KR20030085580A - 가교결합된 고분자 폴리비닐부티랄, 그의 제조방법 및 용도 - Google Patents

가교결합된 고분자 폴리비닐부티랄, 그의 제조방법 및 용도 Download PDF

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KR20030085580A KR10-2003-7012654A KR20037012654A KR20030085580A KR 20030085580 A KR20030085580 A KR 20030085580A KR 20037012654 A KR20037012654 A KR 20037012654A KR 20030085580 A KR20030085580 A KR 20030085580A
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Abstract

본 발명은, 벤조푸라논 및/또는 가교결합제로서 사용되는 상기 벤조푸라논 유도체 하나 이상과 폴리비닐부티랄의 가교결합에 의해 수득가능한 가교결합된 고분자 폴리비닐부티랄에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 가교결합된 고분자 폴리비닐부티랄의 제조방법 및 그의 용도에 관한 것이다.

Description

가교결합된 고분자 폴리비닐부티랄, 그의 제조방법 및 용도{HIGH-MOLECULAR, CROSS-LINKED POLYVINYLBUTYRALS, METHOD FOR THE PRODUCTION AND USE THEREOF}
폴리비닐부티랄을 가소화제와 함께 압출 성형에 의해 특히 안전 적층 유리를 제작하기 위해 사용되는 필름으로 가공하는 것이 공지되어 있다.
상기와 같은 폴리비닐부티랄의 분자량을 높이기 위해 EP-A-0 211 818 호에서는, 안정된 분자간 디아세탈 결합에 의해 폴리비닐부티랄을 가교결합시키는 것이 제안된다. 상기 공개공보에서 가교결합은 적어도 2개의 알데하이드기를 갖는 알데하이드에 의해서 이루어진다. 이 경우 가교결합제는 부티르알데하이드와 폴리비닐알코올의 아세탈화 전에 또는 아세탈화 동안에 첨가된다.
그러나, 디알데하이드와 폴리비닐부티랄의 가교결합은 알데하이드의 높은 반응성으로 인해, 매우 강하게 가교결합되고 고분자이기 때문에 어느 정도 불용해성인 폴리비닐부티랄을 야기한다. 그밖에 가교결합 반응은 선택성이 적기 때문에 조절하기가 어렵고, 따라서 재생 가능한 품질을 만들기가 매우 어렵다.
본 발명은 가교결합된 새로운 고분자 폴리비닐부티랄, 그의 제조방법 및 용도에 관한 것이다.
본 발명의 목적은, 가교결합되지 않은 제품보다 높은 기계적 강도를 갖고 또한 재생 가능하게 제조될 수도 있는 폴리비닐부티랄을 제공하는 것이다.
놀랍게도, 벤조푸라논 또는 상기 벤조푸라논의 유도체와의 가교결합에 의해 고분자 폴리비닐부티랄이 재생 가능하게 제조될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
상기 화합물은 통상적으로 여러 중합체를 위한 안정화제로서 사용되며, 이 경우 상기 화합물은 열적 또는 기계적 부하에 의해 분자량을 효과적으로 감소시킨다. 그와 달리, 상기 화합물이 심지어 분자량의 상승에 의해서 분자량의 감소를 저지함으로써, 가교결합 첨가제로서 적합하게 된다는 사실은 완전히 새로운 것이었으며 더 나아가 완전히 기대하지 못했던 것이다.
본 발명의 목적은, 가교결합제로서 벤조푸라논 및/또는 그의 하나 이상의 유도체와 폴리비닐부티랄을 가교결합시켜 수득가능한, 가교결합된 고분자 폴리비닐부티랄을 제공하는 것이다.
바람직한 가교결합제는 하기 화학식 I의 화합물이다.
상기 식에서,
Ra, Rb, Rd, Re, Rf, Rg및 Rh는 서로 독립적으로 수소, 하이드록시, C1-C18-알킬, 치환되지 않거나 또는 C1-C4-알킬에 의해 일-, 이- 혹은 삼치환된 페닐, C7-C9-페닐알킬, 치환되지 않거나 또는 C1-C4-알킬에 의해 일-, 이- 혹은 삼치환된 C5-C12-사이클로알킬, 또는 C1-C18-알콕시이고,
Rc는 상기 Ra, Rb, Rd, Re, Rf, Rg및 Rh의 정의와 같거나 또는 하기 화학식 II의 라디칼이다.
