은 실온(약 15 ℃ 내지 약 25 ℃)에서 결정질 고형물이어서 칭량 및 취급이 쉽고 상술한 열가소성 수지에 첨가하기도 쉽다.
열가소성 수지 뿐만 아니라, 열가소성 조성물은 이러한 형태의 수지 조성물에 일반적으로 혼입되는 다양한 첨가제를 포함할 수 있으며, 첨가제 혼합물도 사용될 수 있다. 이러한 첨가제는 조성물을 형성하기 위하여 성분들을 혼합하는 동안 적절한 시기에 혼합될 수 있다. 적당한 첨가제의 예로는 충격 보강제, 충진제, 열 안정제, 산화 방지제, 광 안정제, 가소제, 이형제, UV 흡수제, 윤활제, 안료, 염료, 착색제, 발포제, 적하 방지제(antidrip agent), 방염제 등이 있다.
이러한 방법을 수행하는 일반적인 방식은 작용제(agent)를 직접 열가소성 수지에 첨가하고 폴리머를 생산 또는 제작할 때 작용제를 혼합하는 것이다. 이는 압출(extrusion), 사출(injection), 성형(molding), 압축성형(compression molding) 또는 캐스팅(casting)과 같은 전통적인 방법에 의해 수행될 수 있다. 열가소성 조성물은 당업계에서 일반적으로 이용 가능한 방법, 예를 들면, 한 실시 양태의 한 제조방법에서, 분말 열가소성 수지, 정전기 방지제, 및/또는 다른 선택적 성분들을 선택적으로 유리 단연사(chopped glass strand) 또는 다른 충진제와 함께 헨쉘(Henschel) 고속 믹서에서 먼저 혼합하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 수동 혼합을 포함하나 이에 제한되지 않는 다른 저 전단 공정(low shear process)으로도 이러한 혼합을 수행할 수 있다. 이후, 혼합물은 호퍼(hopper)를 거쳐 2축 압출기의 입구로 공급된다. 다른 방법으로, 하나 이상의 성분들을 직접 압출기의 입구로 공급하고/하거나 측면 스터퍼(stuffer)를 통해 하부로 공급함으로써 조성물에 혼입할 수 있다. 이러한 첨가제들은 또한 원하는 폴리머 수지와 함께 마스터배치(masterbatch)에서 혼합되어 압출기로 공급될 수 있다. 압출기는 일반적으로 조성물의 유동에 필요한 온도보다 높은 온도에서 작동된다. 압출물은 수조(water bath)에서 즉시 냉각되어 펠렛화된다. 제조된 펠렛은 압출물을 절단할 때 원하는바에 따라 1/4 인치 또는 그 이하의 길이일 수 있다. 이러한 펠렛은 이후의 성형(molding), 형태화(shaping) 또는 형체화(forming)에 사용될 수 있다.
열가소성 수지에 첨가되는 포스포늄 설포네이트 염의 양은 정전하를 감소시키거나 제거하는데 효과적인 양으로서 다양할 수 있다. 정전기 방지 치환된 포스포늄 설포네이트 염이 너무 적은 양으로 수지에 첨가되는 경우에는 수지로 만들어진 물품에 정전하가 축적되는 경향이 여전히 있을 수 있다는 것이 발견되었다. 정전기 방지 첨가제가 너무 많이 사용되는 경우에는 비경제적이며, 특정 수준에서는 수지의 다른 특성에 불리한 영향을 미칠 수 있다. 향상된 정전기 방지 특성을 갖는 열가소성 조성물은 정전기 방지제 및 폴리머의 총중량에 대하여 약 0.01 내지 약 10 중량%, 구체적으로는 약 0.2 내지 약 2.0 중량%, 더욱 구체적으로는 약 0.5 내지 약 1.5 중량%의 정전기 방지제를 약 90 내지 99.99 중량%, 구체적으로는 약 99 내지 약 99.8 중량%, 더욱 구체적으로는 약 98.5 내지 약 99.5 중량%의 폴리머와 함께 사용함으로써 제조될 수 있다. 한 실시 양태에서, 투명 폴리카보네이트 등급에서 이러한 내부 적용법에 의해 좋은 결과를 얻기 위해서는, 정전기 방지제를 성형 조성물에 대하여 일반적으로 약 0.01 내지 약 3.0 중량%, 구체적으로는 약 0.1 내지 약 1.5 중량%, 더욱 구체적으로는 약 0.4 내지 약 0.8 중량%의 양으로 사용한다. 본 발명에서 제공되는 정전기 방지제는 포스포늄 알킬 설포네이트와 같은 종래의 이온 계면활성제보다 더욱 강한 내열성을 가지며, 더 적은 양이 첨가될 수 있고, 수지 조성물은 우수한 투명도 및 기계적 특성을 갖는다.
