KR101637399B1 - 폴리오르가노실록산 화합물 및 이를 포함하는 코폴리카보네이트 수지 - Google Patents

폴리오르가노실록산 화합물 및 이를 포함하는 코폴리카보네이트 수지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리오르가노실록산 화합물 및 이를 포함하는 코폴리카보네이트 수지에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 다양한 용도에 적용 가능하고, 특히 코폴리카보네이트 수지의 충격보강제, 개질제 또는 공단량체로 사용 가능한 폴리오르가노실록산 화합물 및 이를 포함하고 투명도를 유지하면서 저온 충격강도를 포함한 기계적 물성이 개선된 코폴리카보네이트 수지를 제공하는 효과가 있다.

Description

폴리오르가노실록산 화합물 및 이를 포함하는 코폴리카보네이트 수지 {POLYORGANOSILOXANE COMPOUND AND COPOLYCARBONATE RESIN CONTAINING THE SAME}
본 발명은 폴리오르가노실록산 화합물 및 이를 포함하는 코폴리카보네이트 수지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 용도에 적용 가능하고, 특히 코폴리카보네이트 수지의 충격보강제, 개질제 또는 공단량체로 사용가능한 폴리오르가노실록산 화합물 및 이를 포함하여 저온충격강도를 포함한 기계적 물성이 개선되면서 분자량 대비 투명성이 뛰어난 코폴리카보네이트 수지에 관한 것이다.
폴리오르가노실록산은 실리콘(silicone)의 일종으로 유기기(organic groups)로 치환된 실록산 결합을 주축으로 하는 중합체를 의미하는데, 일례로 비스페놀 A와 같은 방향족 디올과 포스겐과 같은 카보네이트 전구체가 축중합하여 제조되고, 무색무취이며 산화가 느리고 상온에서도 안정적인 저자극성의 절연체로, 전기, 전자, 자동차, 기계, 의료, 화장품, 윤활제, 접착제, 가스켓, 성형인공보조물 등에 사용되며, 종래기술로 KR공개특허 제2002-0016922호(2002.03.06. 공개)는 히드로겔 콘택트 렌즈 재료로 유용한 트리메틸실릴로 말단 차단된 폴리오르가노실록산을 개시하고 있다.
또한 우수한 충격강도, 수치안정성, 내열성 및 투명성 등을 가지며, 전기전자 제품의 외장재, 자동차 부품, 건축 소재, 광학 부품 등 광범위한 분야에 적용된다. 이러한 코폴리카보네이트 수지는 최근 보다 다양한 분야에 적용하기 위해 2종 이상의 서로 다른 구조의 방향족 디올을 공중합하여 구조가 다른 단위체를 폴리카보네이트의 주쇄에 도입하여 원하는 물성을 얻고자 하는 연구가 많이 시도되고 있다.
특별히 폴리카보네이트의 주쇄에 폴리실록산 구조를 도입시키는 연구도 진행되고는 있으나, 대부분의 기술들이 생산단가가 높고, 내화학성이나 충격강도, 특히 저온충격강도가 증가하면 반대로 투명성 등이 저하되며, 투명성이 향상되면 내화학성이나 충격강도 등이 저하되는 문제가 있다.
구체적으로, 저온 충격성을 향상시키도록 미국특허 5,932,677호에서는 Eugenol-폴리디메틸실록산을 사용하였고, 일본특허등록 제3,195,848호에서는 Allylphenol-폴리디메틸실록산를 제안하고 있다.
그러나, 이들 폴리디메틸실록산은 투명성을 유지하면서 저온 충격성을 향상시키고자 하였으나 만족스러운 수준의 투명도는 제공하지 못하였다.
이에 코폴리카보네이트 수지의 투명성을 가능한 한 유지한 채 저온 충격성을 향상시킬 수 있는 연구가 계속 시도되고 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 다양한 용도에 적용 가능하고, 특히 코폴리카보네이트 수지의 충격보강제, 개질제 또는 공단량체로 사용 가능한 폴리오르가노실록산 화합물 및 이를 포함하고 투명성을 유지하면서 저온 충격성을 향상시킨 코폴리카보네이트 수지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1
[화학식 1]
Figure 112015004335218-pat00001
(상기 R1, R2, R3, R'1, R'2, R'3는 독립적으로 수소, 탄소수가 1 내지 3인 알킬기 또는 아릴기이고, R4는
Figure 112015004335218-pat00002
이고, R'4는 탄소수 1 내지 3인 알킬기, 아릴기 또는
Figure 112015004335218-pat00003
이고, R5, R'5, R7 은 독립적으로 어느 하나가 -OH이고 나머지는 각각 수소이며, R6은 수소 혹은 탄소수 1 내지 4의 알콕시드기이고, R8은 탄소수 2 내지 8의 선형 또는 분지된 알킬렌기이고, n과 m은 정수로서 0<n+m≤99이다)로 표시되는 폴리오르가노실록산 화합물을 제공한다.
