KR20090070314A - 인을 포함하는 난연성 올리고머 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
인을 포함하는 난연성 올리고머 및 이의 제조방법이 개시되어 있다. 난연성 올리고머를 제조하기 위해서는 먼저, 디메틸포름아미드 2 내지 10중량부, 수산화페닐 포스피닐 프로피온산 15 내지 45 중량부가 혼합된 혼합물을 형성한다. 이후, 상기 혼합물에 프로필렌산 20 내지 50 중량부를 적하 반응시킨 후 유기용제 20 내지 40중량부를 투입함으로서 형성될 수 있다. 수득된 인을 포함하는 난연성 올리고머는 상용성, 저장 안정성 및 난연성이 우수한 난연성 도료를 제조하는데 적용될 수 있다.
난연성, 올리고머, 인
Description
본 발명은 인을 포함하는 난연성 올리고머 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기 인계 반응성 화합물과 옥시란기를 1개 이상 포함하는 화합물의 반응으로 얻어지는 인을 포함하는 난연성 올리고머 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
종래부터 가연성 도료를 난연화시키는 방법으로 난연제를 첨가하는 난연성 수지를 사용하는 방법이 이용되어 왔다. 상기 난연제는 첨가형 난연제와 반응형 난연제로 구분되며, 보통 원소에 따라 할로겐계 화합물, 무기수화물, 질소화합물, 인계화합물 등으로 나눌 수 있다.
상기 할로겐계 화합물은 난연성 확보가 용이하고 수지의 물성을 거의 저하시키지 않는 장점이 있지만, 할로겐 화합물 자체의 유독성과 연소시에 다이옥신을 발생하기 때문에 환경적인 면에서 치명적인 결점을 내포하고 있다. 상기 무기수화물의 경우에는, 충분한 난연 효과를 발휘하기 위하여 많은 양의 무기수화물을 사용하여야 한다. 많은 양의 무기수화물이 사용되면 코팅제의 투명도나 저장 안정성이 양 호하지 못하게 되는 결점이 뒤따른다. 질소화합물을 난연제로 사용하는 경우에는 난연효과가 충분하지 못하고, 또한 연소시에 유독가스가 심하게 발생되는 문제점이 있다.
또한, 인계 화합물을 첨가형 난연제로 사용하는 경우에는 수지의 기본물성을 저하시키는 문제점이 있다. 상기 인계 화합물은 트리페닐 포스페이트(TPP)와 같은 유기 인계화합물이나 적인 등이 있다. 이러한 유기 인계 난연제를 첨가형으로 혼합했을 때 난연제의 불 균일 분포등으로 인하여 충격강도와 같은 물성에 좋지 않은 영향을 미치고 도료의 투명성을 확보하기 어렵다는 결점이 뒤따른다.
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 난연성을 부여하는 인 화합물이 고분자 사슬 내에 도입된 구조를 갖는 인을 포함하는 난연성 올리고머를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상술한 인을 포함하는 난연성 올리고머를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인을 포함하는 난연성 올리고머는 하기 구조식 1, 2 또는 3으로 표기되며, 난연성 도료의 제조시 적용된다.
(상기 구조식 1에서 R 및 R1은 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, n은 5 내지 10이다.)
(상기 구조식 2에서 R은 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, R1은 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, n은 2 내지 10이다.)
(상기 구조식 3에서 R은 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, R1은 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, R2는 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고 n은 2 내지 10이다.)
상술한 다른 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 본 발명은 인을 포함하는 난연성 올리고머의 제조방법을 제공한다. 상기 난연성 올리고머를 제조하기 위해서는 먼저, 디메틸포름아미드 2 내지 10중량부, 수산화페닐 포스피닐 프로피온산 15 내지 45 중량부가 혼합된 혼합물을 형성한다. 이어서 상기 혼합물에 프로필렌산(Propylene Oxide) 20 내지 50 중량부를 적하 반응시켜 인을 포함하는 예비 올리 고머를 형성한다. 이어서, 상기 인을 포함하는 예비 올리고머에 유기용제 20 내지 40중량부를 투입한다. 그 결과 상기 구조식 1로 표기되는 난연성 올리고머가 수득된다.