상기 식에서,
Ra, Rb, Rd, Re, Rf, Rg및 Rh는 상기한 바와 같고,
Ri및 Rj는 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C4-알킬이며, Rd, Re, Rf, Rg및 Rh중 2개 이상의 라디칼은 수소이다.
특히 바람직한 가교결합제는, 상기 화학식 I에서, Rb가 수소이고/이거나; Rd내지 Rh가 수소이고/이거나; Ra및 Rc가 C1-C18-알킬, 특히 3차-부틸, 또는 치환되지 않거나 또는 C1-C4-알킬에 의해 일-, 이- 혹은 삼치환된 페닐인 화합물이다.
Rc가 상기 화학식 II의 라디칼이면, Ri및 Rj는 바람직하게는 둘다 메틸이다.
폴리비닐부티랄-분자들이 어떤 구조 단위로 서로 결합되어 있는지는 기술될 수 없는데, 그 이유는 벤조푸라논-유도체에 의한 가교결합 메카니즘이 공지되어 있지 않기 때문이다.
본 발명에 따른 폴리비닐부티랄은 종래 제품에 비해 기계적 강도가 현저히 증가함을 특징으로 한다.
출발 물질로서는 당업자에게 공지된 모든 폴리비닐부티랄이 사용될 수 있다. 즉, 출발-폴리비닐부티랄은 분자량에 대한 제한이 없다. 그러나 바람직하게는, 50,000 g/mol 이상의 분자량을 갖는 폴리비닐부티랄이 사용된다. 출발 물질로서 사용되는 폴리비닐부티랄의 폴리비닐알코올 함량은 바람직하게는 10 내지 25 중량%이고, 특히 바람직하게는 16 내지 23 중량%이다. 출발 물질로서 사용되는 폴리비닐부티랄의 폴리비닐아세테이트 함량은 바람직하게는 0 내지 20 중량%이다.
본 발명에 따라 제조되는 가교결합된 고분자 폴리비닐부티랄은 한 바람직한 실시양태에서 가소화제 또는 가소화제-혼합물을 함유한다. 이 경우 가소화제로서는 당업자에게 공지된 모든 가소화제가 사용될 수 있으며, 특히 다가의(multivalent) 산의 에스테르, 다가의 알코올의 에스테르 또는 올리고에테르글리콜의 에스테르가 사용될 수 있다. 바람직한 가소화제는 예를 들어 지방족 디올의 디에스테르 그리고 지방족 카복실산을 함유한 지방족 폴리에테르디올 또는 폴리에테르폴리올의 디에스테르, 바람직하게는 폴리알킬렌산화물의 디에스테르, 특히 지방족 또는 방향족 (C6-C12)-카복실산을 함유한 디-, 트리- 및 테트라에틸렌글리콜의 디에스테르, 또한 지방족 (C4-C12)-알코올을 함유한 지방족 또는 방향족 (C2-C18)-디카복실산의 디에스테르, 바람직하게는 디헥실아디페이트 또는 전술한 에스테르의 혼합물이다. 이 경우 가소화제는 당업자에게 공지된 통상의 양으로 사용되며, 상기 가소화제 함량은 바람직하게 100 중량부의 PVB를 기준으로 25 내지 80 중량부이다.
본 출원의 목적은 또한 본 발명에 따른 폴리비닐부티랄의 제조방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 경우에 따라서는 가소화제와 함께 가교결합제를 폴리비닐부티랄에 첨가하고 경우에 따라서는 상기 혼합물을 균질화시켜 80 내지 280℃ 범위의 온도에서 열에 의해 가교결합시키는 것을 포함한다.
한 바람직한 실시양태에서는 가교결합이 알칼리성 또는 산성 첨가제의 첨가에 의해 촉진된다.
알칼리성 또는 산성 첨가제로서는 예를 들어 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속의 수산화물, 알칸산염, 카복실산염, 황산염, 염화물, 질산염, 인산염 또는 유리 유기산 및/또는 무기산 및 아민이 사용될 수 있다.
