KR102341041B1 - 실란 변성 공중합체, 그의 제조 방법 및 밀착 향상제 - Google Patents

실란 변성 공중합체, 그의 제조 방법 및 밀착 향상제 Download PDF

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Abstract

[과제] 무기 기재에 대하여 높은 밀착성을 가지며, 휘발성이 낮고, 비교적 저렴한 원료로 합성 가능한 산 무수물 관능기를 갖는 실란 변성 공중합체를 제공하는 것.
[해결수단] 식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구성 단위를 함유하는 실란 변성 공중합체.
Figure 112017085725100-pat00014

(식 중, 애스터리스크 *는, 인접한 구성 단위에 대한 결합을 나타내고, R1은, 서로 독립적으로, 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소 원자수 6 내지 10의 아릴기를 나타내고, R2는, 서로 독립적으로, 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소 원자수 6 내지 10의 아릴기를 나타내고, m은 1 내지 3의 정수를 나타낸다. 단, 각 반복 단위의 순서는 임의임.)

Description

실란 변성 공중합체, 그의 제조 방법 및 밀착 향상제{SILANE-MODIFIED COPOLYMER, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND ADHESION IMPROVER}
본 발명은 실란 변성 공중합체, 그의 제조 방법 및 밀착 향상제에 관한 것이며, 더 상세하게 설명하면, 산 무수물 관능기, 폴리부타디엔 골격 및 가수분해성 실릴기를 갖는 공중합체, 그의 제조 방법, 및 당해 공중합체를 사용한 밀착 향상제에 관한 것이다.
에폭시기, 아미노기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 머캅토기, 이소시아네이트기 및 산 무수물 잔기 등으로 대표되는, 유기 재료와의 반응성을 갖는 관능기와, 가수분해성 실릴기 등의 무기 재료와 반응하는 관능기를 겸비하는 유기 규소 화합물은, 일반적으로 실란 커플링제라 칭하며, 통상적으로는 결합시키기 어려운 유기 재료와 무기 재료를 결합시키는 매개물로서 작용한다.
이러한 특성을 이용하여, 실란 커플링제는, 유기 재료 및 무기 재료의 개질제, 양 재료의 접착에 사용되는 접착 보조제, 및 각종 첨가제 등으로서 폭 넓게 사용되고 있다.
그 중에서도 산 무수물 잔기와 가수분해성 실릴기를 갖는 유기 규소 화합물로서는, 3-트리메톡시실릴프로필숙신산 무수물 및 3-트리에톡시실릴프로필숙신산 무수물이 출시되고, 그것들의 용도로서는, 점착제 조성물에 있어서의 점착력 조정제(특허문헌 1), 에폭시 수지 베이스의 경화성 조성물의 가교제(특허문헌 2), 접착제 조성물에 대한 첨가제(특허문헌 3, 4) 등을 대표적인 것으로 들 수 있지만, 그 밖에도 폴리이미드 수지 개질제 등의 여러 분야에서 사용되고 있다.
이와 같이, 유기 규소 화합물은, 실란 커플링제로서 폭넓은 용도에서 그 효과가 실증되어 있지만, 유기 규소 화합물은 단량체이며, 휘발성이 높다는 문제나, 고가인 원료를 사용하여 제조하고 있기 때문에 그 자체가 고가라고 하는 문제가 있다.
일본 특허 공개 (평)10-140122호 공보 일본 특허 공개 제2006-22158호 공보 일본 특허 공개 제2006-282741호 공보 일본 특허 공개 제2014-515775호 공보
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 무기 기재에 대하여 높은 밀착성을 갖고, 휘발성이 낮고, 비교적 저렴한 원료로 합성 가능한 산 무수물 관능기를 갖는 실란 변성 공중합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토한 결과, 산 무수물 관능기, 폴리부타디엔 골격 및 가수분해성 실릴기를 갖는 소정의 공중합체가, 휘발성이 낮고, 무기 기재에 대하여 높은 밀착성을 갖는 것을 알아내어, 본 발명을 완성했다.
즉, 본 발명은
1. 식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구성 단위를 함유하는 것을 특징으로 하는 실란 변성 공중합체,
Figure 112017085725100-pat00001
(식 중, 애스터리스크 *는, 인접한 구성 단위에 대한 결합을 나타내고, R1은, 서로 독립적으로, 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소 원자수 6 내지 10의 아릴기를 나타내고, R2는, 서로 독립적으로, 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소 원자수 6 내지 10의 아릴기를 나타내고, m은 1 내지 3의 정수를 나타낸다. 단, 각 구성 단위의 순서는 임의임.)
2. 수 평균 분자량이 1,000 이상인 1의 실란 변성 공중합체,
3. 식 (1), 식 (3) 및 식 (4)
Figure 112017085725100-pat00002
(식 중, 애스터리스크 *는 상기와 동일한 의미를 나타냄.)
로 표시되는 구성 단위를 함유하는 공중합체(단, 각 구성 단위의 순서는 임의임.)과,
식 (5)
Figure 112017085725100-pat00003
(식 중, R1, R2 및 m은 상기와 동일한 의미를 나타냄.)