상술한 다른 목적을 달성하기 위한 다른 실시예에 따른 본 발명은 인을 포함하는 난연성 올리고머의 제조방법을 제공한다. 상기 난연성 올리고머를 제조하기 위해서는 디메틸포름아미드 2 내지 10중량부에 페닐 포스포닉산(Phenyl Phosphonic Acid) 15 내지 45 중량부가 용해된 제1 혼합물을 형성한다. 이어서, 디메틸포름아미드 6 내지 20중량부에 비스페놀 A형 에폭시 20 내지 50 중량부가 용해된 제2 혼합물을 형성한다. 이어서, 상기 제1 혼합물에 상기 제2 혼합물을 적하 반응시켜 인을 포함하는 예비 올리고머를 형성한다. 이어서, 상기 인을 포함하는 예비 올리고머에 유기용제 20 내지 40중량부를 투입한다. 그 결과 상기 구조식 2 또는 구조식 3으로 표기되는 난연성 올리고머가 수득된다.
언급한 바와 같이 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 인을 포함하는 난연성 올리고머는 고분자 사슬내에 난연 특성을 갖는 인을 포함하고 있어 첨가형 난연제로는 확보하기 어려운 도료의 투명성 또는 물성의 저하가 없고 저장 안정성을 기대할 수 있는 난연성 도료를 제조하는데 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 관점들에 따른 인을 포함하는 난연성 올리고머 및 이의 제조 방법에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다.
인을 포함하는 난연성 올리고머
본 발명에 따른 인을 포함하는 난연성 올리고머는 난연성 도료를 제조하기 위해 적용되는 화합물서, 유기 인계 반응성 화합물과 옥시란기를 1개 이상 포함하는 화합물의 반응으로 수득되며, 하기 구조식 1, 하기 구조식 2 또는 하기 구조식 3으로 표기될 수 있다.
상기 구조식 1에서 R 및 R1은 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, n은 5 내지 10이다.
상기 구조식 2에서 R은 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, R1은 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, n은 2 내지 10이다.
상기 구조식 3에서 R은 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, R1은 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, R2는 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고 n은 2 내지 10이다.
상기 구조식 1, 구조식 2 또는 구조식 3으로 표기되는 인을 포함하는 난연성 올리고머는 25 ℃에서 50~90 KU의 점도를 가지며, 1.0 내지 1.3의 비중을 갖는 것을 특징으로 한다.
인을 포함하는 난연성 올리고머의 제조
본 발명의 인을 포함하는 난연성 올리고머는 수산화페닐 포스피닐 프로피온산(3-(Hydroxy Phenyl phosphinyl) Propanoic Acid)과 프로필렌산(Propylene Oxide)을 반응시키거나 페닐포스포닉산(Phenyl Phosphonic Acid)과 비스페놀 A형 에폭시(Bisphenol-A type Epoxy) 반응시킴으로서 형성할 수 있다.
일 예로서, 상기 구조식 1로 표기되는 인을 포함하는 난연성 올리고머는 다음과 같은 방법을 수행하여 제조될 수 있다. 상기 난연성 올리고머를 형성하기 위해서는 먼저 디메틸포름아미드 2 내지 10중량부에 고체 상태를 갖는 수산화페닐 포스피닐 프로피온산(3-(Hydroxy Phenyl phosphinyl) Propanoic Acid) 15 내지 45 중량부가 혼합된 혼합물을 마련한다. 상기 디메틸포름아미드는 수산화페닐 포스피닐 프로피온산을 용해시키기 위해 사용된다.
