KR20170076295A - 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법 및 이러한 방법에 의해 제조된 아미노알킬실란 화합물 - Google Patents
아미노알킬실란 화합물의 제조 방법 및 이러한 방법에 의해 제조된 아미노알킬실란 화합물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고순도 및 고수율의 아미노알킬실란 화합물을 제조하는 방법, 및 이러한 방법에 의해 제조된 아미노알킬실란 화합물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고순도 및 고수율의 아미노알킬실란 화합물을 제조하는 방법 및 이러한 방법에 의해 제조된 아미노알킬실란 화합물에 관한 것이다.
최근의 자동차 산업계의 동향을 살펴보면, 내구성과 안정성 및 연료 절감에 대한 필요성이 끊임없이 요구되고 있으며 그러한 수요를 충족시키고자 하는 노력이 계속 진행되고 있다.
특히, 자동차용 타이어, 특히 지면과 접하는 타이어 트래드의 재료인 고무의 물성을 보강하기 위한 여러 시도가 있어 왔다. 자동차 타이어용 고무 조성물로는 폴리부타디엔이나 부타디엔-스티렌 공중합체 등의 공액 디엔계 중합체 등을 함유하는 고무 조성물이 이용되고 있다. 현재 자동차 타이어의 성능을 개선하기 위해 공액 디엔계 고무조성물에 여러 보강재 등을 배합하는 연구가 진행되고 있다.
본 발명자들은 타이어 트레드의 재료로서, 우수한 발열성을 갖는 동시에, 인장강도, 내마모성, 저연비성 및 젖은 노면 저항성을 갖는 고무를 개발하기 위해 본 발명을 제안하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 고무 조성물에 사용되는 아미노알킬실란 화합물을 고순도 및 고수율로 제조할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 고순도의 아미노알킬실란 화합물을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 일실시예에서,
하기 화학식 1로 표시되는 브로모알킬 이미다졸 화합물을 제조하는 단계; 및
상기 브로모알킬 이미다졸 화합물과 하기 화학식 2로 표시되는 아민 화합물을 촉매 존재하에서 반응시키는 단계;를 포함하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법을 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 식에서,
R은 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 알킬렌기이다.
R1은 수소, 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
R2 및 R3는 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 알킬렌기이며,
R4는 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬기이고,
n 및 m은 1 내지 3의 정수이다.
또한, 본 발명에서는 상기 방법에 의해 제조된 하기 화학식 3으로 표시되는 아미노알킬실란 화합물을 제공한다.
[화학식 3]
상기 식에서,
R은 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 알킬렌기이다.
R2 및 R3는 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 알킬렌기이며,
R4는 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬기이고,
n 및 m은 1 내지 3의 정수이다.
본 발명의 방법에 따르면, 발열성, 인장강도, 내마모성, 저연비성 및 젖은 노면 저항성 등이 우수한 고무 조성물에서 사용되는 아미노알킬실란 화합물을 온화한 반응 조건 하에서 고순도 및 고수율로 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
종래 아민 유도체와 클로로프로필실란 화합물 유도체에 의해 제조되는 것으로 알려진, 3급 이미다졸을 함유한 아미노실란 화합물은 무기 충진제와의 상용성이 우수하고, 가공성이 우수하기 때문에, 이를 포함하는 고무 조성물은 발열성, 인장강도, 내마모성, 저연비성 및 젖은 노면 저항성 등이 우수한 것으로 알려져 있다.
하지만, 종래 클로로프로필실란 화합물을 사용하여 아미노알킬실란 화합물 제조 반응은 고온 반응을 진행해야 하기 때문에 반응 조건이 까다로울 뿐만 아니라, 반응속도가 느리다는 단점이 있다. 또한, 과량으로 사용하는 아민 유도체같은 경우, 사슬이 길면 끓는점이 높기 때문에 반응 종결 후에 이를 고온에서 제거하는 데 오랜 시간이 걸릴 뿐만 아니라, 완벽히 제거하기도 어려워 고순도 및 고수율로 수득하기 어렵다는 단점이 있다.