로 표시되는 유기 규소 화합물을, 백금 화합물 함유 촉매 존재 하에서 히드로실릴화하는 것을 특징으로 하는 1 또는 2의 실란 변성 공중합체의 제조 방법,
4. 1 또는 2의 실란 변성 공중합체를 포함하는 밀착 향상제
를 제공한다.
본 발명의 실란 변성 공중합체는, 산 무수물 관능기, 폴리부타디엔 골격 및 가수분해성 실릴기를 가지고 있고, 분자량이 크기 때문에 휘발성도 낮고, 또한 접착제 조성물에 배합했을 때에 높은 접착성을 발현할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 관한 실란 변성 공중합체는, 식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구성 단위를 함유한다.
본 발명의 실란 변성 공중합체에 있어서, 식 (1)로 표시되는 구성 단위는, 폴리부타디엔의 구성 단위이며, 식 (2)로 표시되는 구성 단위는 가수분해성 실릴기를 갖는 구성 단위이며, 식 (3)으로 표시되는 구성 단위는 산 무수물 관능기를 갖는 구성 단위이다.
또한, 각 구성 단위의 순서는 임의이다.
Figure 112017085725100-pat00004
여기서, R1은, 서로 독립적으로, 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소 원자수 6 내지 10의 아릴기를 나타내고, R2는, 서로 독립적으로, 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소 원자수 6 내지 10의 아릴기를 나타내고, m은 1 내지 3의 정수를 나타낸다.
탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기로서는, 직쇄상, 환상, 분지상의 어느 것이어도 되고, 그의 구체예로서는, 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, s-부틸, t-부틸, n-펜틸, n-헥실, n-헵틸, n-옥틸, n-노닐, n-데실, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸기 등을 들 수 있다.
탄소 원자수 6 내지 10의 아릴기의 구체예로서는, 페닐, α-나프틸, β-나프틸기 등을 들 수 있다.
이들 중에서도 R1로서는, 직쇄상의 알킬기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기가 더 바람직하다.
또한, R2로서는, 직쇄상의 알킬기가 바람직하고, 메틸기, 에틸기가 더 바람직하다.
본 발명의 실란 변성 공중합체의 수 평균 분자량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 1,000 이상이 바람직하고, 2,000 이상이 더 바람직하다.
또한, 수 평균 분자량은, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리스티렌 환산값이다.
본 발명의 실란 변성 공중합체에 있어서, 공중합체를 구성하는 전체 유닛 중 식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 각 구성 단위수의 합계가 30mol％ 이상인 것이 바람직하고, 50mol％ 이상인 것이 더 바람직하다.
특히, 실란 변성 공중합체의 밀착 보조제로서의 효과를 더 높이는 것을 고려하면, 상기 실란 변성 공중합체를 구성하는 전체 유닛 중 식 (2)로 표시되는 가수분해성 실릴기를 갖는 구성 단위수는, 2mol％ 이상이 바람직하고, 4mol％ 이상이 더 바람직하고, 식 (3)으로 표시되는 산 무수물 관능기를 갖는 구성 단위수가, 1mol％ 이상이 바람직하고, 2mol％ 이상이 더 바람직하다.
본 발명의 실란 변성 공중합체에는, 식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구성 단위 외에, 식 (4)로 표시되는 구성 단위나, 식 (7)로 표시되는 구성 단위가 포함되어 있어도 되고, 그 경우도, 각 구성 단위의 순서는 임의이다.
Figure 112017085725100-pat00005
(식 중, 애스터리스크 *는 상기와 같은 의미를 나타냄.)
본 발명의 식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구성 단위를 함유하는 실란 변성 공중합체는, 식 (1), (3), (4)로 표시되는 구성 단위를 함유하는 공중합체와 식 (5)로 표시되는 유기 규소 화합물을, 백금 화합물 함유 촉매 존재 하에서 히드로실릴화함으로써 얻어진다.
Figure 112017085725100-pat00006
(식 중, 애스터리스크 *, R1, R2 및 m은 상기와 같은 의미를 나타냄.)
식 (1), (3), (4)로 표시되는 구성 단위를 함유하는 산 무수물 변성 폴리부타디엔으로서는, 시판품으로서 입수할 수 있고, 리콘(Ricon) 130MA8, 리콘 130MA13, 리콘 130MA20, 리콘 131MA5, 리콘 131MA10, 리콘 131MA17, 리콘 131MA20, 리콘 184MA6, 리콘 156MA17(이상, 크레이 벨리(CRAY VALLEY)사 제조)이 출시되어 있다.
이들 산 무수물 변성 폴리부타디엔은, 종래의 산 무수물기 함유 유기 규소 화합물의 원료인 알릴 무수 숙신산에 비하여, 매우 저렴하게 입수할 수 있고, 따라서, 이들을 원료로 하는 본 발명의 실란 변성 공중합체도 종래의 산 무수물기 함유 유기 규소 화합물에 비해 저렴하게 합성할 수 있다.
