KR20090017579A - 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법, 난연성 수지 및 난연성 수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
1 단계 반응에 의해서 합성할 수 있는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법을 제공한다.
다음 일반식 (1) : (1) 로 나타내는 아미노페놀 화합물과, 다음 일반식 (2) : (2) (식 중, X1, X2, X3, X4 및 X5 는 동일하거나 상이해도 되고, 수소 원자 또는 탄소수 1∼3 의 알킬기이다) 로 나타내는 디클로로인산 화합물을, 무기 염기성 화합물의 존재하, 비프로톤성 유기 용매 중에서 반응시키고, 다음 일반식 (3) : (3) (식 중, X1, X2, X3, X4 및 X5 는 상기와 동일) 로 나타내는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물을 얻는 것을 특징으로 하는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법으로 한다.
Description
본 발명은, 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법, 난연성 수지 및 난연성 수지 조성물에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은, 프린트 배선판, 솔더 레지스트, 밀봉재 및 층간 절연막 등의 전자 재료, 전기기기의 하우징, 그리고 건축물 및 차량 등의 구조재에 사용하는 FRP 등을 제조하기 위해서 사용되는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법, 그리고 난연성 수지 및 난연성 수지 조성물에 관한 것이다.
종래, 열경화성 수지 (예를 들어, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 페놀 수지 및 멜라민 수지 등) 및 열가소성 수지 (예를 들어, ABS 수지, AS 수지, PET 수지, PBT 수지 및 PMMA 수지 등) 을 함유하는 수지 조성물에 난연성을 부여하는 경우, 난연제로서 유기 할로겐 화합물이 배합되고 있었다. 이러한 유기 할로겐 화합물을 함유하는 수지 조성물은, 난연성이 우수하지만, 성형 가공시 가열할 때 및 사용 후 소각할 때에 환경에 악영향을 주는 맹독의 다이옥신류를 발생한다는 문제가 있었다. 그 때문에, 유기 할로겐 화합물을 대체하는 난연제로서, 트리 알킬포스페이트 및 트리아릴포스페이트 등의 인산에스테르계 화합물, 및 적린 (red phosphorus) 을 수지 조성물에 배합하는 것이 제안되고 있다.
그러나, 상기 인산에스테르계 화합물은, 수지 조성물에 배합한 경우에 가수분해되어 프리한 인산이온을 발생하기 쉬워, 경화물의 전기적 특성을 열화시킨다. 그래서, 이러한 가수분해를 방지하는 난연제로서 방향족 축합형 인산에스테르를 사용하는 것이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허 문헌 1 및 2).
그러나, 방향족 축합형 인산에스테르는, 배합량이 많아지면 경화물로부터의 블리드아웃이 발생하기 때문에 사용량에 제한이 있다는 문제가 있었다.
또한, 적린을 함유하는 수지 조성물은, 사용 후 소각할 때에 인체에 유해한 포스핀을 발생한다는 문제가 있었다. 그래서, 적린을 열경화성 수지로 피복하는 방법이나, 무전해 도금으로 적린을 피복하는 방법이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허 문헌 3 및 4).
그러나, 이러한 방법에 의해서도 상기 문제를 완전히 해결할 수는 없었다.
한편, 에폭시 수지 및 우레탄 수지에 있어서, 여러가지 디아민 화합물을 수지 원료로서 사용하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 특허 문헌 5 에서는, 다음의 일반식을 갖는 디아민 화합물을 수지 원료로서 사용하는 것을 개시하고 있다.
[화학식 1]
상기 식 중, X 는, 염소 원자, 브롬 원자 또는 완전히 할로겐화된 알킬기이고, A 는, 2 가의 방향족 부분 또는 할로겐화 방향족 부분이다. 이러한 디아민 화합물은 A 부분에 인 원자를 가지고 있지 않고, 이러한 디아민 화합물을 사용하여 조제되는 수지는 광학 재료로서 사용되고 있으며, 난연성이 불충분하였다.
또, 비특허 문헌 1 에서는, 다음 식을 갖는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물을 수지 원료로서 사용함으로써 난연성 수지가 얻어지는 것을 개시하고 있다.
[화학식 2]
상기 아미노기 함유 인산에스테르 화합물은, 다음의 반응식으로 나타내는 바와 같이, (1) 트리에틸아민의 존재하에서, p-니트로페놀과 메틸디클로로인산을 반응시켜 비스(4-니트로페닐)메틸포스포네이트를 얻는 반응 (수율 83%), 및 (2) Pd/C 를 촉매로서 사용하고, 메탄올 중에서 니트로기를 아미노기로 환원시켜 비스(4-아미노페닐)메틸포스포네이트를 얻는 반응 (수율 86%) 의 2 단계 반응에 의해서 제조되어 있다.
[화학식 3]
상기 아미노기 함유 인산에스테르 화합물을 공업적으로 사용하는 경우에는, 1 단계 반응에 의해서 합성하는 것이 생산 효율 및 비용 등의 면에서 바람직하지만, 그와 같은 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법은 개발되어 있지 않다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평5-1079호
특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 평8-277344호
특허 문헌 3 : 일본 특허공보 평5-51623호
특허 문헌 4 : 일본 공개특허공보 평6-87606호
특허 문헌 5 : 미국 특허 제6891067호 명세서
비특허 문헌 1 : C. M. Thompson, 외 4 명, "FLAME RETARDANT EPOXY RESINS", 2004년 5월 16일, NASA Langley Technical Library Digital Repository, 인터넷 <URL : http://techreports.larc.nasa.gov/ltrs/PDF/2004/mtg/NASA-2004-sampe-cmt.pdf>
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 1 단계 반응에 의해서 용이하게 합성할 수 있는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 성형 가공시 가열할 때 및 사용 후 소각할 때에 다이옥신 및 포스핀을 발생하지 않음과 함께, 난연성 및 전기 특성이 우수한 경화물을 얻을 수 있는 난연성 수지 및 난연성 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명은, 다음 일반식 (1) :
[화학식 4]
로 나타내는 아미노페놀 화합물과, 다음 일반식 (2) :
[화학식 5]
(식 중, X1, X2, X3, X4 및 X5 는 동일하거나 상이해도 되고, 수소 원자 또는 탄소수 1∼3 의 알킬기이다) 로 나타내는 디클로로인산 화합물을, 무기 염기성 화합물의 존재하, 비프로톤성 유기 용매 중에서 반응시키고, 다음 일반식 (3) :
[화학식 6]
(식 중, X1, X2, X3, X4 및 X5 는 상기와 동일) 으로 나타내는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물을 얻는 것을 특징으로 하는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법이다.