이에, 본 발명에서는 반응 속도를 개선함과 동시에, 고순도 및 고수율로 아미노알킬실란 화합물을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는
하기 화학식 1로 표시되는 브로모알킬 이미다졸 화합물을 제조하는 단계; 및 상기 브로모알킬 이미다졸 화합물과 하기 화학식 2로 표시되는 아민 화합물을 촉매 존재하에서 반응시키는 단계;를 포함하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법을 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 식에서,
R은 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 알킬렌기이다.
R1은 수소, 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
R2 및 R3는 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 알킬렌기이며,
R4는 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬기이고,
n 및 m은 1 내지 3의 정수이다.
먼저, 상기 본 발명의 방법에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 브로모알킬 이미다졸 화합물을 다음과 같은 방법에 의해 제조할 수 있다.
수산화칼륨에 반응 용매를 첨가하고 0℃로 냉각하는 단계;
상기 수산화칼륨 용액에 하기 화학식 4로 표시되는 다이브로모알칸 화합물 및 이미다졸을 순차적으로 첨가하고 0℃에서 교반하는 단계;
반응 용매 제거 후 남은 반응물에 에틸아세테이트를 첨가하여 희석하는 단계; 및
상기 희석 용액을 수용액으로 세척한 후, 감압 농축하여 상기 화학식 1로 표시되는 브로모알킬 이미다졸 화합물을 수득하는 단계.
[화학식 4]
Br-R5-Br
상기 식에서, R5는 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬렌기이다.
상기 방법에서 반응열로 인해 온도가 상승하는 것을 막기 위해 0℃에서 교반하면서 반응시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방법에서 수산화칼륨은 강염기성 물질로서, 상기 이미다졸 1몰에 대하여 1 내지 2몰로 포함될 수 있다.
또한, 상기 반응 용매로는, 펜탄, 헥산, 사이클로헥산, 헵탄, 이소옥탄, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 탄화수소계 용매, 디에틸에테르, 테트라하이드로퓨란, 디옥산 등의 에테르계 용매, 초산에틸, 초산부틸 등의 에스테르계 용매, 아세토니트릴, N,N-디메틸포름아미드 등의 비프로톤성 극성 용매, 디클로로메탄, 클로로포름 등의 염소화 탄화수소계 용매 등을 들 수 있으며, 이들의 용매는 1종을 단독으로 사용하거나, 또는 2종 이상을 혼합해 사용할 수도 있다. 상기 용매 중 아세토니트릴, 또는 N,N-디메틸포름아미드 등의 비프로톤성 극성 용매가 바람직하다.
상기 반응용매는 이미다졸 100 중량부에 대하여 500 내지 600 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 상기 다이브로모알칸 화합물은 이미다졸 1몰에 대하여 2몰 내지 3몰로 포함될 수 있다. 만약, 상기 다이브로모알칸 화합물의 함량이 2몰 이하인 경우 1,3-다이(1H-이미다졸-1-일)프로판이 생성되는 비율이 커지는 단점이 있고, 3 몰을 초과하는 경우, 반응 효과가 크게 개선되지 않으므로 경제적 효과가 떨어진다.
이러한 다이브로모알칸 화합물은 그 대표적인 예로, 다이브로모메탄, 다이브로모에탄, 다이브로모프로판, 다이브로모부탄, 및 다이브로모헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 들 수 있는데, 이 중에서도 다이브로모프로판을 이용할 수 있다.
또한, 상기 방법은 반응 종료 후 반응 용매를 모두 제거한 다음, 용매량 대비 많은 최종 생성물을 높일 수 있도록 에틸아세테이트를 첨가하여 희석하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 본 발명의 방법에서는, 상기 희석 용액을 수용액으로 세척한 후, 감압 농축하여, 오일 형태의 상기 화학식 1로 표시되는 브로모알킬 이미다졸 화합물을 수득할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에서는 상기 단계에서 제조된 상기 화학식 1로 표시되는 브로모알킬 이미다졸 화합물과 상기 화학식 2로 표시되는 아민 화합물을 촉매 존재하에서 반응시키는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 화학식 2로 표시되는 아민 화합물에서 상기 R1은 수소를 들 수 있다.
