KR20040091149A - 특정한 디시돌 이성체를 기본으로 하는 불포화 무정형폴리에스테르 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특정 디시돌 이성체와 포화 및/또는 불포화 디카복실산을 기본으로 하는 불포화 무정형 폴리에스테르에 관한 것이다.

Description

특정한 디시돌 이성체를 기본으로 하는 불포화 무정형 폴리에스테르 {Unsaturated, amorphous polyesters based on determined dicidol isomers}
본 발명은 특정한 디시돌 이성체와 산을 기본으로 하는 불포화 무정형 폴리에스테르에 관한 것이다.
불포화 폴리에스테르 수지(UP 수지)는 널리 공지되어 있다. 이들은 포화 및 불포화 디카복실산 또는 이의 무수물을 디올과 축합시킴으로써 제조된다. 이들의 특성은 실질적으로 출발 물질의 종류 및 비율에 따라 좌우된다.
사용되는 중합 가능한 이중 결합의 운반체(bearer)는 통상적으로 α,β-불포화 산, 주로 말레산 및 이의 무수물 또는 푸마르산이며; 불포화 디올은 그다지 중요하지 않다. 이중 결합의 함량이 높을수록, 즉 쇄 분자 중의 이중 결합의 분리가 적을수록, 폴리에스테르 수지의 반응성은 더 크다. 이것은 열 및 광범위한 수축을 강력하게 발생하면서 매우 신속하게 중합되어 고도로 가교결합되고 이에 따라 비교적 취성인 최종 생성물을 제공한다. 이러한 이유로, 폴리에스테르 분자 중의 반응성 이중 결합은 포화 지방족 또는 방향족 디카복실산을 공축합시킴으로써 "희석"된다. 사용되는 알콜 성분은 직쇄 및 측쇄 디올이다. 각각의 UP 수지 유형은 이를 제조하는 데 사용되는 성분 뿐만 아니라 중합시의 가교결합 밀도, 축합도, 즉 몰질량, 산가 및 OH가, 즉 쇄 분자 중의 말단 그룹의 유형, 단량체 함량 및 첨가제의유형에서도 차이가 난다(문헌 참조; Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, VOL A21, p. 217ff., 1992).
디올 성분으로서 디시돌을 기본으로 하는 UP 수지가, 예를 들면, 독일 공개특허공보 제924 889호, 제953,117호, 제22 45 110호, 제27 21 989호, 유럽 공개특허공보 제114 208호, 제934,988호로부터 공지되어 있다.
본 발명의 목적은 고체로서 투명하고 여러 용매 속에서 혼탁해지지 않으면서 용이하게 용해될 수 있는, 선행 기술의 다수의 가능성과 다양성으로부터 신규한 불포화 무정형 폴리에스테르 수지를 제공하는 것이다. 상기 목적은 이하에 기재된 바와 같이 성취된다.
본 발명은 실질적으로 하나 이상의 α,β-불포화 디카복실산 성분과 하나의 알콜 성분[여기서, 알콜 성분은 이성체 화합물 3,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸, 4,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸 및 5,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸의 디시돌 혼합물을 포함하고, 각각의 이성체는 20 내지 40%의 비율로 혼합물에 존재할 수 있으며, 세 가지 이성체의 총합은 90 내지 100%이고, 혼합물의 5% 이상은 폴리에스테르의 알콜 성분에 존재한다]을 포함하는 불포화 무정형 폴리에스테르를 제공한다.
또한, 본 발명은 출발 물질인 α,β-불포화 디카복실산 성분과 알콜 성분을 150 내지 270℃의 온도에서, 바람직하게는 불활성 가스 대기(여기서, 불활성 가스는 산소 함량이 50ppm 미만이다) 속에서 반응시켜, 실질적으로 하나 이상의 α,β-불포화 디카복실산 성분과 하나의 알콜 성분[여기서, 알콜 성분은 이성체 화합물 3,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸, 4,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸 및 5,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸의 디시돌 혼합물을 포함하고, 각각의 이성체는 20 내지 40%의 비율로 혼합물에 존재할 수 있으며, 세 가지 이성체의 총합은 90 내지 100%이고, 혼합물의 5% 이상은 폴리에스테르의 알콜 성분에 존재한다]을 포함하는 불포화 무정형 폴리에스테르를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따르는 불포화 무정형 폴리에스테르 수지는 알콜 성분을 산 성분과 반응시켜 수득한다.
