KR20020013935A - 알콕시실란기가 있는 피페라지논 유도체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신규한 알콕시실란 관능성 피페라지논 유도체, 그의 제조 방법, 및 봉합제, 접착제, 페인트 또는 코팅제 중의 첨가제로서의 그의 용도에 관한 것이다.
Description
본 발명은 신규한 알콕시실란 관능성 피페라지논 유도체, 그의 제조 방법, 및 봉합제, 접착제, 락커 또는 코팅제 중의 첨가제로서의 그의 용도에 관한 것이다.
가수분해성 유기 관능성 실란은 봉합제, 락커 또는 코팅제의 배합물 중의 중요한 보조재이다. 락커 산업에서의 이러한 화합물의 용도에 대한 개관은 예를 들어 문헌 [H. Kittel, Handbuch der Lacke und Beschichtungen (락커 및 코팅물의 편람), S. Hirzel Verlag Suttgart, 제2판, 1998]에서 볼 수 있다. 특히 실란 중축합을 통해 가교된 모든 계에서, 아미노관능성 실란은 결합제로서 그리고 또한 경화용 공촉매로서 모두 중요한 역할을 한다. 아미노기 함유 알콕시실란은 예를 들어 문헌 [J. Org. Chem. 36 (1971), 3120 페이지], 독일 특허 DE-A 제11 52 95, 동 제12 71 712호, 동 제21 61 716호, 동 제24 08 480호, 동 제25 21 399호, 동 제27 49 316호 또는 미국 특허 US-A 제2 832 754호, 동 제2 971 864호 또는 동 제4 481 364호에 기술되어 있다.
아미노관능성 실란에 있어서, 한편으로는 화합물이 양호한 물질 결합을 촉진하는 강한 극성 아민기가 있는 것이 일반적으로 중요하다. 다른 한편으로는, 아미노관능성 실란은 결합되기 어려운 물질에 결합시켜야 할 경우 언제나 요구되는 비교적 많은 양으로 사용될 수 있도록 촉매 활성이 너무 높지 않아야 한다. 종래 기술의 아미노실란을 비교적 많은 양으로 사용할 경우, 아미노실란의 높은 촉매 활성으로 인해 저장 안정성이 종종 문제가 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 다양한 물질로의 양호한 결합을 촉진시키고, 또한 어떠한 문제없이 높은 농도로 사용할 수 있는 신규한 아미노관능성 실란을 제공하는 것이다. 이 목적은 본 발명에 의해 제공되는 알콕시실란 관능성 피페라지논으로 달성된다.
본 발명은 하기 화학식 I의 알콕시실란기 함유 피페라지논 유도체를 제공한다.
상기 식에서, R은 탄소 원자수 12 이하의 선형 또는 분지형 알킬 라디칼이되, X, Y 및 Z는 동일하거나 또는 상이한 C1-C4알킬 라디칼 또는 C6아릴 라디칼으로서, 이들 라디칼 중 하나 이상은 C1-C4알콕시기이며, n은 2, 3 또는 4이다.
본 발명은 또한 하기 화학식 II의 N-아미노에틸아미노알킬 알콕시실란을 하기 화학식 III의 말레산 에스테르 및(또는) 푸마르산 에스테르와 반응시키는 것을특징으로 하는 하기 화학식 I의 알콕시실란 관능성 피페라지논 유도체의 제조 방법을 제공한다.
<화학식 I>
상기 식에서, R은 탄소 원자수 12 이하의 선형 또는 분지형 알킬 라디칼이며, X, Y 및 Z는 동일하거나 또는 상이한 C1-C4알킬 라디칼 또는 C6아릴 라디칼이되, 이들 라디칼 중 하나 이상은 C1-C4알콕시기이며, n은 2, 3 또는 4이다.
상기 식에서, R 및 R'는 서로 독립적으로 탄소 원자수 12 이하의 선형 또는 분지형 알킬 라디칼이고, X, Y, Z 및 n은 화학식 I에서 주어진 의미이다.