상술한 포스포늄 염은 향상된 열 안정성을 갖는 열가소성 폴리머 조성물을 제조하는데도 사용될 수 있다. 한 실시 양태에서, 상기 제조방법 중 하나에 의해 제조된, 정전기 방지제를 포함하는 폴리카보네이트 조성물은 130 ℃에서 936 시간 동안 처리된 후, 약 15 미만, 구체적으로는 약 10 미만, 더욱 구체적으로는 약 8 미만, 가장 구체적으로는 약 6 미만의 황색도(Yellowness Index)를 갖는다.
정전기 방지제를 포함하는 열가소성 조성물은, 예를 들면, 모니터 외장(housing)과 같은 컴퓨터 및 사무기기 외장, 핸드폰 외장과 같은 휴대용 전자기기 외장, 전기 커넥터(connector), 조명 기구 구성 요소, 장식품, 가전제품, 지붕, 온실, 일광욕실, 수영장 주변부, 반도체 포장재용 캐리어 테이프, 자동차 부품 등과 같은 물품을 만드는데 사용될 수 있다.
열가소성 조성물은 필름 및 시트(sheet) 압출, 사출성형(injection molding), 가스-이용 사출성형(gas-assist injection molding), 압출성형, 압축성형, 중공성형(blow molding)과 같은 공정을 이용하여 물품으로 전환될 수 있다. 필름 및 시트 압출 공정은 용융 캐스팅(melt casting), 필름 취입 압출(blown film extrusion) 및 캘린더링(calendaring)을 포함하나 이에 국한되는 것은 아니다. 공압출(co-extrusion) 및 라미네이션(lamination) 공정이 복합 다층 필름 또는 시트를 만드는 데에 사용될 수 있다. 스크래치(scratch) 방지, 자외선 방지능, 미적 표현 등의 부가적인 특성을 주기 위하여 단층 또는 다층의 코팅이 단층 또는 다층 기판에 적용될 수 있다. 코팅은 롤링(rolling), 분무(spraying), 침지(dipping), 브러싱(brushing) 또는 흐름 코팅과 같은 응용 기술을 통하여 적용될 수 있다. 필름 또는 시트는 또한 적절한 용매 중의 열가소성 조성물의 용액 또는 현탁액을 기판, 벨트 또는 롤상에 캐스팅한 후 용매를 제거하는 방법으로도 제조될 수 있다.
배향 필름(oriented film)은 종래의 연신 기술을 이용하여 열변형 온도 부근에서 필름 취입 압출을 통해 또는 캐스트 또는 캘린더링된 필름을 연신함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 방사형 연신 팬터그래프(radial stretching pantograph)가 다축 동시 연신에 사용될 수 있고, x-y 방향 연신 팬터그래프가 평면 x-y 방향에서의 동시 또는 순차적인 연신에 사용될 수 있다. 기계 방향 연신을 위한 다른 속도 롤부 및 횡측 방향 연신을 위한 텐터 프레임(tenter frame) 부가 구비된 장치와 같은 순차적인 단축 연신부를 갖는 장치가 또한 단축 및 이축 연신을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 열가소성 조성물은 또한 제1면과 제2면을 갖는 제1 시트 및 제1면과 제2면을 갖는 제2시트를 포함하는 다중벽(multiwall) 시트로 전환될 수 있으며, 이때 상기 제1 시트는 열가소성 폴리머를 포함하고, 제1 시트의 제1면은 다수의 리브(ribs)의 제1면 위에 놓이며, 상기 제2 시트는 열가소성 폴리머를 포함하고, 상기 제2 시트의 제1면은 다수의 리브의 제2면 위에 놓이고 상기 다수의 리브의 제1면은 다수의 리브의 제2면과 대향한다.