또한, 상기 화학식 2로 표시되는 아민 화합물에서 상기 R2 및 R3는 각각 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 및 옥틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 구체적으로 에틸렌, 프로필렌, 또는 부틸렌을 들 수 있다.
또한, 상기 화학식 2로 표시되는 아민 화합물에서 상기 R4는 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 및 옥틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 구체적으로 메틸렌, 에틸렌, 또는 프로필렌을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에 있어서, 상기 브로모알킬 이미다졸 화합물과 아민 화합물의 반응 단계는 다음과 같은 단계로 실시할 수 있다.
반응 용매에 상기 화학식 2로 표시되는 아민 화합물을 용해시키는 단계;
반응 용매에 상기 화학식 1로 표시되는 브로모알킬 이미다졸 화합물을 용해시키는 단계;
상기 아민 화합물 반응 용액에 염기성 화합물을 첨가하는 단계;
상기 아민 화합물 반응 용액을 승온시킨 후, 상기 브로모알킬 이미다졸 화합물 반응 용액을 10 내지 12시간 동안 적가하면서 반응시키는 단계; 및
반응 종료 후, 반응 생성물을 추출하고, 감압 농축하는 단계.
이때, 상기 반응 용매로서는, 펜탄, 헥산, 사이클로헥산, 헵탄, 이소옥탄, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 탄화수소계 용매, 디에틸에테르, 테트라하이드로퓨란, 디옥산 등의 에테르계 용매, 초산에틸, 초산부틸 등의 에스테르계 용매, 아세토니트릴, N,N-디메틸포름아미드 등의 비프로톤성 극성 용매, 디클로로메탄, 클로로포름 등의 염소화 탄화수소계 용매 등을 들 수 있으며, 이들의 용매는 1종을 단독으로 사용하거나, 또는 2종 이상을 혼합해 사용할 수도 있다. 상기 용매 중 아세토니트릴, 또는 N,N-디메틸포름아미드 등의 비프로톤성 극성 용매가 바람직하다.
또한, 본 발명의 방법에 있어서, 상기 염기성 화합물(base)로는 탈수소화에 사용될 수 있는 염기성 화합물을 들 수 있으며, 그 대표적인 예로는 수산화물, 알코올레이트, 및 N,N-디이소프로필에틸아민(휘니그 염기(Hunig's base))로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이 중에서도 휘니그 염기를 사용할 수 있다.
상기 염기성 화합물의 사용량은 특별히 제한되지 않지만, 반응성 및 생산성 등을 고려하여, 상기 화학식 2로 표시되는 아민 화합물 1 몰에 대해, 1 내지 4 몰, 구체적으로 3몰을 사용할 수 있다. 만약, 상기 촉매가 1 몰 미만이면 촉매의 충분한 효과가 발현하지 않을 가능성이 있어, 4몰을 초과하면, 촉매의 양에 알맞을 만한 반응 촉진 효과가 보이지 않을 가능성이 있다.
또한, 본 발명의 방법에서, 상기 브로모알킬 이미다졸 화합물 : 상기 화학식 2로 표시되는 아민 화합물은 1 내지 2 : 1 당량으로 포함할 수 있다. 만약, 상기 브로모알킬 이미다졸 화합물의 함량이 1 미만인 경우 반응 이후 남은 화학식 2의 아민 화합물 제거가 어렵다는 단점이 있다. 즉, 반응 이후 헥산에 화학식 3의 화합물만을 분리하여 얻어내는데 화학식 2의 화합물이 헥산에 용해되어 같이 얻어질 수 있다. 또한, 브로모알킬 이미다졸 화합물의 함량이 2를 초과하는 경우 경제적 효과가 낮다.
또한, 본 발명의 방법에서 상기 브로모알킬 이미다졸 화합물 : 상기 화학식 2로 표시되는 아민 화합물의 반응 온도는 60℃까지 승온한 후 실시하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 반응 온도는 일례로 60 내지 80℃ 일 수 있으며, 상기 브로모알킬 이미다졸 화합물 용액 적가 완료 후부터 4시간 내지 6시간 반응시킬 수 있다.