이어서, 상기 혼합물에 프로필렌산(Propylene Oxide) 20 내지 50 중량부를 적하 반응시켜 인을 포함하는 예비 올리고머를 형성한다. 이때, 상기 프로필렌산은 약 4 내지 6시간 동안 적하하여 상기 수산화페닐 포스피닐 프로피온산과 반응시키는 것이 바람직하다. 이때 상기 반응은 약 80℃이하의 온도 즉, 약 60 내지 80℃에서 수행하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 반응으로 형성된 상기 인을 포함하는 예비 올리고머에 유기용제 20 내지 40중량부를 투입한 후 상온에서 냉각한다. 상기 유기용제로 디메틸포름아미드와 톨루엔이 혼합된 용제를 사용할 수 있으며, 상기 유기용제는 상기 예비 올리고머의 산가가 약 50이하로 적정되었을 경우 투입하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 고형분이 50 내지 70중량%이고, 25℃에서 50 내지 90 KU의 점도를 갖고, 1.0 내지 1.3인 비중을 갖는 하기 구조식 1로 표기되는 난연성 올리고머를 수득할 수 있다.
상기 구조식 1에서 R 및 R1은 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, n은 5 내지 10이다.
다른 실시예로서, 하기 구조식 2 또는 하기 구조식 3으로 표기되는 인을 포함하는 난연성 올리고머는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다. 상기 난연성 올리고머를 제조하기 위해서는 먼저 디메틸포름아미드 2 내지 10중량부에 페닐포스포닉산(Phenyl Phosphonic Acid) 15 내지 45 중량부가 용해된 제1 혼합물 마련한다. 상기 디메틸포름아미드는 페닐포스포닉산을 약 170℃이하의 온도에서 균일하게 녹이기 위해 사용된다.
이어서, 디메틸포름아미드 6 내지 20중량부에 비스페놀 A형에폭시 20 내지 50 중량부가 용해된 제2 혼합물을 마련한다. 상기 디메틸포름아미드는 상기 고체의 비스페놀 A형 에폭시를 용해시키기 위해 사용된다.
상기 제1 혼합물에 상기 비스페놀 A형 에폭시가 용해된 제2 혼합물을 적하 반응시켜 인을 포함하는 예비 올리고머를 형성한다. 이때, 상기 제2 혼합물은 약 3 내지 6시간 동안 적하하여 상기 페닐포스포닉산과 비스페놀 A형 에폭시를 중합반응 시키는 것이 바람직하다. 상기 반응은 약 170℃이하의 온도에서 수행하는 것이 바 람직하다.
특히, 상기 구조식 2로 표기되는 인을 포함하는 난연성 올리고머를 형성하기 위해서는 상기 페닐포스포닉산과 상기 비스페놀 A형 에폭시를 1 : 1.0 내지 1.2의 비율로 사용하며, 상기 반응 온도를 약 170 ℃ 이하로 유지하고, 바람직하게는 160 내지 140℃로 유지한다.
또한, 상기 구조식 3으로 표기되는 인을 포함하는 난연성 올리고머를 형성하기 위해서는 상기 페닐포스포닉산과 상기 비스페놀 A형 에폭시를 1 : 1.6 내지 1.8의 비율로 사용하며 상기 반응 온도를 약 130℃ 이하로 유지하고, 바람직하게는 130 내지 100℃로 유지한다.
이어서, 상기 반응으로 형성된 상기 인을 포함하는 예비 올리고머에 유기용제 20 내지 40중량부를 투입한 후 상온에서 냉각한다. 상기 유기용제로 자일렌, 톨루엔 등을 사용할 수 있으며, 상기 유기용제는 상기 예비 올리고머의 산가가 약 20이하로 적정되었을 경우 투입하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 고형분이 50 내지 70중량%이고, 25℃에서 50 내지 90 KU의 점도를 갖고, 1.0 내지 1.3인 비중을 갖는 하기 구조식 2 또는 3으로 표기되는 난연성 올리고머를 수득될 수 있다.
상기 구조식 2에서 R은 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, R1은 탄소수 1 내지 5의 탄화수 소기, 알킬치환된 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, n은 2 내지 10이다.
상기 구조식 3에서 R은 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, R1은 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, R2는 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고 n은 2 내지 10이다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예에 의하여 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다. 하기 실시예에서 함량은 중량부를 의미한다.