상술한 필름 및 시트는 추가로, 예를 들어 열형체화(thermoforming), 진공형체화(vaccum forming), 가압형체화(pressure forming), 사출성형 및 압축성형 등과 같은 형체화 및 성형 공정을 거쳐 성형품으로 열가소성 처리될 수 있다. 다층 성형품도 열가소성 수지를 단층 또는 다층 필름 또는 시트 기판 상에 사출성형하여 제조될 수 있는데, 예를 들면, 스크린 프린팅 또는 이송 염료를 사용하여 선택적으로 하나 이상의 표면 색상을 가지는 단층 또는 다층 열가소성 기판을 제공하고; 기판을 삼차원 형태로 형체화 및 절단(trimming)한 후 기판을 기판의 삼차원 형태와 일치하는 표면을 갖는 몰드에 맞추는 것에 의해 몰드 형태와 일치시키고; 열가소성 수지를 기판 뒤의 몰드 공동(mold cavity)으로 주입하여 (ⅰ) 영구 결합된 삼차원 일체물을 생산하거나, (ⅱ) 인쇄 기판의 패턴이나 미적 효과를 주입된 수지로 전달하고 인쇄 기판을 제거하여 성형된 수지에 미적 효과를 부여함으로써 제조될 수 있다.
당업계 숙련자들은 또한 열-고정(heat-setting), 텍스쳐링(texturing), 엠보싱(embossing), 코로나(corona) 처리, 화염 처리, 플라즈마 처리 및/또는 진공 증착을 포함하나 이에 국한되지 않는 공지된 경화(curing) 및 표면 개질 공정을 상기 물품에 추가로 적용하여 물품의 표면 특성을 변경하고 물품에 추가 기능을 부여할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시 양태는 상기 열가소성 조성물로부터 제조된 물품, 시트 및 필름을 제공한다.
상기 공정들은 신속하면서도 높은 순도로 포스포늄 염(1)을 제조하는데 사용될 수 있다. 한 실시 양태에서, 이온성 불순물의 총량은 약 650 ppm(part per million) 미만, 구체적으로는 약 500 ppm 미만, 더욱 구체적으로는 약 100 ppm, 훨씬 더 구체적으로는 약 50 ppm 미만, 가장 구체적으로는 약 10 ppm 미만이다. 다른 실시 양태에서, 산물은 약 5 ppm 미만의 알칼리 금속, 바람직하게는 약 4 ppm 미만의 알칼리 금속을 포함한다. 또 다른 실시 양태에서, 산물은 약 500 ppm 미만, 구체적으로는 약 100ppm 미만, 더욱 구체적으로는 약 50 ppm 미만, 가장 구체적으로는 약 10 ppm 미만의 할라이드를 포함한다. 다른 이온성 오염물들, 예를 들면, 포스페이트 또는 설페이트는 각각 약 100 ppm 미만, 구체적으로는 약 50 ppm 미만, 더욱 구체적으로는 약 10 ppm 미만의 양으로 존재한다.
본 발명에 의한 제조 방법을 하기 실시예를 들어 더욱 구체적으로 설명하나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
10 ℃/분의 스캔 속도로 50 ℃ 내지 100 ℃에서 샘플을 스캐닝(scanning)하여 시차주사열량계(differential scanning calorimetry, DSC) 측정을 수행하였다. 열 중량 분석(thermal gravimetric analysis, TGA)은 10 ℃/분의 스캔 속도로 50 ℃ 내지 600 ℃에서 샘플을 스캐닝하여 수행하였다. 염의 이온 농도는 이온 크로마토그래피에 의해 측정하였다. 황색도(YI)는 프로파레트(propalette) 소프트웨어를 이용한 그레텍 맥베스(Gretag McBeth) 컬러-아이(color-eye) 7000A를 이용하여 측정하였다.
하기의 실시예에서, "MQ 수(water)"는 밀리큐 시스템(MilliQR System)(MilliQR은 밀리포어 코포레이션(Millipore Corporation)의 상표이다)을 통해 탈이온화되고 처리된 물을 지칭한다. "TBPBr"은 테트라부틸 포스포늄 브로마이드를 나타낸다.