본 발명에 따라, 사용되는 알콜 성분은 이성체 화합물 3,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸, 4,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸 및 5,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸의 디시돌 혼합물이며, 여기서 각각의 이성체는 20 내지 40%의 비율로 혼합물에 존재할 수 있고, 세 가지 이성체의 총합은 90 내지 100%, 바람직하게는 95 내지 100%이며, 혼합물의 5% 이상은 폴리에스테르의 알콜 성분에 존재한다. 디시돌 혼합물의 이성체 함량은, 예를 들면, GC 분석에 의해 정성적으로 및 정량적으로 측정할 수 있거나, 예비 GC 또는 HPLC에 의한 분리에 이은 NMR 분광분석법에 의해 정량적으로 측정할 수 있다. 9위치의 디시돌의 모든 상응하는 이성체가 동일하게 적합하지만, 시스-및 트랜스-이성체와 같은 상기한 이성체의 거울 대칭으로 인해, 통상의 실제 조건하에서는 구별할 수 없다.
디시돌 혼합물은 이시돌의 추가의 이성체 및/또는 사이클로펜타디엔의 딜스-알더 반응(Diels-Alder reaction) 생성물의 삼량체 및/또는 고급 이성체성 디올을 10% 이하로 추가로 포함할 수 있다. 알콜 성분은, 보다 바람직하게는 상기한 세 가지 이성체 성분의 95 내지 100%를 차지하는 디시돌 혼합물의 20%, 50%, 바람직하게는 90%, 보다 바람직하게는 100%를 구성하는 것이 바람직하다.
디시돌 혼합물 이외에, 알콜 성분은 직쇄 및/또는 측쇄 지방족 및/또는 지환족 및/또는 방향족 디올 및/또는 폴리올을 추가로 포함할 수 있다. 사용되는 추가의 알콜은 바람직하게는 에틸렌 글리콜, 1,2- 및/또는 1,3-프로판디올, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 또는 테트라에틸렌 글리콜, 1,2- 및/또는 1,4-부탄디올, 1,3-부틸에틸프로판디올, 1,3-메틸프로판디올, 1,5-펜탄디올, 사이클로헥산디메탄올, 글리세롤, 헥산디올, 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판 및/또는 펜타에리트리톨이다.
본 발명에 따르는 불포화 무정형 폴리에스테르 수지에 존재하는 출발 산 성분은 하나 이상의 α,β-불포화 디카복실산을 포함한다. 불포화 폴리에스테르 수지는 바람직하게는 시트라콘산, 푸마르산, 이타콘산, 말레산 및/또는 메사콘산을 포함한다. 추가로, 방향족 및/또는 지방족 및/또는 지환족 모노카복실산 및/또는 디카복실산 및/또는 폴리카복시산, 예를 들면, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 1,4-사이클로헥산디카복실산, 숙신산, 세박산, 메틸테트라하이드로프탈산, 메틸헥사하이드로프탈산, 헥사하이드로프탈산, 테트라하이드로프탈산, 도데칸디카복실산, 아디프산, 아젤라산, 이소노난산, 2-에틸헥산산, 피로멜리트산 및/또는 트리멜리트산이 존재할 수도 있다. 프탈산, 헥사하이드로프탈산, 테트라하이드로프탈산, 1,4-사이클로헥산디카복실산, 아디프산 및/또는 아젤라산이 바람직하다.
산 성분은 일부 또는 전부 무수물 및/또는 알킬 에스테르, 바람직하게는 메틸 에스테르로 이루어질 수 있다.
일반적으로, 알콜 성분은 산 성분에 대해 0.5:1 내지 2.0:1, 바람직하게는 0.8:1 내지 1.5:1의 몰 비로 존재한다. 알콜 성분을 산 성분에 대해 1.0:1 내지 1.1:1의 몰 비에서 반응을 수행하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 따르는 불포화 무정형 폴리에스테르의 산가는 1 내지 200mg KOH/g, 바람직하게는 1 내지 100mg KOH/g, 보다 바람직하게는 1 내지 50mg KOH/g이고, OH가는 1 내지 200mg KOH/g, 바람직하게는 1 내지 100mg KOH/g, 보다 바람직하게는 1 내지 50mg KOH/g이다.
본 발명에 따르는 불포화 무정형 폴리에스테르의 Tg는 -30 내지 +80℃, 바람직하게는 -20 내지 +50℃, 보다 바람직하게는 -10 내지 +40℃로 다양하다.