한편, 식 (5)로 표시되는 유기 규소 화합물로서는, 트리메톡시실란, 트리에톡시실란, 디메톡시메틸실란, 디에톡시메틸실란 등을 들 수 있다.
상기 히드로실릴화 반응에 사용되는 백금 화합물 함유 촉매로서는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 그의 구체예로서는, 염화백금산, 염화백금산의 알코올 용액, 백금-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 착체의 톨루엔 또는 크실렌 용액, 테트라키스트리페닐포스핀백금, 디클로로비스트리페닐포스핀백금, 디클로로비스아세토니트릴백금, 디클로로비스벤조니트릴백금, 디클로로시클로옥타디엔백금 등이나, 백금-탄소, 백금-알루미나, 백금-실리카 등의 담지 촉매 등을 들 수 있다.
히드로실릴화 시의 선택성의 면에서, 0가의 백금 착체가 바람직하고, 백금-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 착체의 톨루엔 또는 크실렌 용액이 더 바람직하다.
백금 화합물 함유 촉매의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 반응성이나, 생산성 등의 관점에서, 식 (5)로 표시되는 유기 규소 화합물 1mol에 대하여, 함유되는 백금 원자가 1×10-8 내지 1×10-2mol이 되는 양이 바람직하고, 1×10-7 내지 1×10-3mol이 되는 양이 더 바람직하다.
또한, 상기 반응은 무용매에서도 진행되지만, 용매를 사용해도 된다.
사용 가능한 용매의 구체예로서는, 펜탄, 헥산, 시클로헥산, 헵탄, 이소옥탄, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 탄화수소계 용매; 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디옥산 등의 에테르계 용매; 아세트산에틸, 아세트산부틸 등의 에스테르계 용매; N,N-디메틸포름아미드 등의 비프로톤성 극성 용매; 디클로로메탄, 클로로포름 등의 염소화 탄화수소계 용매 등을 들 수 있고, 이들 용매는, 1종을 단독으로 사용하거나, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
상기 히드로실릴화 반응에 있어서의 반응 온도는 특별히 한정되는 것은 아니며, 0℃에서부터 가열 하에서 행할 수 있지만, 0 내지 200℃가 바람직하다.
적당한 반응 속도를 얻기 위해서는 가열 하에서 반응시키는 것이 바람직하고, 이러한 관점에서, 반응 온도는 40 내지 110℃가 더욱 바람직하고, 40 내지 90℃가 더 한층 바람직하다.
또한, 반응 시간도 특별히 한정되는 것은 아니며, 통상 1 내지 60시간 정도이지만, 1 내지 30시간이 바람직하고, 1 내지 20시간이 더 바람직하다.
일반적으로 산 무수물 관능기 함유 유기 규소 화합물은, 유리나 금속 등의 무기 기재에 대한 밀착성을 갖고 있는데, 본 발명의 실란 변성 공중합체도, 유리나 금속 등의 무기 기재에 대한 밀착 향상제로서 적합하게 사용할 수 있다.
특히, 본 발명의 실란 변성 공중합체는, 분자량이 큰 화합물이며, 1분자 중에 복수의 가수분해성 실릴기와 산 무수물기를 갖고 있다는 점에서, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지 등에 0.1 내지 20질량％ 배합함으로써, 종래의 산 무수물기 함유 유기 규소 화합물보다 높은 밀착성을 기대할 수 있다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
또한, 하기에 있어서, 「부」는 질량부를 의미한다. 분자량은, GPC 측정에 의해 구한 폴리스티렌 환산의 수 평균 분자량이다. 점도는, 회전 점도계를 사용하여 측정된 25℃에서의 값이다.
[1] 실란 변성 공중합체의 제조
[실시예 1-1]
교반기, 환류 냉각기, 적하 깔때기 및 온도계를 구비한 1L 세퍼러블 플라스크에, 리콘 130MA(크레이 벨리사 제조, 수 평균 분자량 2,700, 상기 식 (1), (3), (4)의 구성 단위로 구성되며, (1)/(3)/(4)=67/5/28(몰비, 이하 동일)) 207g, 백금-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 착체의 톨루엔 용액(백금 원자로서 1×10-5mol)을 넣고, 트리메톡시실란 122g을 내온 75 내지 85℃에서 1시간에 걸쳐 적하했다. 그 후, 80℃에서 3시간 숙성을 행했다. 숙성 종료 후, 감압 농축 및 여과하여, 점도 6,000mPaㆍs, 수 평균 분자량 4,300의 갈색의 탁한 액체를 얻었다. 수 평균 분자량의 결과로부터, 얻어진 실란 변성 공중합체는, 하기 식 (1), (3), (6)으로 표시되는 구성 단위로 구성되고, (1)/(3)/(6)=67/5/28인 것이 시사되었다. 얻어진 실란 변성 공중합체를 실란 변성 공중합체 A라 한다.
Figure 112017085725100-pat00007
(식 중, 애스터리스크 *는 상기와 같은 의미를 나타냄.)
[실시예 1-2]