실시예 1
먼저, 5.00 g(MW 302, 16.55 mmol)의 퍼플루오로부탄 설포닐 플루오라이드("A")를 100-㎖ 2-목 둥근바닥 플라스크에 담아 무게를 재고, 마그네틱 교반기로 교반하여 85 ℃의 오일 배스(bath)에서 환류시켰다.
그 다음, 0.95 g(24.83 mmol)의 수산화리튬(LiOH)을 25 ㎖의 MQ 수에 첨가하여 용해한 후, 이를 천천히 A에 첨가하였다. 혼합물을 1 시간 동안 환류시키고, 다시 25 ㎖의 MQ 수를 첨가한 후 교반하였다. 용해되지 않은 잔류물은 여과해 내고 다른 100-㎖ 2-목 둥근바닥 플라스크에 담아 85 ℃의 오일 배스에서 재가열하였다. 그런 다음, 8.43 g의 TBPBr(24.83 mmol)을 25 ㎖의 MQ 수에서 용해시키고 천천히 여과물을 첨가하여 정전기 방지제 산물을 형성시켰다. 용해된 모든 TBPBr을 혼합물에 첨가한 후, 혼합물을 15분 동안 교반하였다. 혼합물을 바람직하게는 얼음/물 배스에서 냉각시키고, 물을 따라냈다. 100 ㎖의 MQ 수를 다시 첨가하고 85 ℃의 오일 배스에서 가열하면서 15분 동안 교반하였다. 혼합물을 실온까지 냉각시 키고, 산물을 여과를 통해 분리해내어, 25 ㎖의 MQ 수로 세척하였다. 산물을 진공 건조 오븐에서 50 ℃로 건조시켰다. 정전기 방지제의 이론적인 수율은 9.24 g이며, 3.8 g이 얻어졌다.
실시예 2
먼저, 54.8 g(180.837 mmol)의 리튬 퍼플루오로부탄 설포네이트("Li Rimar")를 실온에서 300 ㎖의 MQ 수에 첨가하여 용해하고, 60.8 g(179.062 mmol)의 TBPBr을 실온에서 200 ㎖의 MQ 수에 첨가하여 용해하였다. TBPBr 용액을 여과한 후, 프로펠러 교반기로 교반하면서 이를 조금씩 Li Rimar 염 용액에 부어 정전기 방지제 산물을 제조하였다. 모든 TBPBr을 혼합한 후, 반응 혼합물을 15분 동안 교반하였다. 반응 종료시 정전기 방지제 산물을 여과를 통해 분리해 내고 50 ㎖의 MQ 수로 세척하여 대부분의 불순물을 제거하였다. 정전기 방지제 산물을 MQ 수에 현탁하여 80 ℃까지 가열하고 이를 수분 동안 교반한 후, 혼합물을 냉각시켜 정전기 방지제 산물을 재결정화시킴으로써 추가의 정제를 수행하였다. 정전기 방지제 산물을 이후 여과에 의해 분리하고 50 ℃의 진공 건조 오븐에서 건조시켰다. 정전기 방지제의 이론적인 수율은 100.0 g이며, 87.1 g이 얻어졌다.
실시예 3
먼저, 5.00 g(MW 302, 16.55 mmol)의 퍼플루오로부탄 설포닐 플루오라이드("A")를 100-㎖ 2-목 둥근바닥 플라스크에 담아 무게를 재고, 마그네틱 교반기로 교반하여 85 ℃의 오일 배스(bath)에서 환류시켰다.
그 다음, A의 2.4배의 양인 32 중량%의 NaOH 용액, 즉 1.58 g의 NaOH에 해당하는 39.72 mmol의 NaOH 용액(4.94 g의 32 중량% 용액)을 천천히 첨가하였다. 혼합물을 다시 1 시간 동안 환류시킨 후, 50 ㎖의 MQ 수를 첨가하여 모두 용해될 때까지 교반하였다. 그런 다음, 5.62 g의 TBPBr(16.55 mmol)을 25 ㎖의 MQ 수에서 용해시킨 후, 상기 용액에 천천히 첨가하여 정전기 방지제 산물을 제조하였다. 모든 용해된 TBPBr을 첨가한 후, 혼합물을 15분 동안 교반하였다. 혼합물을 바람직하게는 얼음/물 배스에서 냉각시킨 후, 물을 따라냈다. 100 ㎖의 MQ 수를 다시 첨가하고 85 ℃의 오일 배스에서 가열하면서 15분 동안 교반하였다. 혼합물을 실온까지 냉각시키고, 정전기 방지제 산물을 여과를 통해 분리해낸 뒤, 25 ㎖의 MQ 수로 세척하였다. 정전기 방지제 산물을 진공 건조 오븐에서 50 ℃로 건조시켰다. 정전기 방지제의 이론적인 수율은 9.24 g이며, 5.8 g이 얻어졌다.