한편, 반응 종료 후에는 아민 화합물의 염산염이 생기지만, 이것은 반응 생성물을 헥산을 첨가하고, 추출하는 등의 방법에 의해 제거할 수 있다. 이상과 같이하여 염을 제거한 반응액으로부터는 증류 등의 통상의 방법으로 생성물을 수득할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 방법에서는 화학식 3으로 표시되는 아미노알킬실란 화합물 제조 시에 클로로프로필렌 화합물 대신 2급 아미노실란과 반응성이 높은 브로모알킬이미다졸을 화합물을 이용함으로써, 종래기술보다 온화한 온도 조건에서 반응을 진행할 수 있다. 특히, 3급 아민 염기를 사용함으로써, 일부 잔존하는 부산물, 예컨대 2급 아미노실란을 염 형태로 간단히 제거 가능하여 고순도 및 고수율의 아미노알킬실란 화합물을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 방법에 의해 제조된 하기 화학식 3으로 표시되는 아미노알킬실란 화합물을 제공한다.
[화학식 3]
상기 식에서,
R은 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 알킬렌기이다.
R2 및 R3는 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 알킬렌기이며,
R4는 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬기이고,
n 및 m은 1 내지 3의 정수이다.
또한, 본 발명에서는
상기 아미노알킬실란 화합물로 말단이 변성된 공액 디엔계 중합체 100 중량부 및 무기 충전제 0.1 내지 200 중량부를 포함하는 고무 조성물을 제공한다.
상기 무기 충진제는 일례로 10 내지 150 중량부, 또는 50 내지 100 중량부일 수 있다.
상기 무기 충진제는 실리카계 충진제, 카본블랙, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 무기 충진제가 실리카계 충진제인 경우, 분산성이 크게 개선되고, 또한 실리카 입자가 본 발명의 아미노알킬실란 화합물의 말단과 결합함으로써 히스테리시스 손실이 크게 감소되는 효과가 있다.
또한, 상기 본 발명의 고무 조성물에 있어서, 상기 말단이 변성된 공액 디엔계 중합체는 SBR(styrene-butadiene rubber), BR(butadiene rubber), 천연고무 또는 이들의 혼합일 수 있다. 상기 SBR은 일례로 SSBR(solution styrene-butadiene rubber)일 수 있다.
이때, 상기 아미노알킬실란 화합물은 공액 디엔계 중합체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 30 중량부, 구체적으로 1 내지 10 중량부, 보다 구체적으로 1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 고무 조성물은 일례로 오일 1 내지 100 중량부, 또는 20 내지 80 중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 오일은 일례로 광물유나 연화제 등일 수 있다. 상기 오일은 이 범위 내에서 물성 발현이 잘되며, 또한 고무 조성물을 적당히 연화시켜 가공성이 우수한 효과가 있다.
이러한, 본 발명의 고무 조성물은 본 발명의 방법에 의해 제조된 고순도 및 고수율의 아미노알킬실란 화합물을 포함함으로써 발열성, 인장강도, 내마모성, 저연비성 및 젖은 노면 저항성 등이 향상된 효과를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 변성 공액 디엔계 중합체 고무 조성물을 이용한 타이어 또는 타이어 트레드가 제공된다.
상기 타이어 또는 타이어 트레드는 무기 충진제와의 상용성이 우수하고, 가공성이 개선된 변성 공액 디엔계 중합체를 포함하는 고무 조성물을 이용하여 제조됨으로써, 인장강도, 내마모성, 및 젖은 노면 저항성 등이 뛰어나다는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예
실시예 1
(1단계)
수산화칼륨 27g(481mmol)에 아세토나이트릴 150ml를 가한 후 0℃로 냉각하였다. 반응물에 다이브로모프로판 162g(802mmol)을 가한 후 이미다졸 27.3g(401mmol)을 첨가하였다. 반응물을 0℃에서 3시간 교반하여 반응을 종결시킨 다음 감압 농축하여 용매를 제거한다. 에틸아세테이트 200g를 가하여 희석하고 포화 수용액(200ml)으로 세척한 후 감압 농축하여 노란색 오일의 1-(3-브로모프로필)-1H-이미다졸(60%)을 얻었다 (하기 반응식 1 및 2 참조).