또, 본 발명은, 다음 일반식 (3) :
[화학식 7]
(식 중, X1, X2, X3, X4 및 X5 는 동일하거나 상이해도 되고, 수소 원자 또는 탄소수 1∼3 의 알킬기이다) 으로 나타내는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물과, 아미노기와 반응하는 관능기를 1 분자 중에 1 개 또는 2 개 갖는 화합물을 반응시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는 난연성 수지이다.
그리고, 본 발명은, 다음 일반식 (3) :
[화학식 8]
(식 중, X1, X2, X3, X4 및 X5 는 동일하거나 상이해도 되고, 수소 원자 또는 탄소수 1∼3 의 알킬기이다) 으로 나타내는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물과, 아미노기와 반응하는 관능기를 1 분자 중에 2 개 이상 갖는 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 수지 조성물이다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 1 단계 반응에 의해서 용이하게 합성할 수 있는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 성형 가공시 가열할 때 및 사용 후 소각할 때에, 다이옥신 및 포스핀을 발생하지 않음과 함께, 난연성 및 전기 특성이 우수한 경화물을 얻을 수 있는 난연성 수지 및 난연성 수지 조성물을 제공할 수 있다.
도 1 은 3-APP 의 1H-NMR 을 나타내는 도면이다.
도 2 는 4-APP 의 1H-NMR 을 나타내는 도면이다.
도 3 은 3-ADMP 의 1H-NMR 을 나타내는 도면이다.
도 4 는 4-ADMP 의 1H-NMR 을 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
(아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법)
본 발명의 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법은, 소정의 일반식으로 나타내는 아미노페놀 화합물과 소정의 일반식으로 나타내는 디클로로인산 화합물을, 무기 염기성 화합물의 존재하, 비프로톤성 유기 용매 중에서 반응시킴으로써, 소정의 일반식으로 나타내는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물을 얻는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 아미노페놀 화합물은, 다음 일반식 (1) 로 나타낼 수 있다.
[화학식 9]
이러한 아미노페놀 화합물로는, 예를 들어, o-아미노페놀, m-아미노페놀 및 p-아미노페놀을 들 수 있다. 또한, 아미노페놀 화합물은, 알킬기 및 알콕시기 등의 치환기를 갖고 있어도 된다.
본 발명에서 사용되는 디클로로인산 화합물은, 다음 일반식 (2) 로 나타낼 수 있다.
[화학식 10]
상기 식 중, X1, X2, X3, X4 및 X5 는 동일하거나 상이해도 되고, 수소 원자 또는 탄소수 1∼3 의 알킬기이다.
이러한 디클로로인산 화합물로는, 예를 들어, 페닐디클로로인산, 2-메틸디클로로인산, 4-메틸페닐디클로로인산, 2,6-디메틸페닐디클로로인산, 2,4,6-트리메틸페닐디클로로인산, 4-에틸페닐디클로로인산 및 4-프로필페닐디클로로인산 등을 들 수 있다.
아미노페놀 화합물과 디클로로인산 화합물의 비율은, 디클로로인산 화합물의 염소 원자 1 당량에 대하여, 아미노페놀 화합물이 1.0∼3.0 당량인 것이 바람직하고, 1.1∼1.6 당량인 것이 보다 바람직하다. 아미노페놀 화합물이 1.0 당량 미만이면, 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 원하는 수율을 얻을 수 없는 경우가 있고, 또한 3.0 당량을 초과하면, 미반응 아미노페놀 화합물의 양이 지나치게 많아, 비경제적인 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 무기 염기성 화합물로는, 예를 들어, 수산화나트륨 및 수산화칼륨 등의 수산화물이나 탄산염 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 탄산나트륨 및 탄산칼륨 등의 알칼리 금속 탄산염은, 반응의 선택성을 높여 부반응 생성물의 양을 적게 할 수 있기 때문에 바람직하다.
무기 염기성 화합물의 사용량은, 디클로로인산 화합물의 염소 원자 1 당량에 대하여 1.0∼4.0 당량이 바람직하고, 1.1∼3.0 당량이 보다 바람직하다. 무기 염기성 화합물의 사용량이 1.0 당량 미만에서는, 반응에 있어서 발생하는 염소 이온을 충분히 트랩할 수 없어, 반응계가 산성이 되어 반응 속도가 저하되는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 무기 염기성 화합물의 사용량이 4.0 당량을 초과하면, 과잉의 무기 염기성 화합물이 지나치게 많아 비경제적인 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 비프로톤성 유기 용매로는, 예를 들어, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌 등의 방향족계; 디에틸에테르, 디이소프로필에테르, 디부틸에테르, 테트라히드로푸란 및 디에틸렌글리콜디메틸에테르 등의 에테르계; 아세토니트릴 등의 니트릴계를 들 수 있다. 이 중에서도 아세토니트릴은, 아미노페놀 화합물 및 디클로로인산 화합물의 용해성이 우수하기 때문에 바람직하다.
비프로톤성 유기 용매의 사용량은, 아미노페놀 화합물 및 디클로로인산 화합물을 용해할 수 있는 양이면 되고, 특별히 한정되지는 않는다.
본 발명의 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법에 있어서 상기 성분의 첨가 순서는 특별히 제한되는 일은 없지만, 부반응을 억제하여 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 수율을 높이는 관점에서는, 아미노페놀 화합물을 용해시킨 비프로톤성 유기 용매에 무기 염기성 화합물을 용해 또는 분산시키고, 그 후에 디클로로인산 화합물을 천천히 첨가하는 것이 바람직하다.
반응 온도는, 사용하는 비프로톤성 유기 용매의 종류 등에 따라서 변화하지만, 일반적으로 40∼100℃ 가 바람직하다. 반응 온도가 40℃ 미만이면 원하는 반응 속도가 얻어지지 않는 경우가 있고, 또한 100℃ 를 초과하면 부반응에 의한 생성물이 증가하는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.
반응 시간은, 상기 성분의 사용량 등에 따라서 변화하지만, 일반적으로 0.5∼10 시간이 바람직하다. 반응 시간이 0.5 시간 미만이면, 아미노페놀 화합물과 디클로로인산 화합물과의 반응이 불충분한 경우가 있다. 한편, 반응 시간이 10 시간을 초과하면, 부반응이 일어나 원하는 수율을 얻을 수 없거나, 또한 경제적으로도 바람직하지 않은 경우가 있다.
반응 종료 후, 여과 및 세정 등의 공지 방법에 의해서, 반응물로부터 아미노기 함유 인산에스테르 화합물을 단리할 수 있다.