상기 화학식에서, n은 2, 3, 또는 4이며, 바람직하게는 3이다. X, Y 및 Z는 서로 독립적이며 탄소 원자수 1 내지 4의 알킬 라디칼 또는 알콕시 라디칼이되, 라디칼 중 하나 이상은 알콕시 라디칼이며, 바람직하게는 모든 라디칼 X, Y, Z가 메톡시 또는 에톡시 라디칼이다. R 및 R'는 탄소 원자수 1 내지 12의 동일하거나 또는 상이한 알킬 라디칼이며, 바람직하게는 탄소 원자수 1 내지 4의 동일한 라디칼이다.
적합한 N-아미노에틸아미노알킬 알콕시실란의 예는 N-아미노에틸-3-아미노프로필-트리메톡시실란, N-아미노에틸-3-아미노프로필-트리에톡시실란, N-아미노에틸-3-아미노프로필-메틸디메톡시실란 또는 N-아미노에틸-3-아미노프로필메틸디에톡시실란이다.
적합한 말레산 에스테르 또는 푸마르산 에스테르의 예는 디메틸 말레에이트, 디에틸 말레에이트, 디부틸 말레에이트, 디옥틸 말레에이트, 디도데실 멜레에이트 및 해당 푸마르산 에스테르이다. 디메틸 말레에이트, 디에틸 말레에이트 및 디부틸 말레에이트가 바람직하게 사용된다.
화학식 III의 말레산 에스테르 또는 푸마르산 에스테르와 화학식 II의 N-에틸아미노알킬 알콕시실란과의 반응은 0℃ 내지 140℃, 바람직하게는 40℃ 내지 100℃의 온도에서 수행하며, 정량비는 일반적으로 출발 화합물이 약 1:1의 몰비로 사용되도록 선택한다.
반응은 우선 독일 특허 DE-A 제42 37 468호에 기재된 의미의 아미노실란의 NH2기에 말레산 에스테르 또는 푸마르산 에스테르를 첨가한 후, 환상축합 반응을 하여 알콜 R-OH 또는 R'-OH가 제거된 피페라지논 유도체를 형성하는 것을 포함한다.
반응은 벌크 상으로 또는 예를 들어 디옥산과 같은 용매의 존재 하에서 수행될 수 있다. 그러나, 용매를 사용하는 것은 덜 바람직하다. 물론, 다양한 N-에틸아미노알킬 알콕시실란의 혼합물을 푸마르산 에스테르 및(또는) 말레산 에스테르의 혼합물과 반응시킬 수 있다.
환상축합 반응에서 형성된 알콜 R-OH 또는 R'-OH는 증류에 의해 반응 혼합물로부터 일반적으로 제거된다. 본 발명에 따른 화학식 I의 알콕시실란 관능성 피페라지논 유도체는 알콜 R-OH 또는 R'-OH를 증류 제거한 후 높은 순도로 수득되는 무색 액체로서, 일반적으로 증류 처리 작업을 할 필요가 없다.
본 발명은 또한 바람직하게는 실란 중축합을 통해 가교되는 락커, 코팅물, 접착제 및 봉합제, 바람직하게는 실란 중축합을 통해 가교되는 락커, 코팅물, 접착제 및 봉합제 중의 첨가제 및(또는) 보조재로서의 본 발명에 따른 화학식 I의 알콕시실란기 함유 피페라지논 유도체의 용도를 제공한다.