한 가지 바람직한 양태(I)에서, 본 발명에 따르는 불포화 폴리에스테르(UP 수지)는 이성체 화합물 3,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸, 4,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸 및 5,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸의 디시돌 혼합물을 90% 이상, 바람직하게는 95%,보다 바람직하게는 100% 포함하는 알콜 성분과 푸마르산 및/또는 말레산/무수물로 이루어진다. 추가의 바람직한 양태(II)에서, 폴리에스테르는 상기한 출발 성분을 양태(I)하에서와 같이 포함하지만, 아디프산 및 프탈산/무수물로부터 선택된 추가의 산(여기서, α,β-불포화 산 대 추가의 산의 비율은 2:1 내지 1:4로 다양할 수 있다)을 부가적으로 포함한다. 약 1:1 내지 1:2의 비율이 바람직하다. 이러한 폴리에스테르의 산가는 일반적으로 1 내지 200mg KOH/g, 바람직하게는 1 내지 100mg KOH/g, 보다 바람직하게는 1 내지 50mg KOH/g이고, OH가는 1 내지 200mg KOH/g, 바람직하게는 1 내지 100mg KOH/g, 보다 바람직하게는 1 내지 50mg KOH/g이며, Tg는 -30 내지 +80℃, 바람직하게는 -20 내지 +50℃, 보다 바람직하게는 -10 내지 +40℃이다.
본 발명에 따르는 폴리에스테르는 또한, 억제제, 물 및/또는 유기 용매, 중화제, 표면-활성 성분, 산소 스캐빈저 및/또는 라디칼 스캐빈저, 촉매, 광 안정화제, 색 증백제, 감광제, 틱소트로프제, 피막 형성 방지제(antiskinning agent), 소포제, 대전방지제, 증점제, 열가소성 첨가제, 염료, 안료, 난연제, 내부 이형제, 충전제 및/또는 발포제로부터 선택된 보조제 및 첨가제를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르는 폴리에스테르는 1단계 또는 2단계 과정으로 출발 산과 알콜의 (반)연속식 또는 배치식 에스테르화에 의해 제조된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르는 방법은 불활성 가스 대기하에 150 내지 270℃, 바람직하게는 160 내지 230℃, 보다 바람직하게는 160 내지 200℃에서 수행하는 것이 바람직하다. 사용되는 불활성 가스는 질소 또는 희귀 가스, 특히 질소일 수 있다. 불활성 가스는 산소 함량이 50ppm 미만, 특히 20ppm 미만이다.
본 발명에 따르는 폴리에스테르 수지를 다음의 실시예에 의해 추가로 설명한다:
실시예
출발 성분 : 약 1:1:1의 이성체 비율의 디시돌 혼합물(청구항 제1항)
실시예 1
데칸디카복실산과 푸마르산(0.6:0.4의 비율)을 24mg KOH/g의 산가와 34mg KOH/g의 OH가가 성취될 때까지 질소 대기하에 180℃에서 1:1.05의 비율로 디시돌과 반응시킨다. 이를 위해, 푸마르산을 초기에 1시간에 걸쳐 디시돌로 에스테르화시킨 다음 도데칸디카복실산을 가한다. Mn= 2200g/mol, Mw= 5500g/mol, 유리 전이 온도 = 4℃.
실시예 2
아디프산과 말레산(1:1의 비율)을 26mg KOH/g의 산가와 37mg KOH/g의 OH가가 성취될 때까지 질소 대기하에 180℃에서 1:1.05의 비율로 디시돌과 반응시킨다. 이를 위해, 말레산을 초기에 1시간에 걸쳐 디시돌로 에스테르화시킨 다음 아디프산을 가한다. Mn= 1800g/mol, Mw= 4300g/mol, 유리 전이 온도 = 12℃.

Claims (27)

  1. 실질적으로 하나 이상의 α,β-불포화 디카복실산 성분과 하나의 알콜 성분을 포함하는 불포화 무정형 폴리에스테르로서, 알콜 성분이 이성체 화합물 3,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸, 4,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸 및 5,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸의 디시돌 혼합물을 포함하고, 각각의 이성체가 20 내지 40%의 비율로 혼합물에 존재할 수 있으며, 세 가지 이성체의 총합이 90 내지 100%이고, 혼합물의 5% 이상이 폴리에스테르의 알콜 성분에 존재하는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  2. 제1항에 있어서, 디시돌의 추가의 이성체 및/또는 사이클로펜타디엔의 딜스-알더 반응(Diels-Alder reaction) 생성물의 삼량체 및/또는 고급 이성체성 디올이 10% 이하로 존재하는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산 성분이 방향족 및/또는 지방족 및/또는 지환족 모노카복실산 및/또는 디카복실산 및/또는 폴리카복실산을 추가로 포함하는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 산 성분이 일부 또는 전부 무수물 및/또는 알킬 에스테르로 이루어지는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 알콜 성분이 직쇄 및/또는 측쇄 지방족 및/또는 지환족 및/또는 방향족 디올 및/또는 폴리올을 추가로 포함하는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 존재하는 α,β-불포화 디카복실산이 시트라콘산, 푸마르산, 이타콘산, 말레산 및/또는 메사콘산인, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 존재하는 추가의 산이 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 1,4-사이클로헥산디카복실산, 숙신산, 세박산, 메틸테트라하이드로프탈산, 메틸헥사하이드로프탈산, 헥사하이드로프탈산, 테트라하이드로프탈산, 도데칸디카복실산, 아디프산, 아젤라산, 이소노난산, 2-에틸헥산산, 피로멜리트산 및/또는 트리멜리트산, 이의 무수물 및/또는 메틸 에스테르인, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 존재하는 추가의 알콜이 에틸렌 글리콜, 1,2- 및/또는 1,3-프로판디올, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 