구체적으로는, 반응물을 여과함으로써 촉매 및 생성된 염 등의 불순물을 반응물로부터 제거한다. 이어서, 여과액을 감압 농축한 후, 그 여과액에 다량의 물을 가함으로써 고형물을 석출시킨다. 이어서, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼륨 등의 무기 알칼리를 첨가하여 잘 교반함으로써, 고형물 중에 함유되는 미반응 아미노페놀을 물에 가용화시킨다. 이어서, 그 고형물을 여과한 후, 물 등을 사용하여 그 고형물을 세정하고, 건조시킴으로써 아미노기 함유 인산에스테르 화합물을 얻을 수 있다.
이렇게 해서 제조되는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물은, 다음 일반식 (3) 으로 나타낸다.
[화학식 11]
상기 식 중, X1, X2, X3, X4 및 X5 는 동일하거나 상이해도 되고, 수소 원자 또는 탄소수 1∼3 의 알킬기이다.
이러한 아미노기 함유 인산에스테르 화합물은 분자 중에 할로겐 원자를 갖지 않아, 성형 가공시 가열할 때 및 사용 후 소각할 때에 다이옥신 및 포스핀을 발생 하는 일이 없기 때문에, 난연제로서 수지 조성물에 배합할 수 있다.
또한, 이러한 아미노기 함유 인산에스테르 화합물은, 분자 내에 아미노기를 2 개 갖고 있기 때문에, 아미노기와 반응하는 관능기를 갖는 화합물 (수지) 과 반응시킬 수 있어, 화합물 (수지) 중에 아미노기 함유 인산에스테르 화합물을 도입할 수 있다. 즉, 이러한 아미노기 함유 인산에스테르 화합물은 수지 원료로서 사용할 수 있다. 여기서, 아미노기 함유 인산에스테르 화합물이 분자 내에 아미노기를 1 개만 갖고 있는 경우에는, 경화물의 유리 전이 온도가 저하된다. 또한, 아미노기 함유 인산에스테르 화합물이 분자 내에 아미노기를 3 개 이상 갖고 있는 경우에는, 경화물의 가교 밀도가 높아지고, 약해지는 경우가 있다. 이러한, 아미노기 함유 인산에스테르 화합물을 수지 중에 도입한 수지는, 가수분해가 잘 일어나지 않고, 경화물로부터의 블리드아웃이 생기는 일이 없다.
그 중에서도, 다음 일반식 (4) 로 나타내는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물은, 우수한 난연성을 갖고 있기 때문에 수지 원료 및 난연제로서 유용하고, 또한 상기 제조 방법에 있어서의 수율이 높기 때문에 경제성도 우수하다.
[화학식 12]
상기 일반식 (4) 중, X1, X2, X3, X4 및 X5 는 동일하거나 상이해도 되고, 수소 원자 또는 탄소수 1∼3 의 알킬기이다.
또한, 다음 일반식 (5) 로 나타내는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물은, 보다 우수한 난연성을 갖고 있기 때문에 수지 원료 및 난연제로서 유용하다.
[화학식 13]
상기 일반식 (5) 중, X1, X2, X3, X4 및 X5 는 동일하거나 상이해도 되고, 수소 원자 또는 탄소수 1∼3 의 알킬기이다.
상기 일반식 (4) 로 나타내는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물 중에서도, 다음 화학식 (Ⅰ) 로 나타내는 화합물은, 보다 우수한 난연성을 갖고, 또한 상기 제조 방법에 있어서의 수율이 높기 때문에, 수지 원료 및 난연제로서 사용하기에 바람직하다. 그리고, 다음 화학식 (Ⅱ) 로 나타내는 화합물은 상기 특성에 더하여 내가수분해성도 우수하기 때문에, 수지 원료 및 난연제로서 사용하기에 보다 더 바람직하다.
[화학식 14]
[화학식 15]
또한, 상기 일반식 (5) 로 나타내는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물 중에서도, 다음 화학식 (Ⅲ) 으로 나타내는 화합물은, 특히 우수한 난연성을 갖고 있기 때문에 수지 원료 및 난연제로서 사용하기에 바람직하다. 또한, 다음 화학식 (Ⅳ) 로 나타내는 화합물은, 상기 특성에 더하여 내가수분해성도 우수하기 때문에, 수지 원료 및 난연제로서 사용하기에 보다 더 바람직하다.
[화학식 16]
[화학식 17]
(난연성 수지)
본 발명의 난연성 수지는, 상기 일반식 (3) 으로 나타내는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물과, 아미노기와 반응하는 관능기를 1 분자 중에 1 개 또는 2 개 갖는 화합물을 반응시킴으로써 얻어진 것이다. 본 발명의 난연성 수지에 있어서, 아미노기 함유 인산에스테르 화합물은 수지 원료로서 사용된다.
여기서, 아미노기와 반응하는 관능기란, 예를 들어, 에폭시기, 이소시아네이트기 및 카르복실기 등의 기를 의미한다. 이러한 관능기를 갖는 화합물로는, 에폭시 화합물, 디이소시아네이트 화합물 및 디카르복실산 화합물 등을 들 수 있다. 이들 화합물은 수지 원료로, 에폭시 수지, 우레탄 수지 및 폴리아미드 수 지 등을 조제할 수 있다. 이들 수지 중에서도 난연성이 보다 높은 에폭시 수지가 더 바람직하다.
난연성 수지가 에폭시 수지인 경우, 아미노기 함유 인산에스테르 화합물은, 에폭시 화합물과 반응시킴으로써 난연성 수지를 제조할 수 있다.
이러한 난연성 수지에 사용 가능한 에폭시 화합물로는, 페닐글리시딜에테르, 부틸글리시딜에테르, 글리시딜메타크릴레이트, 비스페놀 A 형 에폭시 수지, 비스페놀 F 형 에폭시 수지, 비스페놀 S 형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 수소첨가 비스페놀 A 형 에폭시 수지 및 나프탈렌형 에폭시 수지 등의 l 분자 중에 1 개 또는 2 개의 에폭시기를 갖는 에폭시 화합물을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
아미노기 함유 인산에스테르 화합물과, 1 분자 중에 1 개 또는 2 개의 에폭시기를 갖는 에폭시 화합물의 비율은, (아미노기)/(에폭시기) 의 당량비가 0.10∼0.45 인 것이 바람직하고, 0.15∼0.40 인 것이 보다 바람직하다. 이러한 당량비가 0.10 미만이면, 아미노기 함유기 인산에스테르 화합물과 반응하지 않는 에폭시 화합물이 많아져, 원하는 난연성을 갖는 수지가 얻어지지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 이러한 당량비가 0.45 를 초과하면, 얻어지는 수지의 분자량이 커지거나 또는 수지 말단이 아미노기가 되어, 점도가 높아지고, 취급이 곤란해지는 경우가 있으므로 바람직하지 않다.