실시예 1
4-목의 2 L 둥근바닥 플라스크 반응기에 스터링 바(stirring bar)를 넣고, 온도계, 콘덴서를 설치하였다. 이어서, 상기 반응기에 디메틸포름아미드 4 중량부와 고체상태인 수산화페닐 포스피닐 프로피온산(3-(Hydroxy Phenyl phosphinyl) Propanoic Acid)30.1 중량부를 넣고 균일하게 혼합한 후 프로필렌산(Propylene Oxide)29.9중량부를 4시간 동안 적하시키면서 반응온도는 80 ℃ 이하를 유지하였다. 이어서, 상기 결과물의 산가가 50 이하가 되었을 때 메틸에틸케톤을 12 중량부, 톨루엔 24중량부를 투입하여 희석한 뒤 상온 냉각하였다. 그 결과 고형분이 60 중량%이며 25℃에서 50 내지90 KU의 점도를 가지며, 비중이 1.0 내지 1.3이며, 상기 상세한 설명에 개시된 구조식 1로 표기되는 인을 포함하는 난연성 올리고머가 수득되었다.
실시예 2
4-목의 2 L 둥근바닥 플라스크 반응기에 스터링 바(stirring bar)를 넣고, 온도계, 콘덴서를 설치하였다. 이어서, 상기 반응기에 디메틸포름아미드 4 중량부와 고체상태인 페닐포스포닉산(Phenyl Phosphonic Acid)29 중량부를 투입하여 170℃에서 균일하게 녹인 제1 혼합물을 마련하였다. 이어서 상기 제1 혼합물에 비스페놀 A형 에폭시 31 중량부를 디메틸포름아미드 12 중량부로 녹인 제2 혼합물을 4시간 동안 적하시키면서 반응온도는 170℃ 이하로 유지하였다. 이어서, 상기 결과물의 산가가 20 이하로 적정되었을 때 톨루엔 24중량부를 투입하여 희석한 뒤 상온 냉각하였다. 그 결과 고형분이 60 중량%이며 25℃에서 50 내지90 KU의 점도를 가지며, 비중이 1.0 내지 1.3이며, 상기 상세한 설명에 개시된 구조식 2로 표기되는 인을 포함하는 난연성 올리고머가 수득되었다.
실시예 3
4-목의 2 L 둥근바닥 플라스크 반응기에 스터링 바(stirring bar)를 넣고, 온도계, 콘덴서를 설치하였다. 이어서, 상기 반응기에 디메틸포름아미드 4 중량부와 고체상태인 페닐포스포닉산(Phenyl Phosphonic Acid)22 중량부를 투입하여 130℃에서 균일하게 녹인 제1 혼합물을 마련하였다. 이어서 상기 제1 혼합물에 비스페놀 A형 에폭시 38 중량부를 디메틸포름아미드 12 중량부로 녹인 제2 혼합물을 4시간 동안 적하시키면서 반응온도는 130℃ 이하로 유지하였다. 이어서, 상기 결과물의 산가가 20 이하로 적정되었을 때 톨루엔 24중량부를 투입하여 희석한 뒤 상온 냉각하였다. 그 결과 고형분이 60 중량%이며 25℃에서 50 내지90 KU의 점도를 가지며, 비중이 1.0 내지 1.3이며, 상기 상세한 설명에 개시된 구조식 3으로 표기되는 인을 포함하는 난연성 올리고머가 수득되었다.
난연성 올리고머 평가
상술한 실시예 1 내지 3에서 각각 수득된 인을 포함하는 올리고머의 방염 성능을 알아보기 위해 수득된 각각의 난연성 올리고머와 이소시아네이트로 끝나는 TDI-trimer type의 경화제를 2:1의 중량비로 혼합하여 난연성 도료들을 제조하였다. 이어서, 제조된 난영성 도료들을 각각 합판에 붓을 이용하여 도장한 후 건조시킨 다음, 소방용 기계 기구 등의 형식 승인 및 검정 기술 기준(KOFEIS1C01)에 따라 실시하였다. 또한 대조군으로서 방염물을 칠하지 않은 합판을 비교 실험하였다. 시험 항목은 잔염시간(시료에 불을 붙였을 때 불꽃이 지속하는 시간), 잔신시간(시료 에 불을 붙였을 때 불씨가 지속하는 시간), 탄화면적 및 탄화길이에 대해 측정하였다. 결과가 하기 표 1에 개시되어 있다.