교반기, 환류 냉각기, 적하 깔때기 및 온도계를 구비한 1L 세퍼러블 플라스크에, 리콘 130MA(크레이 벨리사 제조, 수 평균 분자량 2,700, 상기 식 (1), (3), (4)의 구성 단위로 구성되고, (1)/(3)/(4)=67/5/28) 207g, 백금-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 착체의 톨루엔 용액(백금 원자로서 0.5×10-5mol)을 넣고, 트리메톡시실란 61g을 내온 75 내지 85℃에서 1시간에 걸쳐 적하했다. 그 후, 80℃에서 3시간 숙성을 행했다. 숙성 종료 후, 감압 농축 및 여과하여, 점도 5,700mPaㆍs, 수 평균 분자량 3,500의 갈색의 탁한 액체를 얻었다. 수 평균 분자량의 결과로부터, 얻어진 실란 변성 공중합체는, 상기 식 (1), (3), (4), (6)으로 표시되는 구성 단위로 구성되고, (1)/(3)/(4)/(6)=67/5/14/14인 것이 시사되었다. 얻어진 실란 변성 공중합체를 실란 변성 공중합체 B라 한다.
[실시예 1-3]
교반기, 환류 냉각기, 적하 깔때기 및 온도계를 구비한 1L 세퍼러블 플라스크에, 리콘 130MA(크레이 벨리사 제조, 수 평균 분자량 2,700, 상기 식 (1), (3), (4)의 구성 단위로 구성되고, (1)/(3)/(4)=67/5/28)207g, 백금-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 착체의 톨루엔 용액(백금 원자로서 0.5×10-5mol)을 넣고, 트리에톡시실란 82g을 내온 75 내지 85℃에서 1시간에 걸쳐 적하했다. 그 후, 80℃에서 3시간 숙성을 행했다. 숙성 종료 후, 감압 농축 및 여과하여, 점도 5,200mPaㆍs, 수 평균 분자량 3,800의 갈색의 탁한 액체를 얻었다. 수 평균 분자량의 결과로부터, 얻어진 실란 변성 공중합체는, 하기 식 (1), (3), (4), (7)로 표시되는 구성 단위로 구성되고, (1)/(3)/(4)/(7)=67/5/14/14인 것이 시사되었다. 얻어진 실란 변성 공중합체를 실란 변성 공중합체 C라 한다.
Figure 112017085725100-pat00008
(식 중, 애스터리스크 *는 상기와 같은 의미를 나타냄.)
[실시예 1-4]
교반기, 환류 냉각기, 적하 깔때기 및 온도계를 구비한 1L 세퍼러블 플라스크에, 리콘 130MA13(크레이 벨리사 제조, 수 평균 분자량 2,900, 상기 식 (1), (3), (4)의 구성 단위로 구성되고, (1)/(3)/(4)=63/9/28) 223g, 백금-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 착체의 톨루엔 용액(백금 원자로서 0.5×10-5mol)을 넣고, 트리메톡시실란 61g을 내온 75 내지 85℃에서 1시간에 걸쳐 적하했다. 그 후, 80℃에서 3시간 숙성을 행했다. 숙성 종료 후, 감압 농축 및 여과하여, 점도 16,000mPaㆍs, 수 평균 분자량 3,700의 갈색의 탁한 액체를 얻었다. 수 평균 분자량의 결과로부터, 얻어진 실란 변성 공중합체는, 상기 식 (1), (3), (4), (6)으로 표시되는 구성 단위로 구성되고, (1)/(3)/(4)/(6)=67/5/14/14인 것이 시사되었다. 얻어진 실란 변성 공중합체를 실란 변성 공중합체 D라 한다.
〔실란 변성 공중합체의 휘발성 측정〕
상기 실시예 1-1 내지 1-4에서 얻어진 실란 변성 공중합체 (A) 내지 (D) 및 하기 유기 규소 화합물 (E)(비교예 1-1)에 대하여 휘발성을 평가했다.
유기 규소 화합물 (E): 3-트리메톡시실릴프로필숙신산 무수물(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조, X-12-967)
평가 방법으로는, 각 화합물 1g을 적하한 알루미늄 샤알레를 150℃의 항온실에 3시간 개방계에서 방치했을 때의 잔존율을 불휘발분으로서 평가했다. 불휘발분이 클수록, 화합물의 휘발성은 낮다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112017085725100-pat00009
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1-1 내지 1-4에서 얻어진 본 발명의 실란 변성 공중합체는 휘발성이 낮은 것을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명의 실란 변성 공중합체는 고온 도공 시의 휘발을 억제할 수 있고, 필요 최저량의 배합량으로 필요 특성을 발현할 수 있기 때문에, 경제적이다. 또한, 주변 기기에 대한 오염도 억제할 수 있어서, 생산성 향상도 기대할 수 있다.
[2] 밀착성 향상제
[실시예 2-1 내지 2-4, 비교예 2-1 내지 2-3]
상기 실시예 1-1 내지 1-4에서 얻어진 실란 변성 공중합체 (A) 내지 (D) 및 유기 규소 화합물 (E)를 사용하거나, 또는 유기 규소 화합물을 사용하지 않고, 표 2에 나타나는 각 에폭시 수지 조성물을 제조하고, 그의 밀착성을 평가했다.
구체적으로는, 얻어진 에폭시 수지 조성물을 유리판에 바 코터로 두께 10㎛가 되도록 도포하고, 150℃, 1시간의 조건에서 경화시켜, 하기 방법에 의해 평가했다. 조성물의 배합량 및 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
밀착성 시험 방법: 바둑판 눈 박리 시험/JIS K 5400에 준거하여 행했다.
Figure 112017085725100-pat00010
에폭시 수지: YDPN638(신닛테츠 스미킹 가가꾸(주) 제조)
촉매: 2-메틸이미다졸
표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실란 변성 공중합체는, 소량의 첨가량이어도 유리에 대한 밀착성이 양호한 것을 알 수 있었다.