상기 아미노기 함유 인산에스테르 화합물과, 1 분자 중에 1 개 또는 2 개의 에폭시기를 갖는 에폭시 화합물을 반응시킬 때, 물성을 조정하는 관점에서, 아미노 기 함유 인산에스테르 화합물 이외의 디아민 화합물을 병용하는 것도 가능하다. 이러한 병용 가능한 디아민 화합물로서는, 헥사메틸렌디아민, 트리메틸헥사메틸렌디아민, 2-메틸펜타메틸렌디아민, m-자일렌디아민, 이소포론디아민, 비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 디아미노디페닐메탄 및 디아미노디페닐술폰 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 디아민 화합물의 사용량은, 난연성을 손상시키지 않도록 하기 위해서, 얻어지는 난연성 수지의 인 함유량이 0.5 질량% 미만이 되지 않은 범위의 양이면 된다.
또한, 상기 반응에서는 용매 및 촉매를 사용하는 것도 가능하다. 용매 및 촉매를 사용하는 경우에 있어서, 사용 가능한 용매로는, 아미노기 및 에폭시기에 대하여 불활성인 용매이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 테트라히드로푸란, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 디에틸렌글리콜에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, γ-부티로락톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌 등을 들 수 있다. 또한, 사용 가능한 촉매로는, 트리에틸아민, 디메틸시클로헥실아민, N,N-디메틸피페라진, 벤질디메틸아민, 2,4,6-트리스(N,N-디메틸아미노메틸)페놀 및 1,8-디아자비스시클로(5,4,0)운데센-7 등의 3 급 아민 화합물; 트리페닐포스핀 및 트리톨릴포스핀 등의 포스핀 화합물; 테트라부틸암모늄클로라이드, 테트라부틸암모늄브로마이드, 데실트리메틸암모늄클로라이드, 테트라페닐포스포늄클로라이드 및 벤질트리페닐포스포늄클로라이드 등의 오늄염; 2-메틸이미다졸, 2-운데실이미다졸 및 2-에틸-4-메틸이미다졸 등의 이미다졸 화합물을 들 수 있다.
용매의 사용량은, 난연성 수지의 원료인 상기 아미노기 함유 인산에스테르 화합물, 에폭시 화합물 및 임의의 디아민 화합물, 그리고 용매의 합계 100 질량부에 대하여 20∼80 질량부인 것이 바람직하다. 이러한 용매의 사용량이 20 질량부 미만이면, 원료가 용매에 용해되지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 용매의 사용량이 80 질량부를 초과하면, 원하는 반응 시간이 얻어지지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 또, 촉매의 사용량은, 난연성 수지의 원료인 상기 아미노기 함유 인산에스테르 화합물, 에폭시 화합물 및 임의의 디아민 화합물, 그리고 용매의 합계 100 질량부에 대하여 0.1∼10 질량부인 것이 바람직하다. 이러한 촉매의 사용량이 O.1 질량부 미만이면, 촉매의 첨가에 의한 원하는 효과가 얻어지지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 촉매의 사용량이 10 질량부를 초과하면, 반응 속도가 커져 반응 제어가 곤란해지는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 상기 반응에 있어서, 반응 온도는 40∼160℃ 인 것이 바람직하다. 또한, 반응 시간은 1∼20 시간인 것이 바람직하다. 반응 온도가 40℃ 미만 또는 반응 시간이 1 시간 미만이면, 충분히 반응이 진행되지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 반응 온도가 160℃ 초과 또는 반응 시간이 20 시간 초과이면, 겔화가 생기는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.
난연성 수지가 우레탄 수지인 경우, 디이소시아네이트 화합물과 디올 화합물과의 반응시에, 아미노기 함유 인산에스테르 화합물을 첨가하여 반응시킴으로써 난연성 수지를 제조할 수 있다. 이러한 반응시에 아미노기 함유 인산에스테르 화 합물을 첨가하여 반응시킴으로써, 디올 화합물의 일부를 아미노기 함유 인산에스테르 화합물로 치환하는 것이 가능해진다.
이러한 난연성 수지에 사용 가능한 디이소시아네이트 화합물로는, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 톨릴렌디이소시아네이트, 자일릴렌디이소시아네이트 및 1,5-나프탈렌디이소시아네이트 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 디올 화합물로는, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1,6-헥산디올, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜 및 폴리에스테르폴리올 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
아미노기 함유 인산에스테르 화합물과 상기 디이소시아네이트 화합물의 비율은, (아미노기)/(이소시아네이트기) 의 당량비가 0.10∼0.50 인 것이 바람직하고, 0.15∼0.40 인 것이 보다 바람직하다. 이러한 당량비가 0.10 미만이면, 아미노기 함유기 인산에스테르 화합물과 반응하지 않는 디이소시아네이트 화합물이 많아져, 원하는 난연성을 갖는 수지가 얻어지지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 이러한 당량비가 0.50 을 초과하면, 얻어지는 수지의 점도가 높아져 취급이 곤란해지는 경우가 있으므로 바람직하지 않다.
또한, 상기 반응에서는, 용매 및 촉매를 사용하는 것도 가능하다. 용매 및 촉매를 사용하는 경우에 있어서, 사용 가능한 용매로는, 아미노기 및 이소시아네이트기에 대하여 불활성인 용매이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 테트라히드로푸란, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 디에틸렌글리콜에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, γ-부티로락톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌 등을 들 수 있다. 또한, 사용 가능한 촉매로는, 트리에틸아민, 디메틸시클로헥실아민, N,N-디메틸피페라진, 벤질디메틸아민, 2,4,6-트리스(N,N-디메틸아미노메틸)페놀 및 1,8-디아자비스시클로(5,4,0)운데센-7 등의 3 급 아민 화합물; 디부틸주석디라우레이트 및 디옥틸주석디라우레이트 등의 유기 주석 화합물을 들 수 있다.
용매의 사용량은, 난연성 수지의 원료인 상기 아미노기 함유 인산에스테르 화합물, 디이소시아네이트 화합물, 디올 화합물 및 용매의 합계 100 질량부에 대하여 20∼80 질량부인 것이 바람직하다. 이러한 용매의 사용량이 20 질량부 미만이면, 원료가 용매에 용해되지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 용매의 사용량이 80 질량부를 초과하면, 원하는 반응 시간이 얻어지지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 촉매의 사용량은, 난연성 수지의 원료인 상기 아미노기 함유 인산에스테르 화합물, 디이소시아네이트 화합물, 디올 화합물 및 용매의 합계 100 질량부에 대하여 O.01∼5 질량부인 것이 바람직하고, 0.02∼3 질량부인 것이 보다 바람직하다. 이러한 촉매의 사용량이 O.01 질량부 미만이면, 촉매의 첨가에 의한 원하는 효과가 얻어지지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 촉매의 사용량이 5 질량부를 초과하면, 반응 속도가 커져 반응 제어가 곤란해지는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 상기 반응에 있어서, 반응 온도는, 40∼120℃ 인 것이 바람직하다. 또한, 반응 시간은 1∼20 시간인 것이 바람직하다. 반응 온도가 40℃ 미만 또는 반응 시간이 1 시간 미만이면, 충분히 반응이 진행되지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 반응 온도가 120℃ 초과 또는 반응 시간이 20 시간 초과이면, 겔화가 생기는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.