또한, 본 발명은 방향족 디올 화합물, 카보네이트 전구체, 및 상기 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산 화합물을 포함하여 중합된 코폴리카보네이트 수지를 제공한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 다양한 용도에 적용 가능하고, 특히 코폴리카보네이트 수지의 충격보강제, 개질제 또는 공단량체로 사용 가능한 폴리오르가노실록산 화합물 및 이를 포함하고 투명도를 유지하면서 저온 충격강도를 포함하는 기계적 물성이 개선된 코폴리카보네이트 수지를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 실시예에서 제조된 폴리오르가노실록산 화합물의 1H NMR 스펙트럼으로서, (a)는 실시예 1, (b)는 실시예 2에 해당한다.
도 2는 실시예에서 제조된 폴리오르가노실록산 화합물로 변성된 폴리디메틸실록산-폴리카보네이트의 1H NMR 스펙트럼으로서, (a)는 실시예 1의 사용예, 그리고 (b)는 실시예 2의 사용예에 해당한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 폴리오르가노실록산 화합물은 하기 화학식 1
[화학식 1]
Figure 112015004335218-pat00004
(상기 R1, R2, R3, R'1, R'2, R'3는 독립적으로 수소, 탄소수가 1 내지 3인 알킬기 또는 아릴기이고, R4는
Figure 112015004335218-pat00005
이고, R'4는 탄소수 1 내지 3인 알킬기, 아릴기 또는
Figure 112015004335218-pat00006
이고, R5, R'5, R7 은 독립적으로 어느 하나가 -OH이고 나머지는 각각 수소이며, R6은 수소 혹은 탄소수 1 내지 4의 알콕시드기이고, R8은 탄소수 2 내지 8의 선형 또는 분지된 알킬렌기이고, n과 m은 정수로서 0<n+m≤99이다)로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 한다.
상기 폴리오르가노실록산 화합물은, 공단량체, 개질제 및 충격보강제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 사용되는 단량체일 수 있다.
상기 폴리오르가노실록산 화합물은, 일례로 코폴리카보네이트 수지의 제조에 사용되는 단량체일 수 있다.
상기 R1, R2, R3, R'1, R'2, R'3는 일례로 각각 CH3- 또는 C6H5-일 수 있다.
상기 R6은 일례로 수소일 수 있다.
또 다른 예로, 상기 R5, R'5가 수소이고, R7은 -OH일 수 있다.
또 다른 예로, 상기 R8은, 사슬이 길수록 제조된 최종물의 충격강도와 난연성이 개선되지만, 탄소수 8 초과시 유리전이온도가 떨어지므로, 탄소수 2 내지 8의 알킬렌, 혹은 탄소수 3 내지 5의 알킬렌일 수 있고, 특히 탄소수 3 내지 5의 분지된 알킬렌일 수 있다.
상기 n은 10 내지 90의 정수, 또는 25 내지 75의 정수이고, m은 10 내지 90의 정수, 또는 25 내지 75의 정수이고, 상기 n+m은 1 내지 99, 혹은 50 내지 99이며, 이 범위 내에서 기계적 물성 및 투명성이 우수한 효과가 있다.
구체적인 예로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 하기 화학식 2
[화학식 2]
Figure 112015004335218-pat00007
(상기 p는, 상기 화학식 1의 n+m이다)로 표시되는 화합물일 수 있다.
또 다른 예로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 하기 화학식 3
[화학식 3]
Figure 112015004335218-pat00008
(상기 p은, 상기 화학식 1의 n+m이다)으로 표시되는 화합물일 수 있다.
