KR20050035137A - 아미드 연결기를 보유하는 폴리에폭시 화합물 - Google Patents

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KR20050035137A
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데이비드 제이. 브렌난
제리 이. 화이트
짐미 디. 얼스
마빈 엘. 데틀로프
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다우 글로벌 테크놀로지스 인크.
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Abstract

본 발명은 아미드 연결기 및 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 화합물을 제공한다. 상기 화합물은 지방족인 것이 바람직하다.

Description

아미드 연결기를 보유하는 폴리에폭시 화합물 {Polyepoxy Compounds Having an Amide Linkage}
본 발명은 2개 이상의 에폭시기 및 1개 이상의 아미드 연결기를 함유하는 화합물에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 이들 화합물을 함유하는 조성물 및 상기 조성물을 경화시켜 수득한 망상구조 중합체에 관한 것이다.
에폭시 화합물은 예컨대 열 경화성 및(또는) 방사선 경화성 조성물 등에 광범위하게 사용된다. 통상적인 에폭시 화합물이 이처럼 널리 사용됨에도 불구하고, 특성이 개선된 에폭시 화합물에 대한 요구가 계속되고 있다.
발명의 요약
본 발명은 (i) 1개 이상의 아미드 연결기, 바람직하게는 2개 이상의 아미드 연결기 및 (ii) 2개 이상의 에폭시기, 바람직하게는 2개 이상의 말단 에폭시기를 함유하는 화합물을 제공한다. 이하에서는, 1개 이상의 아미드 연결기 및 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 화합물을 폴리에폭시 아미드라고 지칭하기도 할 것이다. 바람직한 폴리에폭시 아미드는 하기 화학식 (1) 내지 화학식 (6)로 나타낸 것을 포함한다:
상기 식에서,
n은 2 이상의 정수를 나타내고,
x는 1 이상, 바람직하게는 2 이상의 정수를 나타내고,
y, z, m, p 및 q는 1 이상의 정수를 나타내고,
R3, R5, R6 및 R7은 독립적으로 호모- 또는 헤테로-히드로카르빌렌기 또는 -히드로카르빌리덴기, 바람직하게는 호모-알킬렌기를 나타내며,
R1, R2 및 R4는 독립적으로 수소 또는 호모- 또는 헤테로-히드로카르빌기, 바람직하게는 수소 또는 호모-알킬기를 나타낸다.
추가로, 본 발명은 1종 이상의 폴리에폭시 아미드를 함유하는 조성물 및 상기 조성물을 경화시켜 수득한 망상구조 중합체를 제공한다. 본 발명에 따른 조성물은 경화제를 추가로 함유하는 것이 바람직하다.
폴리에폭시 아미드는 하기 화학식 (9), (11) 또는 (12) 중 어느 하나로 대표된다:
1종 이상의 폴리에폭시 아미드를 함유하는 조성물.
1종 이상의 폴리에폭시 아미드, 경화제 및 임의로는 추가의 반응성 성분을 함유하는 조성물 및 1종 이상의 폴리에폭시 아미드, 경화제 및 임의로는 중합 촉매(들)를 함유하는 조성물.
1종 이상의 첨가제(들) 또는 1종 이상의 용매(들) 또는 둘다를 추가로 함유하는 상기 조성물.
상기 조성물(들)이거나 이(들)를 함유하는 코팅물, 복합재 및(또는) 기타 적용 용도용 재료.
상기 조성물로 형성된 망상구조 중합체.
상기 망상구조 중합체를 함유하는 재료. 상기 망상구조 중합체를 함유하는 코팅물, 복합재, 수지 주형물, 막, 접착제 및 기타 재료.
정의
호모알킬기는 본질적으로 탄소 및 수소 원자로 구성된 알킬기를 지칭한다. 헤테로알킬기는 주쇄 중에 존재하거나 바람직하게는 치환체로서 존재할 수 있는 다른 원자를 추가로 함유하는 알킬기를 지칭한다. 이러한 다른 원자의 예는 산소, 질소, 황 및 할로겐 원자를 포함한다. 헤테로알킬기를 구성하는 탄소 및 수소 원자는 바람직하게는 40 중량％ (wt％) 이상이고, 더욱 바람직하게는 60 중량％ 이상이고, 훨씬 더욱 바람직하게는 80 중량％ 이상이며, 가장 바람직하게는 90 중량％ 이상이다. 호모알킬기 및 헤테로알킬기는 둘다 시클릭 구조를 포함할 수 있다. 호모알킬기에 바람직한 치환체로는 메틸기, 에틸기 및 프로필기 등이 있다. 헤테로알킬기에 바람직한 추가의 치환체로는 히드록실기, 니트로기, 시아노기 및 할로겐기 등이 있다.