난연성 수지가 폴리아미드 수지인 경우, 디카르복실산 화합물과 디아민 화합물의 반응시에, 아미노기 함유 인산에스테르 화합물을 첨가하여 반응시킴으로써 난연성 수지를 제조할 수 있다. 이러한 반응시에 아미노기 함유 인산에스테르 화합물을 첨가하여 반응시킴으로써, 디아민 화합물의 일부를 아미노기 함유 인산에스테르 화합물로 치환하는 것이 가능해진다.
이러한 난연성 수지에 사용 가능한 디카르복실산 화합물로는, 말론산, 디메틸말론산, 숙신산, 글루탈산, 아디프산, 2-메틸아디프산, 트리메틸아디프산, 피멜산, 2,2-디메틸글루탈산, 2,2-디에틸숙신산, 아젤라인산, 세바크산 및 수베르산 등의 지방족 디카르복실산; 1,3-시클로펜탄디카르복실산 및 1,4-시클로헥산디카르복실산 등의 지환식 디카르복실산; 이소프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 2,7-나프탈렌디카르복실산, 1,4-나프탈렌디카르복실산, 1,4-페닐렌디옥시디아세트산, 1,3-페닐렌디옥시디아세트산, 디페닐메탄-4,4'-디카르복실산, 디페닐술폰-4,4'-디카르복실산 및 4,4'-비페닐디카르복실산 등의 방향족 디카르복실산 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 디아민 화합물로는, 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 1,4-부탄디아민, 1,6-헥산디아민, 1,8-옥탄디아민, 1,10-데칸디아민, 1,12-도데칸디아민, 3-메틸- 1,5-펜탄디아민, 2,4,4-트리메틸-1,6-헥산디아민, 5-메틸-1,9-노난디아민 등의 지방족 디아민; 시클로헥산디아민, 메틸시클로헥산디아민, 이소포론디아민 등의 지환식 디아민; p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 자일릴렌디아민, 4,4'-다아미노디페닐메탄, 4,4'-다아미노디페닐술폰, 4,4'-다아미노디페닐에테르 등의 방향족 디아민 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
아미노기 함유 인산에스테르 화합물과 상기 디카르복실산 화합물의 비율은, (아미노기)/(카르복실기) 의 당량비가 0.10∼0.50 인 것이 바람직하고, 0.15∼0.40 인 것이 보다 바람직하다. 이러한 당량비가 0.10 미만이면, 아미노기 함유기 인산에스테르 화합물과 반응하지 않는 디카르복실산 화합물이 많아져, 원하는 난연성을 갖는 수지가 얻어지지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 이러한 당량비가 0.50 을 초과하면, 얻어지는 수지의 점도가 높아져 취급이 곤란해지는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 경제적인 관점에서, 상기 반응은, 용매를 사용하지 않고서, 불활성 분위기 중, 고온에서 가열 용융하여 탈수 반응을 실시하는 것이 바람직하다.
상기 반응에 있어서, 반응 온도는 150∼300℃ 인 것이 바람직하다. 또한, 반응 시간은 1∼10 시간인 것이 바람직하다. 반응 온도가 150℃ 미만 또는 반응 시간이 1 시간 미만이면, 충분히 반응이 진행되지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 반응 온도가 300℃ 초과 또는 반응 시간이 10 시간 초과이면, 폴리아미드 수지가 열 열화되거나, 겔화가 생기거나 하는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.
이렇게 해서 얻어지는 난연성 수지는, 바람직하게는 0.5∼4.0 질량%, 보다 바람직하게는 1.0∼3.0 질량% 의 인 함유량을 갖고 있으며, 난연성이 우수하게 된다. 인 함유량이 0.5 질량% 미만이면, 원하는 난연성이 얻어지지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 인 함유량이 4.0 질량% 를 초과하면, 수지 점도가 높아져 작업성이 저하되거나, 사용시에 다른 재료와의 밀착성이 저하되는 경우가 있으므로 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 난연성 수지는, 다른 성분과 조합하여 난연성 수지 조성물로 하는 것도 가능하다. 다른 성분으로는, 예를 들어 에폭시 수지를 사용한 경우에는, 경화제인 산 무수물, 폴리아민 화합물, 폴리페놀 화합물, 이미다졸 화합물 등을 들 수 있다.
또한, 수지 조성물의 점도 및 경화성, 및 경화물의 물성을 조정하는 관점에서, 아미노기와 반응하는 관능기를 1 분자 중에 1 개 또는 2 개 갖는 수지 이외의 열경화성 수지 또는 열가소성 수지; 반응성 희석제; 유기 용제; 안료; 탄산칼슘, 황산바륨, 알루미나, 탤크, 실리카 및 유리 분말 등의 무기 필러; 유리 섬유, 카본 섬유 및 아라미드 섬유 등의 섬유재; 산화 방지제, 침강 방지제, 분산제, 레벨링제, 실란 커플링제 등의 각종 첨가제; 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 팽창 흑연 등의 무기계 난연제를 난연성 수지 조성물에 배합하는 것도 가능하다. 이들 성분 중에서도, 무기계 난연제는 난연성 수지 조성물에 배합하면, 아미노기 함유 인산에스테르 화합물에 의한 난연성과 무기계 난연제에 의한 난연성의 상승(相乘) 효과를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 이들 성분의 배합량은, 본 발 명의 난연성 수지 조성물의 특성을 손상시키지 않는 범위이면 특별히 제한되지 않고, 사용 목적 등에 맞추어 적절히 조정하면 된다.
(난연성 수지 조성물)
본 발명의 난연성 수지 조성물은, 상기 일반식 (3) 을 갖는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물과, 아미노기와 반응하는 관능기를 1 분자 중에 2 개 이상 갖는 수지를 포함한다. 본 발명의 난연성 수지 조성물에 있어서, 아미노기 함유 인산에스테르 화합물은 난연제로서 배합된다.