또는 테트라에틸렌 글리콜, 1,2- 및/또는 1,4-부탄디올, 1,3-부틸에틸프로판디올, 1,3-메틸프로판디올, 1,5-펜탄디올, 사이클로헥산디메탄올, 글리세롤, 헥산디올, 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판 및/또는 펜타에리트리톨인, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 알콜 성분의 20% 이상이 제1항 또는 제2항의 이성체로 이루어지는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 알콜 성분의 50% 이상이 제1항 또는 제2항의 이성체로 이루어지는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 알콜 성분의 90% 이상이 제1항 또는 제2항의 이성체로 이루어지는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 알콜 성분의 100% 이상이 제1항 또는 제2항의 이성체로 이루어지는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  13. 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 존재하는 α,β-불포화 산 성분이 푸마르산 및/또는 말레산/무수물인, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  14. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 존재하는 추가의 디카복실산성분이 아디프산 및/또는 프탈산/무수물인, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  15. 제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 알콜 성분이 산 성분에 대해 0.5:1 내지 2.0:1의 몰 비로 존재하는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  16. 제1항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 알콜 성분이 산 성분에 대해 0.8:1 내지 1.5:1의 몰 비로 존재하는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  17. 제1항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 알콜 성분이 산 성분에 대해 1.0:1 내지 1.1:1의 몰 비로 존재하는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  18. 제1항 내지 제17항 중의 어느 한 항에 있어서, 산가가 1 내지 200mg KOH/g, 바람직하게는 1 내지 100mg KOH/g, 보다 바람직하게는 1 내지 50mg KOH/g인, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  19. 제1항 내지 제18항 중의 어느 한 항에 있어서, OH가가 1 내지 200mg KOH/g, 바람직하게는 1 내지 100mg KOH/g, 보다 바람직하게는 1 내지 50mg KOH/g인, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  20. 제1항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서, 보조제와 첨가제가 존재하는,불포화 무정형 폴리에스테르.
  21. 제1항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서, 억제제, 물 및/또는 유기 용매, 중화제, 표면-활성 성분, 산소 스캐빈저 및/또는 라디칼 스캐빈저, 촉매, 광 안정화제, 색 증백제, 감광제, 틱소트로프제, 피막 형성 방지제(antiskinning agent), 소포제, 대전방지제, 증점제, 열가소성 첨가제, 염료, 안료, 난연제, 내부 이형제, 충전제 및/또는 발포제로부터 선택된 보조제 및 첨가제가 존재하는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  22. 제1항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 있어서, 알콜 성분이 제1항 및 제2항의 디시돌 혼합물의 90% 이상을 구성하고, 푸마르산 및/또는 말레산(무수물)이 0.9:1 내지 1.1:1의 디올/산 비율로 존재하는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  23. 제22항에 있어서, 아디프산 및/또는 프탈산/무수물이 산 성분으로서 3:1 내지 1:4, 바람직하게는 1:1 내지 1:2의 α,β-불포화 산 대 추가의 산의 비율로 추가로 존재하는, 불포화 무정형 폴리에스테르.
  24. 출발 물질인 α,β-불포화 디카복실산 성분과 알콜 성분을 150 내지 270℃, 바람직하게는 160 내지 230℃, 보다 바람직하게는 160 내지 200℃의 온도에서 반응시켜, 실질적으로 하나 이상의 α,β-불포화 디카복실산 성분과 하나의 알콜 성분[여기서, 알콜 성분은 이성체 화합물 3,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸, 4,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸 및 5,8-비스(하이드록시메틸)트리사이클로[5.2.1.02,6]데칸의 디시돌 혼합물을 포함하고, 각각의 이성체는 20 내지 40%의 비율로 혼합물에 존재할 수 있으며, 세 가지 이성체의 총합은 90 내지 100%이고, 혼합물의 5% 이상은 폴리에스테르의 알콜 성분에 존재한다]을 포함하는 불포화 무정형 폴리에스테르를 제조하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 반응이 불활성 가스 대기에서 수행되는 방법.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 불활성 가스의 산소 함량이 50ppm 미만인 방법.
  27. 제24항 내지 제26항 중의 어느 한 항에 있어서, 제1항 내지 제23항 중의 어느 한 항의 출발 성분이 사용되는 방법.
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