본 발명에 따른 알콕시실란 관능성 피페라지논 유도체는 락커, 코팅물, 봉합제 및 접착제를 제조하기 위한 매우 유익한 첨가제이다. 이들의 화학 구조로 인해, 한편으로는 이들은 알콕시실릴기를 통해 무기 충전재 및 안료에 화학 커플링을 촉진하고, 다른 한편으로는 극성 피페라지논 라디칼이 플라스틱 물질, 금속, 미네랄 물질 또는 목재와 같은 매우 넓은 범위의 물질에 훌륭하게 결합되게 한다. 본 발명에 따른 알콕시실릴 관능성 피페라지논 유도체는 특히 예를 들어 실리콘 또는 알콕시실릴 관능성 폴리우레탄과 같은 실란 중축합을 통해 가교된 계에서 유리하게 사용될 수 있다. 이들 계에서, 본 발명에 따른 화합물은 결합제의 역할을 할 뿐만아니라, 특히 바람직한 촉매 활성을 가진다. 실란 중축합을 통해 가교된 계에서, 비교적 많은 양의 본 발명에 따른 화합물을 저장 안정성에 어떠한 문제없이 사용할 수 있다.
<실시예 1>
N-아미노에틸-3-아미노프로필트리메톡시실란 1몰을 50℃의 온도에서 반응 용기에 두었다. 이어서, 디메틸 말레에이트 1몰을 교반과 함께 적가하고, 온도를 60℃로 상승시켰다. 적가를 끝낸 후, 반응 혼합물을 60℃에서 10시간 동안 교반한 후, 메탄올 1몰을 약간의 감압 하에서 증류 제거하였다. 반응 생성물은 GC 순도가 95%인 담황색 액체이었다. 피페라지논 고리의 C=O 진동에 대한 띠가 IR 스펙트럼 1645 cm-1에서 나타났다. 메틸 에스테르 라디칼의 C=O 진동에 대한 띠가 1735 cm-1에서 나타났다. 질량 스펙트럼에서, 극성 분자 피크는 m/z = 334에서 관찰되었다.1H-NMR 스펙트럼에서, 에스테르 라디칼의 메톡시 양자에 대한 단일 피크가 3.69 ppm에서 관찰되었고, 트리메톡시실릴기의 양자는 3.56 ppm에서 단일 피크로 나타났다.
<실시예 2>
디에틸 말레에이트를 디메틸 말레에이트 대신에 사용한 것을 제외하곤, 실시예 1의 절차를 채택하였다. 에탄올 1몰을 감압 하에서 증류 제거하였다. 반응 생성물은 GC 순도가 92%인 담황색 액체이었다. 피페라지논 고리의 C=O 진동에 대한 띠가 IR 스펙트럼 1650 cm-1에서 나타났다. 에틸 에스테르 라디칼의 C=O 진동에 대한 띠가 1740 cm-1에서 나타났다. 질량 스펙트럼에서, 극성 분자 피크는 m/z = 348에서 관찰되었다.
<실시예 3>
N-아미노에틸-3-아미노프로필메틸디메톡시실란 1몰을 50℃의 온도에서 반응 용기에 두었다. 디에틸 말레에이트 1몰을 이어서 교반과 함께 적가하고, 온도를 60℃로 상승시켰다. 적가를 끝낸 후, 반응 혼합물을 60℃에서 10시간 동안 교반한 후, 에탄올 1몰을 약간의 감압 하에서 증류 제거하였다. 반응 생성물은 GC 순도가 93%인 담황색 액체이었다. 피페라지논 고리의 C=O 진동에 대한 띠가 IR 스펙트럼1640 cm-1에서 나타났다. 에틸 에스테르 라디칼의 C=O 진동에 대한 띠가 1728 cm-1에서 나타났다. 질량 스펙트럼에서, 극성 분자 피크는 m/z = 332에서 관찰되었다.
<실시예 4>
알콕시실릴 말단기 함유 폴리우레탄을 기재로 한 봉합제의 제조
프로필렌 글리콜을 프로폭실화한 후 프로폭실화 생성물을 에톡실화함으로써 제조된 OH가가 28인 폴리에테르 디올(PO/EO 비 = 80:20) 2000g을 이소포론 디이소시아네이트 155.4g과 70℃에서 디부틸주석 디라우레이트 0.02g을 첨가하여 이론 NCO 함량이 0.78%가 될 때까지 예비중합하였다. 반응 혼합물을 60℃로 냉각한 후, N-(3-트리메톡시실릴프로필)아스파르트산 디에틸 에스테르(유럽 특허 EP-A 제596360호 실시예 5에 따라 제조함) 140.4g을 신속히 적가하고, 이소시아네이트 띠가 IR 스펙트럼에서 더이상 나타나지 않을 때까지 반응 혼합물을 교반하였다. 수득된 알콕시실릴 말단기 함유 폴리우레탄 예비중합체의 점도는 76000 mPas(23℃)이었다.