여기서, 아미노기와 반응하는 관능기란, 예를 들어, 에폭시기 및 이소시아네이트기 등의 기를 의미한다. 이러한 관능기는, 수지 조성물을 경화시키는 데 유용한 기이다. 이러한 관능기를 갖는 수지로는, 예를 들어, 에폭시 수지 및 우레탄 수지 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 경화계에 용이하게 도입해 넣을 수 있고, 또한 난연성이 보다 높다는 점에서, 에폭시 수지가 보다 바람직하다.
난연성 수지 조성물에 사용 가능한 에폭시 수지로는, 비스페놀 A 형 에폭시 수지, 비스페놀 F 형 에폭시 수지, 비스페놀 S 형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 수소첨가 비스페놀 A 형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 페놀 비페닐렌형 에폭시 수지, 나프톨 아르알킬형 에폭시 수지, 나프톨 노볼락형 에폭시 수지, 트리페닐메탄형 에폭시 수지, 및 글리시딜아민형 에폭시 수지 등의 1 분자 중에 2 개 이상의 에폭시기를 갖는 수지를 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 난연성 수지 조성물은, 경화물의 물성을 조정한다는 관점에 서, 아미노기 함유 인산에스테르 화합물 이외의 디아민 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 디아민 화합물로는, 헥사메틸렌디아민, 트리메틸헥사메틸렌디아민, 2-메틸펜타메틸렌디아민, m-자일렌디아민, 이소포론디아민, 비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 디아미노디페닐메탄 및 디아미노디페닐술폰 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
이러한 디아민 화합물의 배합량은, 난연성을 손상시키지 않는 범위이면 특별히 한정되지 않는데, 일반적으로, 난연성 수지 조성물에 있어서의 유기 성분 중의 인 함유량이 0.5∼4.0 질량% 의 범위가 되도록 배합하는 것이 바람직하다. 이러한 인 함유량이 0.5 질량% 미만이면, 원하는 난연성이 얻어지지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 인 함유량이 4.0 질량% 를 초과하면, 기재에 대한 밀착성 등의 물성이 저하되는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.
아미노기 함유 인산에스테르 화합물, 및 임의의 상기 디아민 화합물과 에폭시 수지와의 비율은, (아미노기)/(에폭시기) 의 당량비가 0.25∼0.75 인 것이 바람직하고, 0.40∼0.60 인 것이 보다 바람직하다. 이러한 당량비가 0.25 미만 또는 0.75 를 초과하면, 경화물의 가교 밀도가 낮아져, 기계적 강도가 저하되기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 난연성 수지 조성물은, 점도를 저감시키는 관점에서, 아미노기 및 수지의 관능기에 대하여 불활성인 용매를 함유할 수 있다. 이러한 용매로는, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 디에틸렌글리콜에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜메틸에테르아 세테이트, γ-부티로락톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌 등을 들 수 있다. 이러한 용매의 배합량은, 상기 아미노기 함유 인산에스테르 화합물, 에폭시 수지 및 임의의 디아민 화합물의 합계 100 질량부에 대하여 10∼200 질량부인 것이 바람직하다. 이러한 용매의 배합량이 10 질량부 미만이면, 원하는 점도 저감 효과가 얻어지지 않는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 이러한 용매의 배합량이 200 질량부를 초과하면, 수지 조성물의 점도가 지나치게 낮아, 도포시에 액의 흘러내림이 발생하는 경우가 있기 때문에 바람직하지 않다.
그리고, 본 발명의 난연성 수지 조성물은, 수지 조성물의 점도 및 경화성, 그리고 경화물의 물성을 조정하는 관점에서, 아미노기와 반응하는 관능기를 1 분자 중에 2 개 이상 갖는 수지 이외의 열경화성 수지 또는 열가소성 수지; 반응성 희석제; 유기 용제; 안료; 탄산칼슘, 황산바륨, 알루미나, 탤크, 실리카 및 유리 분말 등의 무기 필러; 유리섬유, 카본 섬유 및 아라미드 섬유 등의 섬유재; 산화 방지제, 침강 방지제, 분산제, 레벨링제, 실란 커플링제 등의 각종 첨가제; 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 팽창 흑연 등의 무기계 난연제를 포함할 수 있다. 이들 성분 중에서도, 무기계 난연제는 난연성 수지 조성물에 배합하면, 아미노기 함유 인산에스테르 화합물에 의한 난연성과 무기계 난연제에 의한 난연성의 상승 효과를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 이들 성분의 배합량은, 본 발명의 난연성 수지 조성물의 특성을 손상시키지 않는 범위이면 특별히 제한되지 않고, 사용 목적 등에 맞추어 적절히 조정하면 된다.
본 발명의 난연성 수지 조성물의 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 상기 성분을 종래 공지된 방법에 의해서 혼합하면 된다.
이하에서 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 실시예에 하등 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예에서 제조한 난연성 수지 조성물의 경화물의 특성 평가는, 다음의 측정에 의해 실시하였다.
(1) 난연성 평가
난연성 평가는 산소 지수에 의해서 실시하였다. 산소 지수는, JIS K 7201-2 의 「산소 지수에 의한 연소성의 시험 방법」에 준거하여 구하였다. 이 평가에 있어서, 산소 지수의 값은 클수록 난연성이 큰 것을 의미한다.
(2) Tg
경화물의 Tg 는, 열분석 장치 (세이코 전자 공업 제조; EXSTAR DMS6100) 를 사용하여, DMA 법 (Dynamic Mechanical Analysis) 에 의해 측정하였다. 이 평가에 있어서, 측정 온도 범위는 실온∼300℃, 승온 속도는 4℃/분, 주파수는 1Hz 로 하였다.
(3) PCT (프렛셔 쿠커 시험) 후의 흡수율
PCT 후의 흡수율은, 50×50㎜의 시험편을 사용하여, JIS K 7209 의 「흡수율을 구하는 방법」에 준거하여 구하였다. 이 평가에서의 PCT 의 조건으로는, 온도를 121℃ (2atm), 상대 습도를 100%, 노출 시간을 24 시간으로 하였다.
(4) 전기 특성 평가
전기 특성 평가는, PCT 전후의 절연 저항치에 의해서 평가하였다. PCT 전후의 절연 저항치는, 초절연계 (요코카와 전기 제조; 4329A) 를 사용하여, JIS C 6481 의 「프린트 배선판용 동장(銅張) 적층판 시험 방법」에 준거하여 측정하였다. 이 평가에 있어서의 PCT 의 조건으로는, 온도를 121℃ (2atm), 상대 습도를 100%, 노출 시간을 24 시간으로 하였다. 이 PCT 처리의 전후에, 온도를 22℃, 상대 습도를 65%, 승압을 500V DC 의 조건하에서 절연 저항치를 측정하였다.