호모-히드로카르빌기는 1가 라디칼인 탄화수소기를 지칭하고, 호모-히드로카르빌렌기 및 호모-히드로카르빌리덴기는 2가 라디칼인 탄화수소기를 지칭한다. 이들 기는 시클릭 구조 및(또는) 불포화 결합을 포함할 수 있기 때문에, 방향족 구조 (예컨대 아릴기, 아릴렌기)를 포함할 수 있다. 헤테로-히드로카르빌기, 헤테로-히드로카르빌렌기 및 헤테로-히드로카르빌리덴기는 주쇄 중에 존재하거나 바람직하게는 치환체로서 존재할 수 있는 다른 원자를 추가로 함유하는 호모-히드로카르빌기, 호모-히드로카르빌렌기, 호모-히드로카르빌리덴기 각각을 지칭한다. 이러한 다른 원자의 예는 산소, 질소, 황 및 할로겐 원자를 포함한다. 헤테로-탄화수소기를 구성하는 탄소 및 수소 원자는 바람직하게는 40 중량％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 60 중량％ 이상이고, 훨씬 더욱 바람직하게는 80 중량％ 이상이며, 가장 바람직하게는 90 중량％ 이상이다. 호모- 및 헤테로-탄화수소기는 포화된 것이 바람직하다. 호모-탄화수소기에 바람직한 치환체로는 메틸기, 에틸기 및 프로필기 등이 있다. 헤테로-탄화수소기에 바람직한 추가의 치환체로는 히드록실기, 니트로기, 시아노기 및 할로겐기 등이 있다.
바람직한 실시양태에서, 탄화수소기 또는 라디칼은 주쇄 원자를 100개 미만, 더욱 바람직하게는 80개 미만, 훨씬 더욱 바람직하게는 50개 미만, 그보다 더욱 바람직하게는 30개 미만, 그보다 더욱 바람직하게는 25개 미만, 그보다 훨씬 더욱 바람직하게는 20개 미만으로 함유한다. 탄화수소기 또는 라디칼은 주쇄 원자를 1개 이상 함유한다. 바람직한 실시양태에서, 탄화수소기 또는 라디칼은 주쇄 원자를 2개 이상, 더욱 바람직하게는 3개 이상, 훨씬 더욱 바람직하게는 4개 이상, 훨씬 더욱 바람직하게는 5개 이상, 그보다 더욱 바람직하게는 6개 이상, 그보다 훨씬 더욱 바람직하게는 7개 이상 함유한다. 바람직한 실시양태에서는 탄화수소기 또는 라디칼이 주쇄 원자를 5개 함유하고, 바람직한 실시양태에서는 탄화수소기 또는 라디칼이 주쇄 원자를 8개 함유하고, 바람직한 실시양태에서는 탄화수소기 또는 라디칼이 주쇄 원자를 11개 함유하며, 바람직한 실시양태에서는 탄화수소기 또는 라디칼이 주쇄 원자를 14개 함유한다. 특히 바람직한 실시양태에서, 탄화수소기 또는 라디칼은 주쇄 원자를 8개 함유한다. 바람직한 실시양태에서, 모든 주쇄 원자는 탄소 원자이다. 탄화수소기 및 라디칼은 예를 들어 알킬기, 알킬리덴기, 알케닐기, 알케닐렌기, 아릴기, 아릴렌기, 알킬아릴기, 지방족기 및 지환족기 및 라디칼 등을 포함한다.
폴리에폭시 아미드
본 발명에 따른 폴리에폭시 아미드는 (i) 1개 이상의 아미드 연결기, 바람직하게는 2개 이상의 아미드 연결기 및 (ii) 2개 이상의 에폭시기, 바람직하게는 2개 이상의 말단 에폭시기를 함유하는 화합물이다.
이하에서는, 1개 이상의 아미드 연결기 및 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 화합물을 폴리에폭시 아미드라고 지칭하기도 할 것이다. 바람직한 폴리에폭시 아미드는 하기 화학식 (1) 내지 화학식 (6)로 나타낸 것을 포함한다:
<화학식 1>
<화학식 2>
<화학식 3>
<화학식 4>
<화학식 5>
<화학식 6>
상기 식에서,
n은 2 이상의 정수를 나타내고,
x는 1 이상, 바람직하게는 2 이상의 정수를 나타내고,
y, z, m, p 및 q는 1 이상의 정수를 나타내고,
R3, R5, R6 및 R7은 독립적으로 호모- 또는 헤테로-히드로카르빌렌기 또는 -히드로카르빌리덴기, 바람직하게는 호모-알킬렌기를 나타내며,
R1, R2 및 R4는 독립적으로 수소 또는 호모- 또는 헤테로-히드로카르빌기, 바람직하게는 수소 또는 호모-알킬기를 나타낸다.
1개 이상의 아미드 연결기를 보유하는 에폭시 화합물은, (1) 1개 이상의 불포화기, 바람직하게는 말단 불포화기 (오메가-불포화기)를 함유하는 1종 이상의 카르복실산을 제공하는 단계, (2) 모노아미노-, 디아미노-, 트리아미노- 또는 폴리아미노-유기 화합물, 바람직하게는 적어도 디아미노-유기 화합물인 1종 이상의 아미노-유기 화합물을 제공하는 단계, (3) 상기 아미노 화합물(들)을 카르복실산(들)과 반응시켜 1개 이상의 아미드 연결기 및 2개 이상의 불포화기 둘다를 함유하는 1종 이상의 아미드를 형성시키는 단계 및 (4) 이후에 아미드에 존재하는 2개 이상의 불포화기를 에폭시드화시켜 1개 이상의 아미드 연결기를 보유하는 에폭시 화합물을 형성시키는 단계에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 모노아미노-유기 화합물이 사용되는 경우, 모노아미노-유기 화합물은 그 자체가 아미드 중에서 카르복실산(들)에 의해 제공되는 부분(들)에 존재하는 불포화기를 에폭시드화시키는데 이용되는 반응 조건하에서 에폭시드화될 수 있는 1개 이상의 불포화기를 함유한다. 아미드화 및 에폭시드화 반응은 당업계에 공지되어 있으며, 이들 반응 각각은 아미드를 형성하고 이후에 아미드를 에폭시드화시키는 목적에 유용하다.