상기 폴리오르가노실록산 화합물의 제조방법은 구체적인 예로, 출발물질로서 오르소히드록시벤조산 혹은 파라히드록시벤조산과 탄소수 2 내지 8의 알케닐 알코올을 사용하여 제조할 수 있으며, 구체적인 일례로 파라히드록시벤조산과 탄소수 2 내지 8의 알케닐 알코올을 사용하여 화학식 2로 표시한 폴리오르가노실록산 화합물을 제조하는 방법은 하기 반응식 1으로 나타낼 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112015004335218-pat00009
상기 반응식 1의 촉매(Catalyst)는 폴리오르가노실록산 합성에 사용될 수 있는 산 촉매인 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 H2SO4, HClO4, AlCl3, SbCl5, SnCl4, 및 산성 백토로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 산 촉매는 일례로 H-PDMS 100 중량부 기준으로 0.1 내지 10 중량부, 0.5 내지 5 중량부, 혹은 1 내지 3 중량부로 사용될 수 있다.
상기 산 촉매 반응은 일례로 50 내지 70 ℃에서 1 내지 6시간 동안 실시될 수 있다.
상기 산 촉매 반응은 필요에 따라 디옥산, 테트라하이드로퓨란, 디에틸 에테르, 디이소프로필 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디클로로메탄, 트리클로로메탄, 테트라클로로메탄, 1,2-디클로로에탄 및 트리클로로에틸렌과 같은 염소화 탄화수소; 펜탄, n-헥산, hexane isomer mixtures, 헵탄, 옥탄과 같은 탄화수소, solvent naphtha, petroleum ether, 벤젠, 톨루엔 및 크실렌과 같은 비양자성 용매(aprotic solvent)를 폴리오르가노실록산 기준으로 1 ~ 10배 범위(중량 기준)로 사용하여 수행할 수 있다.
상기 하이드로실릴화 반응은 일례로 금속 촉매 하에 진행될 수 있다.
상기 금속 촉매는 폴리오르가노실록산의 말단 변성 반응에 사용될 수 있는 금속 촉매인 경우 특별히 제한되지 않으며, 일례로 Pt 촉매일 수 있다.
상기 Pt 촉매는 폴리오르가노실록산 합성에서 사용될 수 있는 Pt 촉매인 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 애쉬바이(Ashby) 촉매, 칼스테드(Karstedt) 촉매, 라모레오(Lamoreaux) 촉매, 스파이어(Speier) 촉매, PtCl2(COD), PtCl2(벤조니트릴)2, 및 H2PtBr6으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 금속 촉매는 일례로 H-PDMS와 같은 폴리오르가노실록산 100 중량부를 기준으로 0.001 내지 1 중량부, 0.005 내지 0.1 중량부, 혹은 0.01 내지 0.05 중량부로 사용할 수 있다.
상기 하이드로실릴화 반응은 필요에 따라 디옥산, 테트라하이드로퓨란, 디에틸 에테르, 디이소프로필 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디클로로메탄, 트리클로로메탄, 테트라클로로메탄, 1,2-디클로로에탄 및 트리클로로에틸렌과 같은 염소화 탄화수소; 펜탄, n-헥산, hexane isomer mixtures, 헵탄, 옥탄과 같은 탄화수소, solvent naphtha, petroleum ether, 벤젠, 톨루엔 및 크실렌과 같은 비양자성 용매(aprotic solvent)를 H-PDMS와 같은 폴리오르가노실록산 기준으로 1 ~ 10배 범위(중량 기준)로 사용하여 수행할 수 있다.
상기 하이드로실릴화 반응은 일례로 60 내지 100 ℃에서 1 내지 5 시간 동안 실시될 수 있다.
상기 반응식 1에서 생성물은 상기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것으로, 하기 반응식에 따르면 반응식 2내 5로 표시되는 화합물이 생성될 수 있다.
[반응식 2]
Figure 112015004335218-pat00010

또 다른 예로, 상기 폴리오르가노실록산의 제조방법은 출발물질로서 탄소수 2 내지 8의 알케닐 알코올과 히드록시벤조산을 사용하되,
상기 탄소수 2 내지 8의 알케닐 알코올을 H-PDMS에 반응시켜 OH-PDMS를 수득하는 단계; 및
상기 OH-PDMS에 상기 히드록시벤조산을 투입하고 산 촉매 하에 에스테르화 반응시켜, 상기 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산 화합물을 제조하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
참고로, 상기 용어 'H-PDMS'는 달리 특정하지 않는 한, H-PDMS-H로서 폴리디메틸실록산(PDMS)을 수소(-H)로 캡핑(capping)된 것을 의미하며, 용어 'OH-PDMS'는 달리 특정하지 않는한 OH-PDMS-OH로서 폴리디메틸실록산을 히드록시기(-OH)로 캡핑된 것을 의미한다.