1H-NMR(CDCl3) δ : 7.52(s, 1H), 7.08(s, 1H), 6.94(s, 1H), 4.16(t, 2H), 3.31(t, 2H), 2.28(m, 2H)
[반응식 1]
[반응식 2]
(2단계)
비스(3-(트리에톡시실릴)프로필)아민 10g(23.5mmol)을 아세토나이트릴 10ml에 녹인 후 디아이소프로필에틸아민 7.13g(70.47mmol)을 가한다. 60℃에서 1-(3-브로모프로필)-1H-이미다졸 4.44g(23.5mmol)를 녹인 아세토나이트릴(2.8M)를 12시간 동안 적가한 후 4시간 교반하여 반응을 행하였다. 반응 후, 반응 생성물을 헥산으로 추출하고 감압 농축하여 주황색 오일의 N-(3-(1H-이미다졸-1-릴)프로필)-3-(트리에톡시실릴)-N-(3-(트리에톡시실릴)프로필)프로판-1-아민 (93% 순도, 65% 수율)을 얻었다(하기 반응식 3 참조).
1H-NMR(CDCl3) δ : 7.47(s, 1H), 7.02(s, 1H), 6.90(s, 1H), 3.97(t, 2H), 3.80(q, 12H), 2.38(m, 6H), 1.87(t, 2H), 1.50(m, 4H), 0.56(t, 4H)
[반응식 3]
(비교예 1)
1-(3-아미노프로필)이미다졸 3g(24.0mmol)을 아세토나이트릴 10ml에 녹인 후 디아이소프로필에틸아민 9.29g(71.9mmol)을 가한다. 60℃에서 (3-클로로프로필)트리에톡시실란 5.77g(24.0mmol)를 녹인 아세토나이트릴(2.8M)를 12시간 동안 적가한 후 12시간 교반하여 반응을 행하였다.
얻어진 반응물을 가스크로마토그래피로 분석한 결과, N-(3-(1H-이미다졸-1-릴)프로필)-3-(트리에톡시실릴)-N-(2-(트리에톡시실릴)에틸)프로판-1-아민과 중간물인 N-(3-(1H-이미다졸-1-릴)프로필)-3-(트리에톡시실릴)프로판-1-아민과 원료인 1-(3-아미노프로필)이미다졸이 0.15:0.1:1 비율로 혼합되어 있는 것을 알 수 있었다.
(비교예 2)
1-(3-아미노프로필)이미다졸 3g(24.0mmol)을 아세토나이트릴 10ml에 녹이고 60℃에서 (3-클로로프로필)트리에톡시실란 5.77g(24.0mmol)를 녹인 아세토나이트릴(2.8M)를 12시간 동안 적가한 후 12시간 교반하여 반응을 행하였다.
얻어진 반응물을 가스크로마토그래피로 분석한 결과, N-(3-(1H-이미다졸-1-릴)프로필)-3-(트리에톡시실릴)-N-(2-(트리에톡시실릴)에틸)프로판-1-아민과 중간물인 N-(3-(1H-이미다졸-1-릴)프로필)-3-(트리에톡시실릴)프로판-1-아민과 원료인 1-(3-아미노프로필)이미다졸이 0:0.1:1 비율로 혼합되어 있는 것을 알 수 있었다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | ||
| 반응물 1 | 물질 | 비스(3-(트리에톡시실릴)프로필)아민 | (3-클로로프로필)트리에톡시실란 | (3-클로로프로필)트리에톡시실란 |
| 함량 | 23.5mmol | 24.0mmol | 24.0mmol | |
| 반응물 2 | 물질 | 2-(3-브로모프로필) -1H-이미다졸 |
1-(3-아미노프로필)이미다졸 | 1-(3-아미노프로필)이미다졸 |
| 함량 | 23.5mmol | 24.0mmol | 24.0mmol | |
| 반응물 1 : 2 함량 비율 | 1:1 | 1:1 | 1:1 | |
| 촉매 | 디아이소프로필에틸아민 | 디아이소프로필에틸아민 | - | |
| 반응 온도 | 60℃ | |||
| 반응 시간 | 4 시간 | 12시간 | 12시간 | |
| 수율 | 65% | 12% | 0% | |
| 순도 | 93% | - | 0% | |
이러한 상기 표 2의 결과에서와 같이, 실시에 1의 본 발명 방법에 따르면, 온화한 온도 조건 하에서도 수율(65%) 및 순도(93%)가 향상된 아미노알킬실란 화합물을 수득할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
반면에, 본 발명의 방법과 같은 온도 조건을 적용한 비교예 1 및 2의 방법에서는 아미노알킬실란 화합물의 수율 및 순도가 낮거나, 거의 생성되지 않음을 알 수 있다.