바람직한 실시양태에서, 1개 이상의 불포화기를 함유하는 카르복실산은 주쇄 원자를 3개 이상, 더욱 바람직하게는 4개 이상, 훨씬 더욱 바람직하게는 5개 이상, 그보다 더욱 바람직하게는 6개 이상, 그보다 더욱 바람직하게는 7개 이상, 그보다 훨씬 더욱 바람직하게는 8개 이상 함유한다. 바람직한 실시양태에서는 1개 이상의 불포화기를 함유하는 카르복실산은 주쇄 원자를 100개 미만, 더욱 바람직하게는 80개 미만, 훨씬 더욱 바람직하게는 50개 미만, 그보다 더욱 바람직하게는 30개 미만, 그보다 더욱 바람직하게는 25개 미만, 그보다 훨씬 더욱 바람직하게는 20개 미만으로 함유한다. 1개 이상의 불포화기를 함유하는 카르복실산은 주쇄 원자를 바람직하게는 4개, 5개, 6개, 8개, 10개, 11개, 12개, 14개, 16개, 17개, 18개, 20개, 22개, 24개, 26개, 28개 또는 30개 함유하고, 더욱 바람직하게는 8개, 10개, 11개, 12개, 14개, 16개, 17개 또는 18개 함유한다. 훨씬 더욱 바람직하게는, 1개 이상의 불포화기를 함유하는 카르복실산은 주쇄 원자를 8개, 11개, 14개 또는 17개 함유한다. 특히 바람직한 실시양태에서, 1개 이상의 불포화기를 함유하는 카르복실산은 주쇄 원자를 11개 함유한다. 바람직한 실시양태에서, 모든 주쇄 원자는 탄소 원자이다. 바람직한 실시양태에서, 카르복실산은 모노-카르복실산이다. 바람직한 실시양태에서, 카르복실산은 모노-불포화 카르복실산이다.
바람직한 실시양태에서, 카르복실산은 프로펜산, 3-부텐산, 4-펜텐산, 5-헥센산, 6-헵텐산, 7-옥텐산, 8-노넨산, 9-데센산, 10-운데센산, 11-도데센산, 12-트리데센산, 13-테트라데센산, 14-펜타데센산, 15-헥사데센산, 16-헵타데센산, 17-옥타데센산, 18-노나데센산, 20-헤네이코센산, 22-트리코센산, 24-펜타코센산 또는 26-헵타코센산 중 1종 이상이다. 더욱 바람직하게는, 카르복실산은 5-헥센산, 6-헵텐산, 7-옥텐산, 10-운데센산, 12-트리데센산, 14-펜타데센산, 16-헵타데센산, 18-노나데센산, 20-헤네이코센산 또는 22-트리코센산 중 1종 이상이다. 훨씬 더욱 바람직하게는, 카르복실산은 10-운데센산, 12-트리데센산, 14-펜타데센산 또는 16-헵타데센산 중 1종 이상이다. 특히 바람직한 실시양태에서, 카르복실산은 10-운데센산이다. 1개 이상의 불포화기를 함유하는 카르복실산은 바람직하게는 생물학적으로 생성된 불포화 지방산, 예를 들어 올레산이거나 그로부터 유도된다. 1개 이상의 불포화기를 함유하는 카르복실산은 예를 들어 당업계에 통상적으로 공지된 바와 같은 상호교환 반응 등을 통해 생물학적으로 생성된 불포화 지방산으로부터 유도될 수 있다. 1개 이상의 불포화기를 함유하는 카르복실산은 널리 시판되고 있다.
바람직한 실시양태에서, 아미노-유기 화합물은 아릴 아민, 알킬아릴 아민, 지방족 아민 또는 지환족 아민인 아민이다. 바람직한 실시양태에서, 아민은 디아민, 트리아민 또는 그 이상의 고급 아민이다. 바람직한 실시양태에서, 아민은 1개 이상의 1차 아미노기, 더욱 바람직하게는 2개 이상의 1차 아미노기를 함유한다. 바람직한 실시양태에서, 아민은 1개 이상의 2차 아미노기를 함유한다. 아민은 1차 아미노기(들) 및 2차 아미노기(들) 둘다를 함유할 수 있다. 아민이 1개 초과의 2차 아미노기를 함유하는 경우, 2차 아미노기들은 아민의 주쇄를 따라 대략 동등한 거리만큼 서로와 떨어져 있는 것이 바람직하다. 바람직한 실시양태에서, 아민은 아미노기를 2개 이상 함유한다. 바람직한 실시양태에서, 아민은 아미노기를 약 10개 이하, 더욱 바람직하게는 약 8개 이하, 훨씬 더욱 바람직하게는 6개 이하, 그보다 더욱 바람직하게는 5개 이하로 함유한다. 바람직한 실시양태에서, 아민은 아미노기를 3개 함유한다. 바람직한 실시양태에서, 아민은 아미노기를 2개 함유한다. 바람직한 실시양태에서, 아민은 주쇄 원자를 3개 이상, 더욱 바람직하게는 4개 이상 함유한다. 바람직한 실시양태에서, 아민은 주쇄 원자를 약 30개 이하, 더욱 바람직하게는 약 20개 이하, 훨씬 더욱 바람직하게는 약 15개 이하, 그보다 더욱 바람직하게는 약 10개 이하로 함유한다.