상기 출발물질로서 H-PDMS를 사용하는 제조방법은 구체적인 일례로 하기 반응식 3으로 나타낼 수 있다.
[반응식 3]
Figure 112015004335218-pat00011

구체적으로는 출발물질로서, H-PDMS에 탄소수 2 내지 8의 알케닐 알코올을 반응하여 하이드로실릴화 반응을 수행하는 단계; 및
상기 하이드로실릴화 반응물에 히드록시벤조산을 투입하고 에스테르 반응시켜 상기 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산 화합물을 수득할 수 있다.
이때 반응식 3의 산(Acid)는 폴리오르가노실록산 합성에서 사용될 수 있는 산 촉매인 경우 특별히 제한되지 않으며, 반응 조건 또한 통상의 에스테르화 반응 조건하에 반응을 수행하면 충분하다.
상기 하이드로실릴화 반응은 일례로 금속 촉매 하에 진행될 수 있다.
상기 금속 촉매는 폴리오르가노실록산의 말단 변성 반응에 사용될 수 있는 금속 촉매인 경우 특별히 제한되지 않으며, 일례로 Pt 촉매일 수 있다.
상기 Pt 촉매는 폴리오르가노실록산 합성에서 사용될 수 있는 Pt 촉매인 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 애쉬바이(Ashby) 촉매, 칼스테드(Karstedt) 촉매, 라모레오(Lamoreaux) 촉매, 스파이어(Speier) 촉매, PtCl2(COD), PtCl2(벤조니트릴)2, 및 H2PtBr6으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 금속 촉매는 일례로 H-PDMS와 같은 폴리오르가노실록산 100 중량부를 기준으로 0.001 내지 1 중량부, 0.005 내지 0.1 중량부, 혹은 0.01 내지 0.05 중량부로 사용할 수 있다.
상기 하이드로실릴화 반응은 필요에 따라 디옥산, 테트라하이드로퓨란, 디에틸 에테르, 디이소프로필 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디클로로메탄, 트리클로로메탄, 테트라클로로메탄, 1,2-디클로로에탄 및 트리클로로에틸렌과 같은 염소화 탄화수소; 펜탄, n-헥산, hexane isomer mixtures, 헵탄, 옥탄과 같은 탄화수소, solvent naphtha, petroleum ether, 벤젠, 톨루엔 및 크실렌과 같은 비양자성 용매(aprotic solvent)를 H-PDMS와 같은 폴리오르가노실록산 기준으로 1 ~ 10배 범위(중량 기준)로 사용하여 수행할 수 있다.
상기 하이드로실릴화 반응은 일례로 60 내지 100 ℃에서 1 내지 5 시간 동안 실시될 수 있다.
본 발명 코폴리카보네이트 수지는 방향족 디올 화합물, 카보네이트 전구체, 및 하기 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산 화합물을 포함하여 중합된 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure 112015004335218-pat00012
(상기 R1, R2, R3, R'1, R'2, R'3는 독립적으로 수소, 탄소수가 1 내지 3인 알킬기 또는 아릴기이고, R4는
Figure 112015004335218-pat00013
이고, R'4는 탄소수 1 내지 3인 알킬기, 아릴기 또는
Figure 112015004335218-pat00014
이고, R5, R'5, R7 은 독립적으로 어느 하나가 -OH이고 나머지는 각각 수소이며, R6은 수소 혹은 탄소수 1 내지 4의 알콕시드기이고, R8은 탄소수 2 내지 8의 선형 또는 분지된 알킬렌기이고, n과 m은 정수로서 0<n+m≤99이다)
상기 코폴리카보네이트 수지는 일례로, 상기 방향족 디올 화합물, 카보네이트 전구체, 및 상기 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산 화합물 총 100 중량%에 대하여 상기 방향족 디올 화합물 25 내지 85 중량%, 상기 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산 화합물 1 내지 60 중량%, 및 상기 카보네이트 전구체 10 내지 70 중량%로 중합된 것으로, 이 범위 내에서 저온충격강도가 유지되면서 분자량 대비 투명성이 뛰어난 효과가 있다.
또 다른 예로, 상기 폴리카보네이트는 상기 방향족 디올 화합물, 카보네이트 전구체, 및 상기 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산 화합물 총 100 중량%에 대하여 상기 방향족 디올 화합물 30 내지 70 중량%, 상기 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산 화합물 5 내지 50 중량%, 및 상기 카보네이트 전구체 20 내지 60 중량%로 중합된 것일 수 있다.