Claims (4)

  1. 식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구성 단위를 함유하는 것을 특징으로 하는 실란 변성 공중합체.
    Figure 112017085725100-pat00011

    (식 중, 애스터리스크 *는, 인접한 구성 단위에 대한 결합을 나타내고, R1은, 서로 독립적으로, 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소 원자수 6 내지 10의 아릴기를 나타내고, R2는, 서로 독립적으로, 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소 원자수 6 내지 10의 아릴기를 나타내고, m은 1 내지 3의 정수를 나타낸다. 단, 각 구성 단위의 순서는 임의임.)
  2. 제1항에 있어서, 수 평균 분자량이 1,000 이상인, 실란 변성 공중합체.
  3. 식 (1), 식 (3) 및 식 (4)
    Figure 112017085725100-pat00012

    (식 중, 애스터리스크 *는 상기와 동일한 의미를 나타냄.)
    로 표시되는 구성 단위를 함유하는 공중합체(단, 각 구성 단위의 순서는 임의임.)와,
    식 (5)
    Figure 112017085725100-pat00013

    (식 중, R1, R2 및 m은 상기와 동일한 의미를 나타냄.)
    로 표시되는 유기 규소 화합물을, 백금 화합물 함유 촉매 존재 하에서 히드로실릴화하는 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제2항에 기재된 실란 변성 공중합체의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 기재된 실란 변성 공중합체를 포함하는 밀착 향상제.
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