본 발명의 가교결합된 고분자 폴리비닐부티랄의 제조는 하기의 한 바람직한 실시예에서 자세하게 기술되지만, 상기 실시예에만 한정되지 않는다.
예를 들어 가교결합제를 가소화제중에 용해시켜 폴리비닐부티랄에 첨가한 다음에 상기 혼합물을 균질화할 수 있다.
상기 실시예에서 가교결합제의 농도는 각각 폴리비닐부티랄을 기준으로 바람직하게는 0.001 내지 2.0 중량%, 특히 바람직하게는 0.005 내지 1.0 중량%, 특히 0.01 내지 0.5 중량%이다.
열에 의한 가교결합은 당업자에게 공지된 모든 가열 가능한 장치, 예컨대 반죽기 또는 오토클레이브(autoclave) 내에서 수행될 수 있다. 그러나 가교결합은 바람직하게 압출기 내에서, 특히 바람직하게는 80 내지 280℃ 범위의 용융 온도에서 이루어진다.
가교결합 반응은 통상적으로 폴리비닐부티랄의 안정화를 위해 설정되는 중합체의 알칼리도(alkalinity)에 의해 촉진된다.
본 출원의 목적은 또한 본 발명의 가교결합된 고분자 폴리비닐부티랄을 함유하는 성형 조성물을 제공하는 것이다.
전술된 압출 공정에 따라, 본 발명에 따른 폴리비닐부티랄은 슬릿 다이(slit die)에 의해서 또한 직접 필름으로 가공될 수도 있다. 폴리비닐부티랄-필름을 제조하기 위한 방법은 당업자에게 충분히 공지되어 있다. 가교결합된 본 발명에 따른 고분자 폴리비닐부티랄로 이루어진 필름은 또 다른 통상의 첨가제, 예컨대 산화 안정화제, UV-안정화제, 염료, 안료 및 이형제를 함유할 수 있다.
따라서 본 출원의 목적은 또한 가교결합된 본 발명에 따른 고분자 폴리비닐부티랄을 함유하는 필름을 제공하는 것이다.
상기 필름은 상승된 인열 강도를 특징으로 하며, 상기와 같은 인열 강도의 상승은 특히 필름의 주요 적용 분야인 안전 적층 유리의 제조하는데 특히 유익하다.
따라서 본 발명의 추가의 목적은 안전 적층 유리를 제조하기 위해 사용되는 본 발명에 따른 필름의 용도를 제공하는 것이다.
본 발명을 하기 실시예를 참조하여 상세히 설명하지만, 이에 한정하지 않는다.
측정 방법
PVB의 폴리비닐알코올-함량
본 시험을 위해, PVB를 피리딘 내에 있는 과량의 아세트산 무수물과 함께 아세틸화 반응시킨다. 상기 반응 후에 상기 과량의 아세트산 무수물을 물과 반응시켜 가수분해하고, 생성된 아세트산을 수산화나트륨 용액과 반응시켜 전위차계로 적정한다. PVOH-함량은 수산화나트륨의 소모량을 참조하여 산출된다.
PVB의 폴리비닐아세테이트-함량
본 시험을 위해, PVB를 벤질 알코올/에탄올-혼합물중에 용해한다. 아세틸기를 과량의 알코올 수산화칼륨 용액과 반응시켜 비누화한다. 상기 과량의 수산화칼륨 용액을 염산과 반응시켜 재적정한다. 폴리비닐아세테이트의 함량은 염산의 소모량을 참조하여 산출된다.
알칼리 적정 농도의 PVB
본 시험을 위해, PVB를 에탄올중에 용해하고, 녹색으로부터 보라색으로 색이 변할 때까지 0.01 몰의 염산과 반응시켜 적정한다. 지시약으로서는 메틸렌블루와 뉴트럴레드(neutral red)의 혼합물이 사용된다. 알칼리 적정 농도는 염산의 소모량을 참조하여 산출된다.
Mw, Mn
성형 조합물중에 함유된 폴리비닐부티랄의 분자량 측정을 RI-검출기를 사용한 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 실시한다. 상기 RI-검출기를 PVB-보정 표준물을 사용하여 미리보정(calibration)하며, 상기 보정의 절대값은 정적 광산란법에 의해 측정된다. 측정값은 g/mol로 표시된다.