실시예 4
먼저 5.77 g(18.083 mmol)의 나트륨 퍼플루오로부탄 설포네이트("Na Rimar")를 실온에서 50 ㎖의 MQ 수에 첨가하여 용해하고, 6.08 g(17.906 mmol)의 TBPBr을 실온에서 20 ㎖의 MQ 수에 첨가하여 용해하였다. TBPBr 용액을 여과한 후, 강력한 마그네틱 교반기로 교반하면서 Na Rimar 염 용액에 조금씩 부어, 정전기 방지제 산물을 제조하였다. 모든 TBPBr을 혼합한 후, 반응 혼합물을 15분 동안 교반하였다. 반응 종료 시 정전기 방지제 산물을 여과를 통해 분리해 내고 50 ㎖의 MQ 수로 세척하여 대부분의 불순물을 제거하였다. 정전기 방지제 산물을 MQ 수에 현탁하여 80 ℃까지 가열하고 이를 수 분 동안 교반한 후, 혼합물을 냉각시켜 정전기 방지제 산물을 재결정화시킴으로써 추가의 정제를 수행하였다. 정전기 방지제 산물을 이후 여과에 의해 분리하고 50 ℃의 진공 건조 오븐에서 건조시켰다. 정전기 방지제의 이론적인 수율은 10.0 g이며, 8.10 g이 얻어졌다.
실시예 5
먼저, 5.00 g(MW 302, 16.55 mmol)의 퍼플루오로부탄 설포닐 플루오라이드("A")를 100-㎖ 2-목 둥근바닥 플라스크에 담아 무게를 재고, 마그네틱 교반기로 교반하여 85 ℃의 오일 배스(bath)에서 환류시켰다. 그 다음, 50 중량%의 KOH 용액 4.46 g을 천천히 첨가하여 2.4 당량의 KOH(2.23 g, 39.72 mmol)(50 중량 % 용액 4.46 g)을 제조하였다. 혼합물을 한 시간 동안 환류시킨 후, 75 ㎖의 에탄올/MQ(부피비=3/4)를 첨가하여 모두 용해될 때까지 교반하였다. 그런 다음, 5.56 g의 TBPBr(16.38 mmol)을 25 ㎖의 MQ 수에서 용해시킨 후, 상기 용액에 천천히 첨가하여 정전기 방지제 산물을 제조하였다. 모든 용해된 TBPBr을 첨가한 후, 혼합물을 15분 동안 교반한 후, 실온까지 냉각시켰다. 정전기 방지제 산물을 분별 깔때기에서 75 ㎖의 디클로로메탄으로 추출해 내고, 50 ㎖의 MQ 수로 3회 세척하였다. 유기층은 진공(50 ℃, pstart=475 mbar 및 pend=125 mbar)하에서 제거하였다. 정전기 방지제 산물을 MQ 수에 현탁하여 80 ℃까지 가열하고 이를 수분 동안 교반한 후, 혼합물을 냉각시켜 정전기 방지제 산물을 재결정화시킴으로써 추가의 정제를 수행하였다. 정전기 방지제 산물을 이후 여과에 의해 분리하고 50 ℃의 진공 건조 오븐에서 건조시켰다. 정전기 방지제의 이론적인 수율은 9.24 g이며, 6.04 g이 얻어졌다.