바람직한 디아민의 예는 에틸렌 디아민, 1,2-디아미노프로판, 1,3-디아미노프로판, N,N'-디알킬-1,3-프로판디아민, 1,4-부탄디아민, 1,6-헥산디아민 및 페닐렌-디아민 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 바람직한 트리아민의 예는 디에틸렌-트리아민; 에틸렌-트리메틸렌-트리아민, 비스(트리메틸렌)트리아민 및 멜라민 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 바람직한 그 이상의 고급 아민의 예는 트리에틸렌-테트라민, 트리(트리메틸렌)테트라민, 테트라에틸렌-팬트아민 및 펜타에틸렌-헥스아민 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 특히 바람직한 아민은 에틸렌 디아민, 1,3-디아미노프로판, 디에틸렌-트리아민 및 트리에틸렌-테트라민을 포함한다. 아민은 당업계에 공지된 여러 방법들 중 임의의 것을 이용하여 제조할 수 있고, 아민은 널리 시판되고 있다.
카르복실산과 아민을 반응시켜 아미드를 형성시키는 것은, 당업계에 공지된 임의의 방법으로 수행할 수 있다. 예를 들면, 카르복실산을 먼저 산 할라이드, 바람직하게는 산 클로라이드로 전환시킬 수 있으며, 이것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해 공지된 방법 중에는 산 또는 그로부터 제조된 카르복실레이트 염을 예를 들어 염화술포닐, 염화옥살릴, 옥시염화인, 삼염화인, 오염화인 또는 포스겐 (염화카르보닐) 또는 상응하는 브롬화물로 처리하거나 시아누르산 불화물로 처리하는 방법이 있다. 카르복실산 할라이드 역시 시판되고 있다. 이어서, 산 할라이드를 유기 용매 중에서 아민과 접촉시켜 아미드를 형성시킬 수 있다. 유기 용매는 중간 정도의 극성 유기 용매, 예를 들어 테트라히드로푸란 (THF), 디에틸에테르, 클로로포름, 염화메틸렌, 피리딘 또는 디옥산인 것이 바람직하다.
일단 아미드가 형성되면, 이는 이후에 유기 용매 중의 활성 산소 작용제로 처리하여 그 안에 존재하는 불포화기를 에폭시드화시킴으로써 에폭시드화될 수 있다. 예를 들면, 활성 산소 작용제로서 퍼옥시-카르복실산 [RC(O)OOH] 또는 그의 염, 예를 들어 퍼아세트산, 퍼프로피온산, 퍼벤조산, 중탄산염-활성화된 퍼옥시드 (퍼카르보네이트 이온), 나트륨 또는 칼륨 퍼카르보네이트 또는 마그네슘 모노퍼옥시프탈레이트 등을 사용할 수 있다. 유기 용매는 상기한 바와 같은 중간 정도의 극성 유기 용매인 것이 바람직하다. 이러한 에폭시드화 반응의 생성물로서 1개 이상의 아미드 연결기를 보유하는 에폭시 화합물이 수득된다.
폴리에폭시 아미드는 조성물 중에 사용되거나 폴리에폭시 아미드를 사용하여 조성물을 형성할 수 있다. 폴리에폭시 아미드(들)를 함유하는 조성물을 사용하여 망상구조 중합체를 형성할 수 있는데, 이는 상기 조성물을 경화시킴으로서 수득된다. 본 발명에 따른 조성물은 경화제를 추가로 함유하는 것이 바람직하다. 상기 조성물은 중합 촉매(들), 추가의 반응성 성분(들), 첨가제(들) 또는 용매(들)을 함유할 수 있다. 상기 조성물은 여러가지 적용 용도, 예를 들어 코팅물, 코팅물용 재료, 복합재용 매트릭스 재료로서 이용될 수 있으며, 다른 적용 용도로도 이용될 수 있다.
경화제
바람직한 경화제는 지방족 아민, 방향족 아민, 이소시아네이트, 다관능성 히드록실 함유 화합물, 무수물, 다관능성 산, 이미다졸, 다관능성 메르캅탄, 삼할라이드화 붕소 착물, 디시아나미드 및 이들의 혼합물을 포함한다.
적합한 지방족 아민 경화제의 예는 1,2-디아미노시클로헥산, 이소포론 디아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜트아민, 에탄올아민, 피페라진, 아미노에틸피페라진, 아미노에틸에탄올아민, 디에틸아미노프로필아민, 디메틸아미노프로필아민, 2,5-디메틸-2,5-헥산디아민, 비스(아미노시클로헥실)메탄, 3-아미노-1-시클로헥실아미노프로판, 폴리에탄올아민, 폴리프로판올아민, 폴리에틸렌이민 및 이들의 혼합물을 포함한다.
적합한 방향족 아민 경화제의 예는 디아미노벤젠, 메틸렌디아닐린, 옥시디아닐린, 디아미노디페닐술피드, 디아미노디페닐술폰, 2,4-비스-(p-아미노벤질)아닐린, 디아미노톨루엔, 케트이민, 아미도아민 및 이들의 혼합물을 포함한다.