[2,6-디메틸페닐디클로로인산의 합성]
107.7g (0.882㏖) 의 2,6-디메틸페놀, 80.7㎖ (0.884㏖) 의 옥시염화인, 1.5g 의 무수 염화칼슘을, 교반 장치, 건조 질소 도입관, 온도계, 적하 깔대기 및 컨덴서를 구비한 4 구 플라스크에 넣고, 4 구 플라스크 안을 건조 질소 분위기로 하였다. 내용물을 교반하면서 15 시간 가열 환류를 실시하고, 얻어진 반응 생성물을 감압하 증류함으로써, 119.4g (수율 56.7%) 의 2,6-디메틸페닐디클로로인산을 얻었다.
[아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 조제]
(합성예 1: 비스(3-아미노페닐)페닐포스페이트 (3-APP) 의 조제)
165g (1.66㏖) 의 무수 탄산칼륨, 및 700g 의 탈수 처리한 아세토니트릴과 101g(0.926㏖) 의 m-아미노페놀의 혼합액을, 교반 장치, 건조 질소 도입관, 온도계, 적하 깔대기 및 컨덴서를 구비한 4 구 플라스크에 넣고, 4 구 플라스크 내를 건조 질소 분위기로 하였다. 내용물을 교반하면서 60∼65℃ 로 승온한 후, 65.1g (0.309㏖) 의 페닐디클로로인산과 60g 의 탈수 처리한 아세토니트릴의 혼합액을 내용물에 천천히 적하하였다. 적하 종료 후, 다시 1 시간 가열 환류한 후, 실온까지 반응액을 냉각하였다. 생성된 염 및 탄산칼륨을 여과에 의해 제거하고, 또 50㎖ 의 아세토니트릴로 세정하였다. 얻어진 여과액을 감압 농축 후, 약 600㎖ 의 물에 투입하였다. 이어서, 5% 의 탄산칼륨 수용액 약 600㎖ 를 투입하여 30분간 교반한 후, 석출된 고형물을 여과하고, 물로 꼼꼼히 세정한 후, 고형물을 건조시켰다. 얻어진 고형물을, 메탄올을 사용하여 재결정시킴으로써, 88.5g 의 상기 화학식 (Ⅰ) 로 나타내는 3-APP 를 얻었다 (수율 80%). 얻어진 3-APP 의 융점은 139℃ 이었다. 또, 얻어진 3-APP 의 1H-NMR 의 측정 결과를 도 1 에 나타낸다. 여기서, 융점 측정에서는, Kofler block 사의 BOETIUS PHMK 81/2969 를 사용하고, 1H-NMR 의 측정에는, 닛폰 전자 주식회사의 JNM-LA300 을 사용하였다 (이하의 융점 측정에 관해서는, 동일 장치를 사용하였다).
(합성예 2 : 비스(4-아미노페닐)페닐포스페이트 (4-APP) 의 조제)
m-아미노페놀 대신에 p-아미노페놀을 사용한 것 외에는 상기 3-APP 의 합성과 동일하게 하여, 66.6g 의 상기 화학식 (Ⅲ) 으로 나타내는 4-APP 를 얻었다 (수율 65%). 얻어진 4-APP 의 융점은 123∼124℃ 이었다. 또한, 얻어진 4-APP 의 1H-NMR 의 측정 결과를 도 2 에 나타낸다. 여기서, 1H-NMR 의 측정에는 Bruker 사의 AC-200 을 사용하였다.
(합성예 3 : 비스(3-아미노페닐)-2,6-디메틸페닐포스페이트 (3-ADMP) 의 조 제)
38.4g (0.386㏖) 의 무수 탄산칼륨, 30.3g (0.278㏖) 의 m-아미노페놀, 및 100㎖ (78g) 의 탈수 처리한 아세토니트릴을, 교반 장치, 건조 질소 도입관, 온도계, 적하 깔대기 및 컨덴서를 구비한 4 구 플라스크에 넣고, 4 구 플라스크 내를 건조 질소 분위기로 하였다. 내용물을 교반하면서 75∼80℃ 로 승온한 후, 16.6g (0.069㏖) 의 2,6-디메틸페닐디클로로인산을 내용물에 천천히 적하하였다. 적하 종료 후, 다시 2 시간 가열 환류한 후, 실온까지 반응액을 냉각하였다. 생성된 염 및 탄산칼륨을 여과에 의해 제거하고, 또 50㎖ 의 아세토니트릴로 세정하였다. 얻어진 여과액을 감압 농축 후, 약 600㎖ 의 물에 투입하였다. 석출된 고형물을 여과하고, 5% 의 수산화나트륨 수용액 중에 투입하여 30 분간 교반하였다. 그 후, 고형물을 여과한 후, 물로 세정하여, 건조시켰다. 얻어진 고형물을 톨루엔을 사용하여 2 회 재결정시킴으로써, 12.0g 의 상기 화학식 (Ⅱ) 로 나타내는 3-ADMP 를 얻었다 (수율 45%). 얻어진 3-ADMP 의 융점은 153∼154℃ 이었다. 또한, 얻어진 3-ADMP 의 1H-NMR 의 측정 결과를 도 3 에 나타낸다. 여기서, 1H-NMR 의 측정에는, 닛폰 전자 주식회사의 JNM-LA300 을 사용하였다.
(합성예 4 : 비스(4-아미노페닐)-2,6-디메틸페닐포스페이트 (4-ADMP) 의 조제)
m-아미노페놀 대신에 p-아미노페놀을 사용한 것 외에는 상기 3-ADMP 의 합성과 동일하게 하여, 7.0g 의 상기 화학식 (Ⅳ) 로 나타내는 4-ADMP 를 얻었다 (수율 26%). 얻어진 4-ADMP 의 융점은 126∼128℃ 이었다. 또한, 얻어진 4-ADMP 의 1H-NMR 의 측정 결과를 도 4 에 나타낸다. 여기서, lH-NMR 의 측정에는 Bruker 사의 AC-200 을 사용하였다.
[난연성 수지의 조제]
(난연성 수지 A)
77.0g 의 비스페놀 F 형 에폭시 수지 YDF-170 [토토 (東都) 화성 주식회사 제조, 에폭시 당량 : 168] (에폭시기 : 0.46 당량), 23.0g 의 3-APP (아미노기 : 0.13 당량), 및 150.0g 의 메틸이소부틸케톤을, 교반기, 컨덴서, 질소 도입관 및 온도계를 구비한 500㎖ 의 세퍼러블 플라스크에 넣었다. 질소 분위기하 100℃ 에서, 내용물을 교반하면서 5 시간 반응시킨 후, 130℃ 로 승온하여 다시 5 시간 반응시켰다. JIS K 7236 「에폭시 수지 중의 에폭시 당량 시험 방법」에 의해서, 에폭시 당량이 거의 일정하게 된 것을 확인한 후, 방랭함으로써 난연성 수지 A 를 얻었다. 얻어진 난연성 수지 A 의 인 함유량은, 3-APP 의 사용량으로부터 계산하면 2.0 질량% 이다. 또한, 얻어진 난연성 수지 A 의 불휘발분은 40.2 질량% 이었다.