비교 실시예 6
먼저, 6.06 g(17.9 mmol)의 칼륨 퍼플루오로부탄 설포네이트("K Rimar")를 75 ㎖의 에탄올/MQ 수용액(부피비=3/4) 및 6.01 g(17.7 mmol)의 TBPBr을 실온에서 25 ㎖의 MQ 수에 첨가하여 용해하였다. TBPBr 용액을 K Rimar 염 용액에 교반하면서 조금씩 부어 정전기 방지제 산물을 제조하였다. 모든 용해된 TBPBr을 첨가한 후, 혼합물을 15분 동안 교반하였다. 정전기 방지제 산물을 분별 깔때기에서 75 ㎖의 디클로로메탄으로 추출해 내고, 50 ㎖의 MQ 수로 3회 세척하였다. 유기층은 진공(50 ℃, pstart=475 mbar 및 pend=125 mbar)하에서 제거하였다. 정전기 방지제 산물을 MQ 수에 현탁하여 80 ℃까지 가열하고 이를 수 분 동안 교반한 후, 혼합물을 냉각시켜 정전기 방지제 산물을 재결정화시킴으로써 추가의 정제를 수행하였다. 정전기 방지제 산물을 이후 여과에 의해 분리하고 50 ℃의 진공 건조 오븐에서 건조시킬 수 있다. 정전기 방지제의 이론적인 수율은 10.0 g이며, 8.91 g이 얻어졌다.
비교 실시예 7
먼저, 5.00 g(MW 302, 16.55 mmol)의 A를 100-㎖ 2-목 둥근바닥 플라스크에 담아 무게를 재고, 마그네틱 교반기로 교반하여 85 ℃의 오일 배스(bath)에서 환류시켰다.
그 다음, 10.98 g(39.72 mmol)의 40 중량% 테트라부틸포스포늄 하이드록사이드를 첨가하여 한 시간 동안 환류시키고, 다시 50 ㎖의 MQ 수를 첨가한 후 15분 동안 교반하였다. 혼합물을 바람직하게는 얼음/물 배스에서 냉각시키고, 물을 따라내었다. 100 ㎖의 MQ 수를 다시 첨가하고 85 ℃의 오일 배스에서 가열하면서 15분 동안 교반하였다. 혼합물을 실온까지 냉각시키고, 정전기 방지제 산물을 여과를 통해 분리해내고, 25 ㎖의 MQ 수로 세척하였다. 정전기 방지제 산물을 진공 건조 오븐에서 50 ℃로 건조시켰다. 정전기 방지제의 이론적인 수율은 9.24 g이며, 7.4 g이 얻어졌다.
표 1은 상기 실시예 1-7에 기재된 다양한 합성 방법을 통해 제조된 정전기 방지제의 특성을 나타낸다. 참조 샘플은 듀퐁(Dupont)에서 구입한 상표명 Zonyl®FASP-1의 퍼플루오로부탄설포네이트 정전기 방지제이다. 녹는점은 시차주사열량계를 이용하여 측정하였다. 정전기 방지제의 열 분해는 열 중량 분석에 의해 측정하였으며 분해가 처음 관찰된 온도에서 측정하였다.
Figure 112006073698935-pct00009
상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 실시예 3의 제조방법이 높은 수율 면에서 특히 우수하며, 합성 과정도 간단하다.
표 2는 실시예 1-7에 기재된 다양한 합성 방법으로 제조된 정전기 방지제가 80 ℃에서 물로 세척한 후 이온성 불순물을 적게 포함한다는 것을 보여준다.
Figure 112010022032756-pct00010
상기 표 2에서 알 수 있듯이, 정전기 방지제에서 통상적으로 발견되는 소정의 부산물은 폴리카보네이트와 같은 배합된 열가소성 폴리머의 특성에 해로울 수 있다. 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 브롬의 양이 증가할수록 130℃에서 936시간 동안 열 처리 후 폴리카보네이트의 황화가 증가할 수 있다. 하기 표 3은 또한 제시된 양의 이온성 불순물을 함유하는 폴리카보네이트의, 열 처리 후, YI(ΔYI)의 변화를 나타낸 것이다. 칼륨 및 나트륨 불순물에 의한 것처럼 보이는 점들이 열-처리된 폴리카보네이트에서 관찰되었다.