상기 방향족 디올 화합물은, 일례로 비스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(4-히드록시페닐)에테르, 비스(4-히드록시페닐)설폰, 비스(4-히드록시페닐)설폭사이드, 비스(4-히드록시페닐)설파이드, 비스(4-히드록시페닐)케톤, 1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 (비스페놀 A), 2,2-비스(4-히드록시페닐)부탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산 (비스페놀 Z), 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디브로모페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-브로모페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-클로로페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-메틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)프로판, 1,1-비스(4-히드록시페닐)-1-페닐에탄, 비스(4-히드록시페닐)디페닐메탄, α,ω-비스[3-(ο-히드록시페닐)프로필]폴리디메틸실록산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 비스페놀 A이며, 이 경우 수지의 유동성을 증가시키는 효과가 있다.
상기 카보네이트 전구체는, 일례로 하기 화학식 4
[화학식 4]
Figure 112015004335218-pat00015
(상기 X1 및 X2는 독립적으로 할로겐, 할로알킬기, 할로사이클로알킬기, 할로아릴기, 알콕시기 또는 할로알콕시기이다)로 표시되는 화합물이고, 이 범위 내에서 폴리카보네이트 수지의 본질적 특성을 부여하는 효과가 있다.
상기 폴리카보네이트는 일례로 분자량 조절제를 더 포함하여 중합된 것일 수 있다.
상기 분자량 조절제는 일례로 모노-알킬페놀이다.
상기 모노-알킬페놀은 일례로 p-tert-부틸페놀, p-쿠밀페놀, 데실페놀, 도데실페놀, 테트라데실페놀, 헥사데실페놀, 옥타데실페놀, 에이코실페놀, 도코실페놀 및 트리아콘틸페놀로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이고, 바람직하게는 para-tert-부틸페놀이며, 이 경우 분자량 조절 효과가 크다.
상기 분자량 조절제는 일례로 상기 방향족 디올 화합물, 카보네이트 전구체, 및 상기 화학식 1로 표시되는 폴리오르가노실록산 화합물의 총합 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 10 중량부, 0.1 내지 6 중량부, 또는 1 내지 5 중량부로 포함될 수 있고, 이 범위 내에서 타겟(target) 분자량을 얻을 수 있다.
상기 폴리카보네이트는 일례로 유리전이온도가 145 내지 160 ℃, 또는 145 내지 155 ℃이고, 중량평균분자량이 10,000 내지 80,000 g/mol, 15,000 내지 80,000 g/mol, 20,000 내지 60,000 g/mol, 22,000 내지 55,000 g/mol이고, 이 범위 내에서 저온충격강도가 유지되면서도 분자량 대비 투명성이 뛰어난 효과가 있다.
본 발명의 코폴리카보네이트 수지의 제조방법은 일례로 계면중합 방법일 수 있고, 이 경우 상압과 낮은 온도에서 중합 반응이 가능하며 분자량 조절이 용이한 효과가 있다.
상기 계면중합 방법은 일례로 산결합제 및 유기용매의 존재 하에 방향족 디올 단량체, 카보네이트 전구체 및 분자량 조절제를 반응시키는 방법일 수 있다.
상기 계면중합 방법은 일례로 선중합(pre-polymerization) 후 커플링제를 투입한 다음, 다시 중합시키는 단계를 포함할 수 있고, 이 경우 고분자량의 코폴리카보네이트 수지를 얻을 수 있다.
상기 계면중합에 사용되는 기타 물질들은 코폴리카보네이트의 중합에 사용될 수 있는 물질인 경우 특별히 제한되지 않고, 그 사용량도 필요에 따라 조절할 수 있다.
상기 산결합제는 일례로 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 알칼리금속 수산화물 또는 피리딘 등의 아민 화합물이다.
상기 유기용매는 통상 코폴리카보네이트의 중합에 사용되는 용매인 경우 특별히 제한되지 않으며, 일례로 메틸렌클로라이드, 클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소일 수 있다.
상기 계면중합은 일례로 반응촉진을 위해 트리에틸아민, 테트라-n-부틸암모늄브로마이드, 테트라-n-부틸포스포늄브로마이드 등의 3 차 아민 화합물, 4 차 암모늄 화합물, 4 차 포스포늄 화합물 등과 같은 반응촉진제가 더 사용될 수 있다.