(난연성 수지 B)
3-APP 대신에 4-APP 를 사용한 것 외에는 난연성 수지 A 의 조제 방법과 동일하게 하여 난연성 수지 B 를 얻었다. 얻어진 난연성 수지 B 의 인 함유량은, 4-APP 의 사용량으로부터 계산하면 2.0 질량% 이다. 또한, 얻어진 난연성 수지 B 의 불휘발분은 40.4 질량% 이었다.
(비교용 수지)
77.0g 의 비스페놀 F 형 에폭시 수지 YDF-170 [토토 화성 주식회사 제조, 에폭시 당량 : 168] (에폭시기 : 0.46 당량), 12.7g 의 4,4'-디아미노디페닐메탄 [도쿄 화성 주식회사 제조] (아미노기 : 0.13 당량), 및 135g 의 메틸이소부틸케톤을, 교반기, 컨덴서, 질소 도입관 및 온도계를 구비한 300㎖ 의 세퍼러블 플라스크에 넣었다. 질소 분위기하 100℃ 에서, 내용물을 교반하면서 5 시간 반응시킨 후, 130℃ 로 승온하여 다시 5 시간 반응시켰다. JIS K 7236 「에폭시 수지 중의 에폭시 당량 시험 방법」에 의해서, 에폭시 당량이 거의 일정하게 된 것을 확인한 후, 방랭함으로써 비교용 수지를 얻었다. 얻어진 비교용 수지의 불휘발분은 40.0 질량% 이었다.
[난연성 수지 조성물의 조제]
(실시예 1∼6)
표 1 에 나타내는 배합 비율로 각 성분을 혼합함으로써 실시예 1∼6 의 난연성 수지 조성물을 조제하였다.
(비교예 1∼3)
표 1 에 나타내는 배합 비율로 각 성분을 혼합함으로써 비교예 1∼3 의 수지 조성물을 조제하였다. 또, 비교예 3 의 수지 조성물에서는, 난연제로서, 첨가형의 인계 난연제인 PX-200 (방향족 축합 인산에스테르, 다이하치 (大八) 화학 주식회사 제조) 를 사용하였다.
[경화물의 조제]
실시예 1∼6 의 난연성 수지 조성물 및 비교예 1∼3 의 수지 조성물을, 300×300㎜×180㎛ 의 유리 크로스매트 (닛토보 (日東紡) 주식회사, WE18K105) 에 함침시켜, 90℃ 의 오븐에서 60 분간 건조시킨 후, 190℃ 에서 90 분간, 1MPa 의 가압하에 열경화시켰다. 그 후, 190℃ 에서 3 시간, 후경화시킴으로써 경화물을 얻었다.
실시예 1∼6 의 난연성 수지 조성물 및 비교예 1∼3 의 수지 조성물로부터 얻어진 경화물에 관해서, 상기한 각종 평가를 실시하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다.
표 1 에 나타낸 바와 같이, 실시예 1∼6 의 난연성 수지 조성물로부터 얻어진 경화물은, 산소 지수가 높고, 난연성이 우수하였다. 또한, 실시예 1∼6 의 난연성 수지 조성물로부터 얻어진 경화물은, Tg 가 높고, 첨가형의 인산에스테르를 배합한 경우의 문제점의 발생 (경화물의 Tg 가 낮아지는 것) 도 없었다. 또, 실시예 1∼6 의 난연성 수지 조성물로부터 얻어진 경화물은, PCT 후의 전기 특성도 양호하였다. 한편, 비교예 1∼3 의 수지 조성물로부터 얻어진 경화물은, 산소 지수가 낮고 난연성이 나쁘거나, 또는 Tg 가 낮았다.
이상의 사실에서, 본 발명의 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법은, 1 단계 반응에 의해서 아미노기 함유 인산에스테르 화합물을 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 난연성 수지 및 난연성 수지 조성물은, 소각시에 다이옥신 및 포스핀을 발생하지 않음과 함께, 난연성 및 전기 특성이 우수한 경화물을 제공할 수 있다.
Claims (14)
- 다음 일반식 (1) :[화학식 18]로 나타내는 아미노페놀 화합물과, 다음 일반식 (2) :[화학식 19](식 중, X1, X2, X3, X4 및 X5 는 동일하거나 상이해도 되고, 수소 원자 또는 탄소수 1∼3 의 알킬기이다) 로 나타내는 디클로로인산 화합물을, 무기 염기성 화합물의 존재하, 비프로톤성 유기 용매 중에서 반응시키고, 다음 일반식 (3) :[화학식 20](식 중, X1, X2, X3, X4 및 X5 는 상기와 동일) 으로 나타내는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물을 얻는 것을 특징으로 하는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 무기 염기성 화합물이 알칼리 금속 탄산염인 것을 특징으로 하는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 비프로톤성 유기 용매가 아세토니트릴인 것을 특징으로 하는 아미노기 함유 인산에스테르 화합물의 제조 방법.
- 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 아미노기와 반응하는 관능기가 에폭시기인 것을 특징으로 하는 난연성 수지.
- 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 아미노기와 반응하는 관능기를 1 분자 중에 1 개 또는 2 개 갖는 화합물이, 페닐글리시딜에테르, 부틸글리시딜에테르, 글리시딜메타크릴레이트, 비스페놀 A 형 에폭시 수지, 비스페놀 F 형 에폭시 수지, 비스페놀 S 형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 수소첨가 비스페놀 A 형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 난연성 수지.
- 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 난연성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 수지 조성물.
- 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 아미노기와 반응하는 관능기가 에폭시기인 것을 특징으로 하는 난연성 수지 조성물.
- 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 아미노기와 반응하는 관능기를 1 분자 중에 2 개 이상 갖는 수지가, 비스페놀 A 형 에폭시 수지, 비스페놀 F 형 에폭시 수지, 비스페놀 S 형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 수소첨가 비스페놀 A 형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 페놀 비페닐렌형 에폭시 수지, 나프톨아르알킬형 에폭시 수지, 나프톨 노볼락형 에폭시 수지, 트리페닐메탄형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 난연성 수지 조성물.
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KR101462309B1 (ko) * | 2012-03-21 | 2014-11-14 | (주)엘지하우시스 | 아미노기 함유 인산에스테르 난연제 및 그 제조방법 |
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