Figure 112006073698935-pct00011
상기 실시예들의 정전기 방지제의 세척 효율을 측정하기 위하여, 상기 실시예 2에서 제조된 10.02 g의 세척하지 않은 정전기 방지제를 150 ㎖ 비커에 담아 무게를 재고, 100 ㎖의 MQ 수를 첨가하였다. 물에 정전기 방지제가 균일하게 혼합될 수 있도록 실온에서 15분 동안 교반하였다. 정전기 방지제를 여과하여 건조한 후, 이온성 불순물을 측정하였다.
두 번째 실험으로, 상기 실시예 2에서 제조된 10.06 g의 세척하지 않은 정전기 방지제를 150 ㎖ 비커에 담아 무게를 재고, 100 ㎖의 MQ 수를 첨가하였다. 물에 정전기 방지제가 균일하게 분산될 수 있도록 80 ℃에서 15분 동안 교반하였다. 이 온도에서 실시예 2의 정전기 방지제는 융해되어 교반하는 동안 에멀젼을 형성한다. 그 다음, 혼합물을 냉각하고 고체를 여과하여 건조한 후, 이온성 불순물을 측정하였다. 표 4는 세척 후의 수율을 나타내고, 표 5는 이온 크로마토그래피 결과를 나타낸다.
Figure 112006073698935-pct00012
Figure 112006073698935-pct00013
상기의 모든 실시예에 따라 정전기 방지제를 합성할 수 있다. 실온 또는 80 ℃에서 물로 정전기 방지제를 세척하는 것에 의해 임의의 이온성 불순물이 쉽게 제거될 수 있다.
단수 형태의 단어는 따로 분명히 언급하지 않는 한 복수의 대상을 포함한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 순서, 양 또는 중요도 등을 나타내는 것이 아니라, 하나의 요소를 다른 것과 구별하기 위하여 사용되는 것이다. 같은 특징을 나타내는 모든 범위의 말단값은 조합될 수 있고 제시된 말단값을 포함한다. 양과 관련하여 사용된 수식어구인 "약"은 기재된 값을 포함하며, 상황에 따라 정해지는 의미를 갖는다(예를 들면, 특정 양의 측정에 수반되는 오차 범위를 포함한다). 모든 참고문헌들은 본 명세서에 참고로서 인용된다.
전형적인 양태들이 설명을 목적으로 제시되었으나, 이러한 설명이 본 발명의 범주를 제한하는 것은 아니다. 즉, 당업계의 숙련자들은 본 발명의 특징 및 범주를 벗어나지 않는 한 다양하게 변형하고 응용하고 선택할 수 있다.

Claims (28)

1 부피% 미만의 비수성 매질을 포함하는 수성 매질 중에서, 하기 화학식 2의 화합물을 하기 화학식 3의 화합물과, 화학식 2의 화합물 대 화학식 3의 화합물의 몰비가 1:1.001 내지 1:1.5이도록 혼합한 후, 상기 수성 매질로부터 하기 화학식 1의 포스포늄 설포네이트를 분리하는 것을 포함하는, 화학식 1의 포스포늄 설포네이트 염의 제조방법:
화학식 1
Figure 112011098844199-pct00014
화학식 2
Figure 112011098844199-pct00015
화학식 3
(R)4P-Z
상기 식에서,
각각의 X는 독립적으로 할로겐 또는 수소이고, 이때 수소에 대한 할로겐의 몰비는 0.90 보다 크며;
p는 0 또는 1이고, q 및 r은 0 내지 7의 정수이고, 이때 q+r은 8 보다 작고, p가 0이 아닌 경우 r은 0 보다 크며;
각각의 R은 1 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 동일하거나 상이한 탄화수소 라디칼이고;
M은 Li 또는 Na이고;
Z는 할로겐이다.
수성 매질 중에서 하기 화학식 4의 화합물과 하기 화학식 5의 화합물을 혼합한 후, 상기 수성 매질로부터 하기 화학식 1의 포스포늄 설포네이트를 분리하는 것을 포함하는, 화학식 1의 포스포늄 설포네이트 염의 제조방법:
화학식 1
Figure 112011098844199-pct00023
화학식 4
Figure 112011098844199-pct00024
화학식 5
(R)4P-OH
상기 식에서,
각각의 X는 독립적으로 할로겐 또는 수소이고, 이때 수소에 대한 할로겐의 몰비는 0.90 보다 크며;
p는 0 또는 1이고, q 및 r은 0 내지 7의 정수이고, 이때 q+r은 8 보다 작고, p가 0이 아닌 경우 r은 0 보다 크며;
각각의 R은 1 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 동일하거나 상이한 탄화수소 라디칼이다.