적합한 다관능성 히드록실 함유 화합물은 노볼락류 (주로 산 촉매 및 과량의 페놀을 사용하여 수득된 열가소성 페놀-포름알데히드 수지), 레졸류 (주로 부분적으로 축합된 페놀 알콜로 구성된, 알칼리성-촉매된 열경화성 페놀-포름알데히드 수지) 및 비스페놀 A (4,4'-이소프로필리덴디페놀), 비스페놀 F [비스(4-히드록시페닐)메탄] 및 2,2'-비스페놀 등의 비스페놀류를 포함한다.
적합한 무수물의 예는 벤조페논 테트라카르복실산 무수물, 클로렌드산 무수물, 숙신산 무수물, 도데세닐숙신산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물, 말레산 무수물, 메틸 헥사히드로프탈산 무수물, 테트라히드로프탈산 무수물, NADIC 메틸 무수물 (3a,4,7,7a-테트라히드로메틸-4,7-메타노이소벤조푸란-1,3-디온), 프탈산 무수물, 폴리아디프산 폴리무수물, 폴리아젤라산 폴리무수물, 폴리세바스산 폴리무수물, 피로멜리트산 무수물 및 이들의 혼합물을 포함한다.
적합한 다관능성 산의 예는 아디프산, 세바스산, 아젤라산 산, 테르프탈산, 이소프탈산, 시클로헥산디카르복실산 및 이들의 혼합물을 포함한다.
적합한 이미다졸의 예는 2-메틸이미다졸, 2-히드록시프로필이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 2-페닐-4,5-디히드록시메틸이미다졸 및 이들의 혼합물을 포함한다.
적합한 삼할라이드화 붕소 착물의 예는 삼불화붕소 디에틸 에테레이트를 포함한다.
요오도늄 염 (예컨대 디아릴요오도늄 염) 및 술포늄 염 (예컨대 트리아릴술포늄 염)을 경화제로서 사용할 수도 있다. 바람직한 디아릴요오도늄 염은 디아릴요오도늄 헥사플루오로안티몬산염이다. 요오도늄 염 및 술포늄 염을 함유하는 조성물은 임의의 적합한 광감제, 예컨대 안트라센, 피렌, 페릴렌 및 이들의 혼합물을 함유할 수도 있다.
조성물은 적합한 중합 가속화제를 함유할 수도 있다. 적합한 중합 가속화제의 예는 다관능성 아크릴레이트 단량체, 페놀류, 일관능성 산, 노볼락류 및 비스페놀류를 포함한다.
적합한 페놀류의 예는 4-tert-부틸페놀, 카테콜, 2-클로로페놀, 4-니트로페놀, 2,4-디메틸페놀 및 노닐페놀을 포함한다.
적합한 다관능성 아크릴레이트의 예는 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트 및 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트를 포함한다.
적합한 일관능성 산의 예는 살리실산, 5-클로로살리실산, 2,4-디클로로벤조산 및 발레르산을 포함한다.
적합한 비스페놀류의 예는 비스페놀 A (4,4'-이소프로필리덴디페놀), 비스페놀 F [비스(4-히드록시페닐)메탄] 및 2,2'-비스페놀을 포함한다.
중합 촉매
본 발명의 조성물은 적합한 중합 촉매를 함유할 수 있다. 적합한 중합 촉매의 예는 3차 아민, 루이스 산, 오늄 염 및 이미다졸을 포함한다.
적합한 3차 아민의 예는 벤질디메틸아민, 2-디메틸아미노메틸페놀 및 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀을 포함한다.
적합한 루이스 산의 예는 주석 옥토에이트 및 디부틸주석 디라우레이트를 포함한다.
촉매로서 사용할 수 있는 적합한 오늄 염의 예는 암모늄 염 (예컨대 브롬화테트라부틸암모늄)을 포함한다.
추가의 반응성 성분
본 발명의 조성물은 1종 이상의 폴리에폭시 아미드 이외에도 임의의 추가의 적합한 반응성 성분, 예컨대 다른 에폭시-관능성 성분, 히드록시-관능성 성분, 아크릴레이트-관능성 성분 및 이들의 혼합물을 함유할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 조성물은 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르를 함유할 수 있다. 바람직한 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르는 하기 화학식 (7)로 나타낸 것을 포함한다:
상기 식에서,
n2는 0 내지 10의 정수이다.
첨가제
본 발명의 조성물은 임의의 적합한 첨가제를 함유할 수 있다. 예를 들어, 안료를 첨가하여 조성물을 착색시킬 수 있다. 첨가할 수 있는 다른 적합한 첨가제의 예는 안정화제 (예컨대 항산화제), 레올로지 (rheology) 조절제, 난연제, 광 안정화제, 유동성 개질제, 색상 안정화제 및 불활성 충전제 및 이들의 배합물을 포함한다. 불활성 충전제는 무기 (예컨대 유리 비드, 활석, 실리카 입자 또는 점토)이거나 유기 (예컨대 다당류, 개질된 다당류 및 천연 미립자 충전제)일 수도 있고 또는 둘다일 수도 있다.
물 및 유기 용매
상기 조성물은 물 및(또는) 유기 용매를 함유하여, 예를 들어 기판에 대한 본 발명의 조성물 분무를 용이하게 할 수 있다.