인열 강도
인열 강도를 측정하기 전에, 필름을 24시간 동안 23℃의 온도 및 50%의 상대 습도에서 공기 조절한다. 인열 강도를 DIN 53455에 따른 인장 강도 및 내압 강도시험 기기(제작자: Cadis GbR, 타입: BRP 201)에 의해 측정한다. 측정값은 N/㎟로 표시된다.
용융 지수
용융 지수를 측정하기 전에, 필름을 24시간 동안 23℃의 온도 및 50%의 상대 습도에서 공기 조절한다. 필름을 ISO 1133에 따른 2mm-노즐을 사용하여, 190℃의 온도 및 2.16 kg의 하중에서 용융 지수 시험 장치(제작자: Goettfert, 타입: MP-D)에 의해서 측정한다. 측정값은 g/10 min으로 표시된다.
실시예 및 비교예
혼합 및 압출 성형
안전 적층 유리 제조용 필름을 제조하기 위해 통상적으로 사용되는 폴리비닐부티랄(PVB)(하기의 분석용 특성 데이터 참조)을, 압출 성형 전에 가소화제인 트리에틸렌글리콜-디-n-헵타노에이트(제조자: Celanese AG)와 혼합한다. 상기 혼합 과정은 브라벤더(Brabender)-실험실 혼합기(모델 826801) 내에서 이루어진다.
본 발명에 따른 실시예에서는, 또한 본 발명에 따른 소정량의 가교결합제를 혼합물의 제조 전에 가소화제중에 용해한다. PVB/가소화제-혼합물로부터 0.8mm 두께의 평탄 필름을 압출 성형한다.
압출 성형을 모든 실시예 및 비교예에서, 용융 펌프 및 슬릿 다이가 설치된, 반대 방향으로 진행하는 스크루(제작자: Haake)를 구비한 이중 스크루 압출기(double-lead screw extruder)에서, 190℃의 용융 온도에서 실시한다.
실시예 1, 2 및 3, 및 비교예 4
각각 370 g의 PVB (폴리비닐알코올의 함량 = 20.9 중량%, 폴리비닐아세테이트의 함량 = 1.1 중량%, 알칼리 적정 농도 = 13 ㎖ 0.01 m HCI/100 g PVB, Mw = 104200 g/mol. Mn = 53600 g/mol) 및 130 g의 트리에틸렌글리콜-디-n-헵타노에이트가 사용된다.
사용된 가교결합제(하기 참조) 또는 상기 가교결합제의 농도(PVB 기준, ppm으로 표시됨) 및 결과적으로 얻어지는 필름에서 측정된 값들은 표 1에 제시되어 있다.
실시예 5, 6 및 7, 및 비교예 8
실시예 1, 2 및 3, 및 비교예 4와 유사하게 (각각 동일한 PVB/가소화제 혼합 비율로), 하기의 분석용 특성 데이터를 갖는 폴리비닐부티랄이 사용된다: 폴리비닐알코올의 함량 = 20.4 중량%, 폴리비닐아세테이트의 함량 = 0.9 중량%, 알칼리 적정 농도 = 24 ㎖ 0.01 m HCI/100 g PVB, Mw = 103400 g/mol, Mn = 53200 g/mol.