상기 계면중합의 반응온도는 일례로 0 내지 40 ℃, 반응시간은 일례로 10 분 내지 5 시간이며, 반응 중 pH는 일례로 9 이상 또는 11 이상으로 유지하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 분자량 조절제는 일례로 중합개시 전, 중합개시 중 또는 중합개시 후에 투입될 수 있다.
본 발명의 성형품은 상기 코폴리카보네이트 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 성형품은 일례로 사출 성형품일 수 있다.
상기 성형품은 일례로 산화방지제, 가소제, 대전방지제, 핵제, 난연제, 활제, 충격보강제, 형광증백제, 자외선흡수제, 안료 및 염료로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 성형품의 제조방법은 일례로 본 발명의 코폴리카보네이트 수지와 산화방지제 등과 같은 첨가제를 믹서를 이용하여 잘 혼합한 후에, 이 혼합물을 압출기로 압출성형하여 펠릿으로 제조하고, 이 펠릿을 잘 건조시킨 다음 사출성형기로 사출하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[ 실시예 ]
< 실시예 1>
< 하기 반응식 2 중 4의 화합물 제조>
[반응식 2]
Figure 112015004335218-pat00016
500ml 둥근 플라스크에 4-아세톡시벤조산(4-acetoxybenzoic acid) 40g(222mmol)을 넣고 메틸렌 클로라이드(methylene chloride)로 용해시킨 후 옥살릴 클로라이드(oxalyl chloride) 31g(244mmol)과 DMF 1~5 방울을 넣어주고 3시간 이상 반응시켰다. 반응 종료는 TLC(thin layer chromatograph)로 확인하였으며, 반응이 종료되었을 때 이베이퍼레이팅(evaporating)하여 4-아세톡시벤조산(4-acetoxybenzoic acid)의 히드록실기가 클로리네이션(chlorination)된 물질을 얻었다.
이 물질을 2-메트알릴 알코올(2-methallyl alcohol) 16.0g(220mmol)과 TEA(triethylamine) 44g(444mmol)이 에틸아세테이트에 용해되어 있는 플라스크에 첨가하여 반응시키고, 이를 여과한 후 얻은 용액을 이베이퍼레이션하였다.
이베이퍼레이션하고 남은 물질을 MeOH(methyl alcohol)에 용해시킨 후 소듐 메톡사이드 (sodium methoxide) 12.6g(233mmol)을 넣어주고 1시간 이상 반응시켰다. 반응 종료 후 이온교환수지를 이용하여 여과(filter)하였고, 컬럼(column) 정제를 거쳐 상기 반응식 2 중 4의 화합물로서 메트알릴 히드록시벤조에이트(methallyl hydroxybenzoate)를 30.8 g 얻었다. 수득한 메트알릴 히드록시벤조에이트의 구조는 1H NMR을 통해 확인하였다(하기 도 1(a) 참조)
<화학식 1의 폴리오르가노실록산 화합물((상기 반응식2 중 5에 해당) 제조>
옥타메틸시클로테트라실록산 47.60g(160mmol), 테트라메틸디실록산 2.40g(17.8mmol)을 혼합한 후, 이 혼합물을 옥타메틸시클로테트라실록산 100 중량부 대비 산성백토(DC-A3) 1 중량부와 함께 3L 플라스크(flask)에 넣고 60℃로 4시간 동안 반응시켰다. 반응 종료 후 이를 에틸아세테이트로 희석하고 셀라이트(celite)를 사용하여 빠르게 필터링하였다. 이렇게 수득된 미변성 폴리오르가노실록산의 반복단위(p)는 1H NMR로 확인한 결과 55이었다.
수득된 말단 미변성 폴리오르가노실록산에 상기 반응식 2 중 4의 화합물로서 수득한 메트알릴 히드록시벤조에이트(methallyl hydroxybenzoate) 6.9g(36mmol)과 칼스테드 백금 촉매(Karstedt’s platinum catalyst) 0.01g(50ppm)을 투입하여 90℃에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응종료 후 미반응 실록산은 120 ℃, 1 torr의 조건으로 이베이퍼레이션하여 제거하였다.
이렇게 수득한 말단 변성 폴리오르가노실록산, 즉 상기 반응식 2 중 4로 표시되는 폴리오르가노실록산 화합물은 연황색 오일이었으며, 반복단위(p)는 55이었고, 더 이상의 정제는 필요하지 않았다. 제조된 반응식 2 중 5로 표시되는 폴리오르가노실록산 화합물의 구조는 1H NMR을 통해 확인하였다(하기 도2(a) 참조).