경화 및 성질
본 발명의 조성물의 경화는 임의의 적합한 수단, 예를 들어 가열 및(또는) 조사(照射), 예컨대 자외선 (UV) 또는 전자기선 조사에 의해 개시될 수 있다. 본 발명의 폴리에폭시 아미드가 2개 이상의 에폭시기를 함유하기 때문에, 본 발명의 조성물은 경화시에 "망상구조 중합체"라고도 지칭되는 가교된 망상구조를 형성할 수 있다.
열가소성 중합체
본 발명의 폴리에폭시 아미드를 사용하여 열가소성 중합체를 형성할 수도 있다. 예를 들면, 이들을 디카르복실산 등으로 중합시켜 열가소성 폴리에스테르를 형성할 수 있다. 이러한 중합의 예는 다음과 같다:
상기 식에서,
A 및 Z는 독립적으로 수소 또는 호모- 또는 헤테로-히드로카르빌기, 바람직하게는 수소 또는 호모-알킬기를 나타내며,
B, X, Y 및 Q는 독립적으로 호모- 또는 헤테로-히드로카르빌렌기 또는 헤테로-히드로카르빌리덴기, 바람직하게는 호모-알킬렌기를 나타낸다.
적용 용도
폴리에폭시 아미드는 광범위하게 다양한 적용 용도에 사용될 수 있다. 예를 들면, 이들을 사용하여 코팅물, 복합재 (예를 들어 섬유, 예컨대 유리 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 탄소 섬유 또는 천연 섬유, 예컨대 목재, 황마, 모시, 아마, 대나무 또는 사이잘삼 섬유 또는 이들의 배합물로 강화된 복합재)용 매트릭스 재료, 접착제 및 성형품을 수득할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 폴리에폭시 아미드를 함유하는 조성물을 사용하여, 기판, 예를 들어 목재, 금속 또는 플라스틱 기판을 코팅할 수 있다. 상기 조성물은 고체 또는 액체로서 도포될 수 있다. 상기 조성물은 액체로서 기판상에 분무하여 도포되는 것이 바람직하다.
하기의 실시예는 본 발명의 특정 실시양태로서 제공되며, 본 발명의 실시 및 이점을 입증하기 위한 것이다. 이들 실시예는 단지 예시하기 위한 것이며 어떠한 방식으로도 본 명세서 또는 청구의 범위를 제한하려 하는 것이 아님을 이해해야 한다.
N,N'-에틸렌비스(10-운데센아미드)의 합성
500 mL의 3-구 둥근 바닥 플라스크 (환류 축합기, 첨가 깔때기 및 교반 막대가 장착됨)에 10-운데세노일 클로라이드 (32.2 mL, 30.4 g, 0.150 mol) 및 테트라히드로푸란 (THF) (200 mL)을 첨가했다. 첨가 깔때기에 에틸렌디아민 (4.51 g, 0.075 mol), 트리에틸아민 (42 mL, 30.5 g, 0.300 mol) 및 THF (75 mL)를 첨가했다. 상기 아민 용액을 산 클로라이드 용액에 1시간에 걸쳐 적가하여 백색 침전물을 수득했다. 첨가 완료 후, 반응 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 교반했다. 이어서, 반응 혼합물을 여과하여 침전된 고체를 취하였다. 침전된 고체를 물 (250 mL)에 첨가하고 교반했다. 여과를 통해 불용성 고체를 수집한 후에 공기 건조시켰다. 조 생성물을 아세톤 (500 mL) 및 물 (20 mL)의 혼합물로부터 재결정화하여 백색 고체를 수득했으며, 이를 25℃에서 6시간 동안 진공 건조 (즉, 진공하에 건조시킴)시켰다. 이로써 수득된 화합물은 하기 화학식 (8)로 대표된다. 수율: 10 g (34％). 융점 (M.P.): 146 내지 148℃. 1H 및 13C NMR 분석 결과, 화학식 (8)의 구조와 일치하였다:
에폭시드화된 N,N'-에틸렌비스(10-운데센아미드)의 합성
500 mL의 3-구 둥근 바닥 플라스크 (환류 축합기, 첨가 깔때기 및 교반 막대가 장착됨)에 상기 화학식 (8)에 따른 운데센아미드 (8.90 g, 22.7 mmol, 45.3 mmol 이중 결합), 아세트산나트륨 (0.63 g) 및 염화메틸렌 (170 mL)을 첨가했다. 첨가 깔때기에 32 중량％ 퍼아세트산 (19.1 mL의 32 중량％, 21.6 g의 32 중량％, 6.91 g의 퍼아세트산 및 90.9 mmol 퍼아세트산)을 첨가했다. 15℃로 냉각시킨, 염화메틸렌 중 화학식 (8)의 현탁액에 상기 퍼아세트산 용액을 20분에 걸쳐 적가했다. 반응 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 교반하였고, 이 동안에 아미드가 용해되어 반응했다. 이어서, 반응 혼합물을 16시간 동안 환류 가열하였다. 이어서, 반응 혼합물을 빙욕조에서 15℃로 냉각시킨 후에, 상기 반응 혼합물에 물 (200 mL) 중 60％ (w/v) 중아황산나트륨 (9.44 g, 90.8 mmol) 용액을 적가했다. 용액으로부터 백색 고체/겔이 침전되었다. 흡입 여과를 통해 고체를 수집했다. 수성 및 유기 상을 버렸다. 조 생성물을 아세톤/에탄올 (400 mL)의 2 : 1 혼합물로부터 재결정화한 후에 25℃에서 16시간 동안 진공 건조시켰다. 이로써 수득된 폴리에폭시 아미드는 하기 화학식 (9)로 대표된다. 수율: 5.93 g (61％). 에폭시드 당량 (EEW): 218.8 g/mol 에폭시드 (EEW의 계산치 = 212.3).