분석된 가교결합제는 화학식 I를 참조하여 기술된다(C: Ra및 Rc= t-부틸, 다른 모든 라디칼 = 수소; A: Re및 Rf= 메틸인 것을 제외하고는 C와 유사; B: Rf= 메틸인 것을 제외하고는 C와 유사):
A = 5,7-디-t-부틸-3-(3,4-디메틸페닐)-3H-벤조푸란-2-온
B = 5,7-디-t-부틸-3-(4-메틸페닐)-3H-벤조푸란-2-온
C = 5,7-디-t-부틸-3-페닐-3H-벤조푸란-2-온
예 가교결합제 가교결합제 농도 인열 강도 용융 지수 Mw Mn
1 A 500 ppm 30.06 1.93 111800 55900
2 B 500 ppm 29.70 2.02 109300 55500
3a C 500 ppm 30.23 1.78 113400 56100
3b C 1000 ppm 30.57 1.57 117700 55300
3c C 2000 ppm 30.75 1.45 119500 55100
4 - - 28.12 2.88 102600 53400
5 A 500 ppm 30.13 1.86 112500 55700
6 B 500 ppm 29.95 1.96 111000 56100
7a C 500 ppm 30.48 1.69 115200 56700
7b C 1000 ppm 30.79 1.42 119900 55300
7c C 2000 ppm 31.07 1.23 122300
8 - - 27.83 2.95 101800 53300
상기 예는 PVB가 벤조푸란-유도체와 열에 의해서 가교결합될 수 있다는 사실을 입증한다. 가교결합제의 작용에 의한 분자량의 증가는 중량 평균 Mw의 증가와 용융 지수-값의 감소에서 알 수 있다. 가교결합 반응은 가교결합제의 농도를 증가시킴으로써 촉진되고(예 3a-c 및 7a-c 참조), 또한 보다 높은 알칼리 적정 농도에 의해서도 확실하게 촉진된다(예 1-3과 5-7의 차이 참조). 가교결합 반응은, 인열 강도의 증가에서 알 수 있는 바와 같이, 성형 조성물로부터 제조된 필름의 기계적인 특성을 개선시킨다.

Claims (11)

  1. 가교결합제로서 벤조푸라논 및/또는 그의 하나 이상의 유도체와 폴리비닐부티랄을 가교결합시켜 수득가능한, 가교결합된 고분자 폴리비닐부티랄.
  2. 제 1 항에 있어서,
    사용된 가교결합제가 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는, 폴리비닐부티랄.
    화학식 I
    상기 식에서,
    Ra, Rb, Rd, Re, Rf, Rg및 Rh는 서로 독립적으로 수소, 하이드록시, C1-C18-알킬, 치환되지 않거나 또는 C1-C4-알킬에 의해 일-, 이- 혹은 삼치환된 페닐, C7-C9-페닐알킬, 치환되지 않거나 또는 C1-C4-알킬에 의해 일-, 이- 혹은 삼치환된 C5-C12-사이클로알킬, 또는 C1-C18-알콕시이고, Rc는 상기 Ra, Rb, Rd, Re, Rf, Rg및 Rh의 정의와 같거나 또는 하기 화학식 II의 라디칼이다.
    화학식 II
    상기 식에서,
    Ra, Rb, Rd, Re, Rf, Rg및 Rh는 상기한 바와 같고, Ri및 Rj는 상호 독립적으로 수소 또는 C1-C4-알킬이며, Rd, Re, Rf, Rg및 Rh중 2개 이상의 라디칼은 수소이다.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    사용된 가교결합제가,
    화학식 I에서, Rb가 수소이고/이거나; Rd내지 Rh가 수소이고/이거나; Ra및 Rc가 C1-C18-알킬, 특히 3차-부틸, 또는 치환되지 않거나 또는 C1-C4-알킬에 의해 일-, 이- 혹은 삼치환된 페닐인 화합물을 포함하는, 폴리비닐부티랄.
  4. 제 1 항, 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    사용된 가교결합제가,
    화학식 I에서, Rc가 화학식 II의 라디칼이고, Ri및 Rj가 메틸인 화합물을 포함하는, 폴리비닐부티랄.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가소화제를 포함하는 폴리비닐부티랄.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 폴리비닐부티랄을 제조하기 위한 방법으로서, 경우에 따라서는 가소화제와 함께 가교결합제를 폴리비닐부티랄에 첨가하고, 경우에 따라서는 상기 혼합물을 균질화시키며, 80 내지 280℃ 범위의 온도에서 열에 의해 가교결합시키는 것을 포함하는, 폴리비닐부티랄의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    가교결합을 알칼리성 또는 산성 첨가제의 첨가에 의해 촉진시키는, 폴리비닐부티랄의 제조방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    열에 의한 가교결합을 압출기에서 수행하는, 폴리비닐부티랄의 제조방법.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 폴리비닐부티랄을 함유하는 성형 조성물.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 폴리비닐부티랄을 포함하는 필름.
  11. 안전 적층 유리를 제조하기 위한 제 10 항에 따른 필름의 용도.
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