< 실시예 2>
< 하기 반응식 4 중 4의 화합물 제조>
[반응식 4]
Figure 112015004335218-pat00017

상기 실시예 1의 < 하기 반응식 2 중 4의 화합물 제조>에서 2-메트알릴 알코올(2-methallyl alcohol) 16.0g(222mmol) 대신 2-메틸-1-부텐올(2-methyl-1-buten-4-ol) 19.1g(222mmol)을 투입한 것을 제외하고는 동일한 실험을 반복하였다.
그 결과, 상기 반응식 4 중 4의 화합물로서 메틸부텐 히드록시벤조에이트(methylbutene hydroxybenzoate)를 29.1 g 얻었다. 수득한 메틸부텐 히드록시벤조에이트의 구조는 1H NMR을 통해 확인하였다(하기 도 1(b) 참조).
또한, 상기 실시예 1의 <화학식 1의 폴리오르가노실록산 화합물 제조>에서 사용한 반응식 2 중 4의 화합물로서 수득한 메트알릴 히드록시벤조에이트(methallyl hydroxybenzoate) 6.9g(36mmol) 대신 반응식 4 중 4의 화합물로 수득한 메틸부텐 히드록시벤조에이트(methylbutene hydroxybenzoate) 6.13g(29.7mmol)을 사용한 것을 제외하고는 동일한 실험을 반복하였다.
결과 수득한 말단 변성 폴리오르가노실록산, 즉 상기 반응식 3 중 4로 표시되는 폴리오르가노실록산 화합물은 연황색 오일이었으며, PDMS 내 반복단위(p)는 45이었고, 더 이상의 정제는 필요하지 않았다. 제조된 반응식 4 중 5로 표시되는 폴리오르가노실록산 화합물의 구조는 1H NMR을 통해 확인하였다(하기 도2(b) 참조).
비교예 1
상기 실시예 1의 <화학식 1의 폴리오르가노실록산 화합물 제조>에서 사용한 반응식 2 중 4의 화합물로서 수득한 메트알릴 히드록시벤조에이트(methallyl hydroxybenzoate) 6.9g(36mmol) 대신 2-알릴페놀(2-allylphenol) 4.81g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 실험을 반복하고, 반응식 2 중 3으로 나타낸 화합물 대신 알릴 페놀으로 양측 말단이 변성된 하기 화학식 5로 표시되고, PDMS 내 반복 단위(n)가 40인 실록산 화합물(AP-PDMS)을 수득하였다.
[화학식 5]
Figure 112015004335218-pat00018
비교예 2
상기 실시예 1의 <화학식 1의 폴리오르가노실록산 화합물 제조>에서 사용한 반응식 2 중 4의 화합물로서 수득한 메트알릴 히드록시벤조에이트(methallyl hydroxybenzoate) 6.9g(36mmol) 대신 eugenol 4.87g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 실험을 반복하고, 반응식 2 중 3으로 나타낸 화합물 대신 eugenol으로 양측 말단이 변성된 하기 화학식 6으로 표시되고, PDMS 내 반복 단위(n)가 43인 실록산 화합물(EG-PDMS)을 수득하였다.
[화학식 6]
Figure 112015004335218-pat00019
< 실험예 >
< 코폴리카보네이트 수지의 제조>
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2의 실록산 화합물을 포함하는 코폴리카보네이트 수지 및 사출 시편을 각각 다음과 같이 제조하였다.
중합 반응기에 물 1784g, NaOH 385g, BPA(bisphenol A) 232g을 넣고, N2 분위기 하에 혼합하여 녹였다. 여기에 PTBP(para-tert butylphenol) 4.3g과 실시예 1 내지 2, 및 비교예 1 내지 2에서 각각 수득한 실록산 화합물 13.1 g을 MC(methylene chloride)로 용해하여 넣어주었다. 그 다음 TPG(triphosgene) 128g을 MC에 녹여 pH를 11 이상으로 유지시켜 주면서 1 시간 동안 투입하여 반응시킨 다음 10 분 뒤에 TEA(triethylamine) 46g을 넣어 커플링(coupling) 반응을 시켰다.