<화학식 9>
N,N'-(1,3-프로필렌)비스(10-운데센아미드)의 합성
500 mL의 3-구 둥근 바닥 플라스크 (환류 축합기, 첨가 깔때기 및 교반 막대가 장착됨)에 10-운데세노일 클로라이드 (32.2 mL, 30.4 g, 0.150 mol) 및 THF (200 mL)를 첨가했다. 첨가 깔때기에 1,3-디아미노프로판 (5.56 g, 0.075 mol), 트리에틸아민 (42 mL, 30.5 g, 0.300 mol) 및 THF (75 mL)를 첨가했다. 상기 아민 용액을 산 클로라이드 용액에 1시간에 걸쳐 적가하여 백색 침전물을 수득했다. 첨가 완료 후, 반응 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 교반했다. 반응 혼합물을 여과하여 침전된 고체를 취하였다. 침전된 고체를 물 (250 mL)에 첨가하고 교반했다. 여과를 통해 불용성 고체를 수집한 후에 공기 건조시켰다. 조 생성물을 고온의 톨루엔 (250 mL)으로부터 재결정화하여 백색 고체를 수득했으며, 이를 25℃에서 16시간 동안 진공 건조시켰다. 이로써 수득된 화합물은 하기 화학식 (10)으로 대표된다. 수율: 9.6 g (31％). M.P.: 117℃ 내지 119℃. 1H 및 13C NMR 분석 결과, 화학식 (10)의 구조와 일치하였다:
에폭시드화된 N,N'-(1,3-프로필렌)비스(10-운데센아미드)의 합성
100 mL의 3-구 둥근 바닥 플라스크 (환류 축합기, 첨가 깔때기 및 교반 막대가 장착됨)에 상기 화학식 (10)에 따른 운데센아미드 (4.07 g, 10.0 mmol, 20.0 mmol 이중 결합) 및 염화메틸렌 (50 mL)을 첨가했다. 첨가 깔때기에 32 중량％ 퍼아세트산 (5.05 mL의 32 중량％, 5.71 g의 32 중량％, 1.83 g의 퍼아세트산 및 24.0 mmol 퍼아세트산) 중 아세트산나트륨 (0.17 g)의 용액을 첨가했다. 15℃로 냉각시킨, 염화메틸렌 중 화학식 (10)의 현탁액에 상기 퍼아세트산 용액을 20분에 걸쳐 적가했다. 반응 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 교반하였고, 이 동안에 아미드가 용해되어 반응했다. 이어서, 반응 혼합물을 15시간 동안 환류 가열하였다. 이어서, 반응 혼합물을 빙욕조에서 15℃로 냉각시킨 후에, 상기 반응 혼합물에 물 (30 mL) 중 아황산나트륨 (3.02 g, 24.0 mmol) 용액을 적가했다. 이어서, 유기 및 수성 층을 분리했다. 유기 용액을 동일 체적의 물, 5％ (w/v) NaCl (2회) 및 5％ (w/v) NaHCO3 (2회)로 연속적으로 세척했다. 이어서, 유기 층을 MgS04상에서 건조시켜 여과하였고, 용매를 감압하에 제거하여 백색 고체를 수득했다. 조 생성물을 아세톤 (100 mL)으로부터 재결정화하고, 여기에 물 (1 mL)을 첨가했다. 재결정화된 생성물을 25℃에서 4시간 동안 진공 건조시켰다. 이로써 수득된 폴리에폭시 아미드는 하기 화학식 (11)로 대표된다. 수율: 1.65g (38％). M.P.: 119 내지 122℃. 에폭시드 당량 (EEW): 224.6 g/mol 에폭시드 (EEW의 계산치 = 219.3).
<화학식 11>
디에틸렌트리아민-N,N',N"-트리(10,11-에폭시운데크아미드)의 합성
디에틸렌트리아민-N,N',N"-트리(10,11-운데센아미드) 20 g (0.031 mol) 및 클로로포름 352.9 g을 500 mL 반응 용기에 충전하고 13℃로 냉각시켰다. 온도를 15℃ 미만으로 유지하면서 아세트산 (0.78 g, 0.01 mol의 아세트산나트륨 함유) 중 32 중량％ 퍼아세트산 (0.11 mol) 26.3 g을 교반하에 충전하였다. 퍼아세트산을 첨가한 후, 온도를 40℃로 상승시켜 7시간 동안 유지한 후에 상온으로 냉각시켜, 이 온도에서 16시간 더 교반했다. 반응 혼합물을 다시 15℃ 미만으로 냉각시키고, 온도를 15℃ 미만으로 유지하면서 10％ (w/v) 수성 아황산나트륨 104.6 g을 적가하여 과량의 과산을 중화시켰다. 유기 및 수성 상이 분리되도록 하였으며, 유기 상을 pH 6에 도달시까지 물로 반복적으로 세척했다. 세척된 유기 상을 무수 황산나트륨상에서 밤새 건조시킨 후에 클로로포름을 진공하에 스트리핑하여 조 생성물 20.5 g을 수득했다. 이로써 수득된 폴리에폭시 아미드는 하기 화학식 (12)로 대표된다. 조 생성물을 따뜻한 헥산으로부터 재결정화하여, 에폭시드 값이 18.8 중량％ (이론치의 94.7％)인 디에틸렌트리아민-N,N',N"-트리(10,11-에폭시운데크아미드) 10.75 g을 수득했다.