수성 매질 중에서 수산화나트륨 및/또는 수산화리튬, 하기 화학식 4의 화합물 및 하기 화학식 3의 화합물을 혼합한 후, 상기 수성 매질로부터 하기 화학식 1의 포스포늄 설포네이트를 분리하는 것을 포함하는, 화학식 1의 포스포늄 설포네이트 염의 제조방법:
화학식 1
Figure 112011098844199-pct00025
화학식 4
Figure 112011098844199-pct00026
화학식 3
(R)4P-Z
상기 식에서,
각각의 X는 독립적으로 할로겐 또는 수소이고, 이때 수소에 대한 할로겐의 몰비는 0.90 보다 크며;
p는 0 또는 1이고, q 및 r은 0 내지 7의 정수이고, 이때 q+r은 8 보다 작고, p가 0이 아닌 경우 r은 0 보다 크며;
각각의 R은 1 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 동일하거나 상이한 탄화수소 라디칼이고;
Z는 할로겐이다.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
X가 불소이고;
Z가 브롬 또는 염소이고;
R 기들 중 세 개가 1 내지 8 개의 탄소 원자를 갖는 동일한 지방족 탄화수소 라디칼이거나 6 내지 12 개의 탄소 원자를 갖는 동일한 방향족 탄화수소 라디칼이고, 네 번째 R 기가 1 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 라디칼인 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
p가 0인 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
설포네이트가 퍼플루오로메탄 설포네이트, 퍼플루오로에탄 설포네이트, 퍼플루오로프로판 설포네이트, 퍼플루오로부탄 설포네이트, 퍼플루오로펜탄 설포네이트, 퍼플루오로헥산 설포네이트, 퍼플루오로헵탄 설포네이트, 퍼플루오로옥탄 설포네이트, 또는 상기 설포네이트 중 하나 이상의 조합이고; 포스포늄이 테트라메틸 포스포늄, 테트라에틸 포스포늄, 테트라부틸 포스포늄, 트라이에틸메틸 포스포늄, 트라이부틸메틸 포스포늄, 트라이부틸에틸 포스포늄, 트라이옥틸메틸 포스포늄, 트라이메틸부틸 포스포늄, 트라이메틸옥틸 포스포늄, 트라이메틸라우릴 포스포늄, 트라이메틸스테아릴 포스포늄, 트라이에틸옥틸 포스포늄, 또는 테트라페닐 포스포늄, 트라이페닐메틸 포스포늄, 트라이페닐벤질 포스포늄 및 트라이부틸벤질 포스포늄 중에서 선택된 방향족 포스포늄, 또는 상기 포스포늄 중 하나 이상의 조합인 방법.
제 6 항에 있어서,
설포네이트가 퍼플루오로메탄 설포네이트, 퍼플루오로부탄 설포네이트, 퍼플루오로헥산 설포네이트, 퍼플루오로헵탄 설포네이트, 퍼플루오로옥탄 설포네이트, 또는 상기 유기 설포네이트 음이온들 중 하나 이상의 조합이고; 포스포늄이 테트라부틸포스포늄인 방법.
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제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
포스포늄 설포네이트 산물이 수성 매질로부터 침전되는 방법.
제 2 항에 있어서,
화학식 4의 화합물 대 화학식 5의 화합물의 몰비가 1:2.01 내지 1:3인 방법.
제 3 항에 있어서,
화학식 4의 화합물 대 화학식 3의 화합물의 몰비가 1:2.01 내지 1:3인 방법.
제 3 항에 있어서,
수산화리튬 및/또는 수산화나트륨이 화학식 3의 화합물보다 먼저 화학식 4의 화합물에 첨가되는 방법.
제 14 항에 있어서,
수산화리튬 및/또는 수산화나트륨의 첨가 산물이 대응하는 알칼리 설포네이트 염인 방법.
제 15 항에 있어서,
화학식 3의 화합물의 첨가에 앞서 알칼리 설포네이트 염을 분리하는 것을 추가로 포함하는 방법.
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