상업용 유성 연동 혼합기(planetary mixer)에서 하기 성분을 가공하여 바로 사용 봉합제(ready-to-use sealant)를 제조하였다.
알콕시실릴 말단기 함유 폴리우레탄 36.4 중량부
디이소운데실 프탈레이트 (가소제) 12.9 중량부
디부틸주석 비스-아세토아세토네이트 (용매 나프타 100 중의 10% 용액) 0.02 중량부
비닐트리메톡시실란 1.50 중량부
침강 백악 (유형: 소컬(Socal 등록상표) U1S2) 46.2 중량부
디스파론(Disparlon 등록상표) NVG8403 S (쿠수모토 켐.사(Kusumoto Chem. Ltd.)의 요변성제) 1.40 중량부
혼합물을 100 mbar의 압력에서 10분 동안 분산시키고, 내부 온도를 60℃로 상승시켰다.
이어서, 실시예 1로부터 유도된 알콕시실릴 관능성 피페라지논 유도체 3.0 중량부를 첨가하고, 100 mbar의 압력에서 10분 동안 교반 처리하였다. 이렇게 제조된 봉합제는 안정성이 우수하였고, 실질적으로 모든 물질에 접착되었고 30분의 스킨 형성 시간으로 경화되었다.
생성물을 상업용 카트리지 분산기에 충전하고 50℃에서 저장하였다. 90일 동안 저장한 후에도, 생성물은 여전히 어떠한 문제없이 가공될 수 있었고, 생성물의 특성은 변하지 않았다.
하기와 같이 기계적 특성이 측정되었다.
인장 강도 2.8 N/mm2(DIN 53504)
파열시 신도 315% (DIN 53504)
인열 진행 저항 6.0 N/mm (DIN 53515)
쇼어 A 경도 40
Claims (5)
- 하기 화학식 I의 알콕시실란기 함유 피페라지논 유도체.<화학식 I>상기 식에서, R은 탄소 원자수 12 이하의 선형 또는 분지형 알킬 라디칼이며, X, Y 및 Z는 동일하거나 또는 상이한 C1-C4알킬 라디칼 또는 C6아릴 라디칼이되, 이들 라디칼 중 하나 이상은 C1-C4알콕시기이며, n은 2, 3 또는 4이다.
- 제1항에 있어서, 각 경우에서 X, Y 및 Z가 메톡시 라디칼 또는 에톡시 라디칼인 것을 특징으로 하는 알콕시실란기 함유 피페라지논 유도체.
- 대략적으로 동몰량의 하기 화학식 II의 N-아미노에틸-아미노알콕시실란을 하기 화학식 III의 말레산 에스테르 및(또는) 푸마르산 에스테르와 0 내지 140℃의 온도에서 반응시키는 것을 특징으로 하는 제1항에 기재된 알콕시실란기 함유 피페라지논 유도체의 제조 방법.<화학식 II><화학식 III>ROOC-CH=CH-COOR'상기 식에서, R 및 R'는 서로 독립적으로 탄소 원자수 12 이하의 선형 또는 분지형 알킬 라디칼이고, X, Y, Z 및 n은 제1항의 화학식 I에서 주어진 의미이다.
- 락커, 코팅물, 접착제 및 봉합제 중의 첨가제로서의 제1항에 기재된 알콕시실란기 함유 피페라지논 유도체의 용도.
- 실란 중축합을 통해 가교되는 락커, 코팅물, 접착제 및 봉합제 중의 첨가제로서의 제1항에 기재된 알콕시실란기 함유 피페라지논 유도체의 용도.
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