총 반응시간 1시간 20분이 지난 다음 pH를 4로 낮추어 TEA를 제거하였고, 증류수로 3회 세척하여 생성된 중합체의 pH를 6~7 중성으로 맞추었다. 이렇게 얻은 중합체를 메탄올과 헥산 혼합용액에서 재침전시켜 수득한 다음, 이를 120 ℃에서 건조하여 최종 코폴리카보네이트 수지를 얻었다.
수득한 코폴리카보네이트 수지는 PC 스텐다드(Standard)를 이용한 GPC로 분자량을 측정하여 하기 표 1 에 정리하였다.
< 사출시편의 제조>
제조된 코폴리카보네이트 수지에 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트 0.050 중량부를 첨가하여, HAAKE Mini CTW 이축압출기를 사용하여 펠릿화한 후, HAAKE Minijet 사출성형기를 사용하여 실린더 온도 320℃, 금형온도 90℃로 사출성형하여 시편을 제조하였다.
<시험항목>
제조된 코폴리카보네이트 수지의 사출시편의 특성을 하기의 방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기의 표 1에 함께 나타내었다.
* 상온충격강도: ASTM D256(1/8inch, Notched Izod)에 의거하여 23℃에서 측정하였다.
* 저온충격강도: ASTM D256(1/8inch, Notched Izod)에 의거하여 -30℃에서 측정하였다.
* 투명도( Haze ): 두께 1.5mm, 지름 40mm 디스크 시편을 제작하고 ASTM D1003에 의거하여 측정하였다.
* 중량평균분자량(g/ mol ): Agilent 1200 series를 이용, PC standard로 검량하여 측정하였다.
* 흐름성( MI ): ASTM D1238(300℃, 1.2kg 조건)에 의거하여 측정하였다.
* NMR 분석: Varian 500MHz 을 이용하여, -1H NMR (D solvent: CDCl3)로 측정하였다.
* 반복단위: Varian 500MHz을 이용하여 1H-NMR로 측정하였다.
*유리전이온도( Tg ): ASTM D 3418에 의거하여 DSC(Differential Scanning Calorimeter)로 측정 하였다.
구분 Mw
(g/mol)		 상온충격강도
(kgf.cm/cm)		 저온충격강도
(kgf.cm/cm)		 투명도
(%)		 MI
(g/10min)		 Tg
(℃)
실시예 1 33,500 66.3 60.2 1.3 12 148.4
실시예 2 34,500 67.2 62.7 1.1 10 147.8
비교예 1 31,500 56.4 17.1 0.6 30 145.3
비교예 2 33,600 65.1 58.6 2.1 8 143.8
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 코폴리카보네이트 수지(실시예 1 내지 2)는 종래의 알릴페놀 변성 실록산 화합물을 포함하는 코폴리카보네이트 수지(비교예 1) 및 종래의 유게놀(Eugenol) 화합물을 포함하는 코폴리카보네이트 수지(비교예 2)와 비교하여 투명성을 유지하면서 물리적 성질, 특히 저온충격강도가 우수함을 확인할 수 있었다.

Claims (8)

  1. Figure 112016012381691-pat00022
    또는
    Figure 112016012381691-pat00023
    의 화합물.
  2. 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 및 C2-8 알케닐 알코올을 반응시키는 단계를 포함하는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조 방법:
    [화학식 1]
    Figure 112016012381691-pat00030

    상기 식에서,
    R5, R'5 및 R7은 각각 독립적으로 어느 하나가 OH이고 나머지는 각각 수소이고,
    R6은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시드기이고,
    R은 C2-8 알케닐이고,
    [화학식 3]
    Figure 112016012381691-pat00024

    상기 식에서,
    R5, R'5, R7 및 R6의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
  3. 1) 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 및 옥살릴 클로라이드를 반응시켜 4-(클로로카보닐)페닐 아세테이트를 제조하는 단계; 및
    2) 4-(클로로카보닐)페닐 아세테이트 및 C2-8 알케닐 알코올을 반응시키는 단계를 포함하는,
    하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조 방법:
    [화학식 1]
    Figure 112016012381691-pat00031

    상기 식에서,
    R5, R'5 및 R7은 각각 독립적으로 어느 하나가 OH이고 나머지는 각각 수소이고,
    R6은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시드기이고,
    R은 C2-8 알케닐이고,
    [화학식 3]
    Figure 112016012381691-pat00025

    상기 식에서,
    R5, R'5, R7 및 R6의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 C2-8 알케닐 알코올은
    Figure 112016012381691-pat00026
    또는
    Figure 112016012381691-pat00027
    인 것을 특징으로 하는,
    제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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