<화학식 12>
디에틸렌트리아민-N,N',N"-트리(10,11-에폭시운데크아미드)를 함유하는 경화된 수지 조성물의 제조
디에틸렌트리아민-N,N',N"-트리(10,11-에폭시운데크아미드) 1.5060 g 및 동량의 4,4'-메틸렌디아닐린 (0.2996 g)을 합하여 120℃의 오븐에 7분 동안 넣어두어 4,4'-메틸렌디아닐린을 용해시켰다. 4,4'-메틸렌디아닐린이 용해된 후에, 수지상 혼합물을 작은 알루미늄 팬에 부었다. 알루미늄 팬 중의 수지상 혼합물 1.3393 g에 주석 옥토에이트 0.033 g을 첨가했다. 이어서, 이 혼합물을 다시 오븐에 넣어 하기 스케쥴에 따라 경화시켰다: 120℃에서 2시간, 140℃에서 2.5시간 및 180℃에서 2.5시간. 실온으로 냉각한 후, 알루미늄 팬으로부터 재료 주형물을 수득했다. 이 주형물에 대하여 25℃부터 250℃까지 1분 당 10℃의 가열 속도로 시차 주사 열량 분석을 수행하였다. 이 분석에서는 유리 전이 온도가 84℃인 것으로 나타났다.
상기 기재에는 본 발명의 구체적인 실시양태를 기재하였으나, 당업자에게는 이에 대한 많은 변형이 매우 명백할 것이기 때문에 본 발명은 오직 하기하는 청구 범위의 사상 및 범위에 의해서만 제한되는 것임을 이해해야 한다.

Claims (25)

1개 이상의 아미드 연결기 및 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 폴리에폭시 아미드.
제1항에 있어서, 2개 이상의 말단 에폭시기를 함유하는 폴리에폭시 아미드.
제1항 또는 제2항에 있어서, 2개 이상의 아미드 연결기를 함유하는 폴리에폭시 아미드.
제1항 또는 제2항에 있어서, 에스테르기를 함유하는 폴리에폭시 아미드.
제1항에 있어서, 하기 화학식 (1), (2), (3), (4), (5) 또는 (6) 중 어느 하나로 대표되는 폴리에폭시 아미드:
<화학식 1>
<화학식 2>
<화학식 3>
<화학식 4>
<화학식 5>
<화학식 6>
상기 식에서,
n은 2 이상의 정수를 나타내고,
x는 1 이상의 정수를 나타내고,
y, z, m, p 및 q는 1 이상의 정수를 나타내고,
R3, R5, R6 및 R7은 독립적으로 호모- 또는 헤테로-히드로카르빌렌기 또는 -히드로카르빌리덴기를 나타내며,
R1, R2 및 R4는 독립적으로 수소 또는 호모- 또는 헤테로-히드로카르빌기를 나타낸다.
제5항에 있어서, 화학식 (5) 또는 (6) 중 어느 하나로 대표되는 폴리에폭시 아미드.
제1항에 있어서, 하기 화학식 (9), (11) 또는 (12) 중 어느 하나로 대표되는 폴리에폭시 아미드:
<화학식 9>
<화학식 11>
<화학식 12>
.
(i) 제1항, 제2항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 폴리에폭시 아미드,
(ii) 경화제 및
(iii) 임의로는 추가의 반응성 성분
을 함유하는 조성물.
제8항에 있어서, 추가의 반응성 성분이 폴리에폭시 아미드가 아닌 에폭시 수지인 조성물.
제8항에 있어서, 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르를 함유하는 조성물.
제8항에 있어서, 항산화제, 난연제, 안료, 유동성 개질제, 색상 안정화제, 불활성 충전제 또는 이들의 배합물인 첨가제를 추가로 함유하는 조성물.
제8항에 따른 조성물을 경화시켜 수득한 망상구조 중합체.
제12항의 망상구조 중합체를 함유하는 수지 주형물.
제12항의 망상구조 중합체를 함유하는 막.
제12항의 망상구조 중합체를 함유하는 코팅된 기판.
제16항에 있어서, 금속, 플라스틱 또는 목재를 포함하는 기판.
제12항의 망상구조 중합체를 함유하는 접착층 또는 결합제.
(i) 제12항의 망상구조 중합체 및
(ii) 강화제
를 함유하는 복합재.
제18항에 있어서, 강화제가 섬유를 포함하는 복합재.
제19항에 있어서, 섬유가 유리 섬유, 탄소 섬유, 폴리아미드 섬유 또는 폴리에스테르 섬유인 복합재.
제19항에 있어서, 섬유가 목재, 황마, 모시, 아마 또는 사이잘삼 섬유인 복합재.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 강화제가 비-섬유성 충전제를 포함하는 복합재.
제22항에 있어서, 비-섬유성 충전제가 탄소, 유리, 다당류, 개질된 다당류 또는 천연 미립자 물질인 복합재.
제1항, 제2항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 폴리에폭시 아미드를 중합시켜 수득한 열가소성 중합체.
제24항에 있어서, 폴리에폭시 아미드를 디카르복실산으로 중합시켜 수득한 폴리에스테르인 열가소성 중합체.
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