[표 1]
상기 표 1에 개시된 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 3에서 수득된 난연성 올리고머는 난연성 도료에 적용되어 상술한 방염 시험항목들에 대해 모두 만족된 결과를 보임을 확인할 수 있었다. 즉, 본 실시예에서 제조된 인을 포함하는 난연성 올리고머는 우수한 방염특성을 가짐을 알 수 있었다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 따른 방법으로 제조되는 인을 포함하는 난연성 올리고머는 고분자 사슬 내에 난연 특성을 갖는 인을 포함하고 있어 첨가형 난연제로는 확보하기 어려운 도료의 투명성 또는 물성의 저하가 없고 저장 안정성을 기대할 수 있는 난연성 도료를 제조할 수 있다. 이에 따라, 상기 인을 포함하는 난연성 올리고머를 주제로 사용하는 난연성 도료는 우수한 방염성을 가질 수 있다.
Claims (7)
- 디메틸포름아미드 2 내지 10중량부, 수산화페닐 포스피닐 프로피온산수는 15 내지 45 중량부가 혼합된 혼합물을 형성하는 단계;상기 혼합물에 프로필렌산(Propylene Oxide) 20 내지 50 중량부를 적하 반응시켜 인을 포함하는 예비 올리고머를 형성하는 단계; 및상기 인을 포함하는 예비 올리고머에 유기용제 20 내지 40중량부를 투입하여 하기 구조식 1로 표기되는 난연성 올리고머를 수득하는 단계를 포함하는 인을 포함하는 난연성 올리고머의 제조방법.[구조식 1](상기 구조식 1에서 R 및 R1은 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, n은 5 내지 10이다.)
- 디메틸포름아미드 2 내지 10중량부에 페닐포스포닉산(Phenyl Phosphonic Acid) 15 내지 45 중량부가 용해된 제1 혼합물을 형성하는 단계;디메틸포름아미드 6 내지 20중량부에 비스페놀 A형 에폭시(Bisphenol-A type Epoxy) 20 내지 50 중량부가 용해된 제2 혼합물을 형성하는 단계;상기 제1 혼합물에 상기 제1 혼합물을 적하 반응시켜 인을 포함하는 예비 올리고머를 형성하는 단계; 및상기 인을 포함하는 예비 올리고머에 유기용제 20 내지 40중량부를 투입하여 하기 구조식 2 또는 3으로 표기되는 난연성 올리고머를 수득하는 단계를 포함하는 인을 포함하는 난연성 올리고머의 제조방법.[구조식 2](상기 구조식 2에서 R은 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, R1은 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, n은 2 내지 10이다.)[구조식 3](상기 구조식 3에서 R은 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 2 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, R1은 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 3 내지 20의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고, R2는 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기, 알킬치환된 탄소수 1 내지 5의 탄화수소기 또는 이들의 유도체이고 n은 2 내지 10이다.)
- 제5 항에 있어서, 상기 구조식 2로 표기되는 난연성 올리고머는 상기 디메틸 포름아미드 페닐포스포닉산과 상기 비스페놀 A형 에폭시를 1 : 1.0 내지 1.2의 비율로 사용하여 제조하는 것을 특징으로 하는 인을 포함하는 난연성 올리고머의 제조방법.
- 제5 항에 있어서, 상기 구조식 3으로 표기되는 난연성 올리고머는 상기 디메틸포름아미드 페닐포스포닉산과 상기 비스페놀 A형 에폭시를 1 : 1.6 내지 1.8의 비율로 사용하여 제조하는 것을 특징으로 하는 인을 포함하는 난연성 올리고머의 제조방법.
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