Claims (21)
- 하기 화학식 1로 표시되는 브로모알킬 이미다졸 화합물을 제조하는 단계; 및
상기 브로모알킬 이미다졸 화합물과 하기 화학식 2로 표시되는 아민 화합물을 촉매 존재하에서 반응시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법.
화학식 1]
[화학식 2]
상기 식에서,
R은 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 알킬렌기이다.
R1은 수소, 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
R2 및 R3는 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 알킬렌기이며,
R4는 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬기이고,
n 및 m은 1 내지 3의 정수이다.
- 청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 브로모알킬 이미다졸 화합물을 제조하는 단계는,
수산화칼륨에 반응 용매를 첨가하고 0℃로 냉각하는 단계;
상기 수산화칼륨 용액에 하기 화학식 4로 표시되는 다이브로모알칸 화합물 및 이미다졸을 순차적으로 첨가하고 0℃에서 교반하는 단계;
반응 용매 제거 후 남은 반응물에 에틸아세테이트를 첨가하여 희석하는 단계; 및
상기 희석 용액을 수용액으로 세척한 후, 감압 농축하여 상기 화학식 1로 표시되는 브로모알킬 이미다졸 화합물을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법:
[화학식 4]
Br-R5-Br
상기 식에서,
R5는 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬렌기이다.
- 청구항 2에 있어서,
상기 수산화칼륨은 이미다졸 1몰에 대하여 1 내지 2몰로 포함되는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 반응 용매는 탄화수소계 용매, 에테르계 용매, 에스테르계 용매, 비프로톤성 극성 용매, 및 염소화 탄화수소계 용매로 이루어진 군으로부터 선택된 단일물 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 반응용매는 이미다졸 100 중량부에 대하여 500 내지 600 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 다이브로모알칸 화합물은 이미다졸 1몰에 대하여 2몰 내지 3몰로 포함하는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 다이브로모알칸 화합물은 다이브로모메탄, 다이브로모에탄, 다이브로모프로판, 다이브로모부탄, 및 다이브로모헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 화학식 2로 표시되는 아민 화합물에서 상기 R1은 수소이고,
상기 R2 및 R3는 각각 독립적으로 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 및 옥틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하며,
상기 R4는 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 및 옥틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 브로모알킬 이미다졸 화합물과 아민 화합물의 반응 단계는
반응 용매에 상기 화학식 2로 표시되는 아민 화합물을 용해시키는 단계;
반응 용매에 상기 화학식 1로 표시되는 브로모알킬 이미다졸 화합물을 용해시키는 단계;
상기 아민 화합물 반응 용액에 염기성 화합물을 첨가하는 단계;
상기 아민 화합물 반응 용액을 승온시킨 후, 상기 브로모알킬 이미다졸 화합물 반응 용액을 10 내지 12시간 동안 적가하면서 반응시키는 단계; 및
반응 종료 후, 반응 생성물을 추출하고, 감압 농축하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 반응 용매는 탄화수소계 용매, 에테르계 용매, 에스테르계 용매, 비프로톤성 극성 용매, 및 염소화 탄화수소계 용매로 이루어진 군으로부터 선택된 단일물 또는 2종 이상이 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 염기성 화합물은 수산화물, 알코올레이트 및 휘니그 염기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 염기성 화합물은 상기 화학식 2로 표시되는 아민 화합물 1 몰에 대해, 1 내지 4 몰로 포함되는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 브로모알킬 이미다졸 화합물 : 아민 화합물은 1 내지 2 : 1 당량으로 포함하는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 브로모알킬 이미다졸 화합물과 아민 화합물의 반응 단계는 60 내지 80℃에서, 4시간 내지 6시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 방법은 반응 종료 후 생성된 아민 화합물의 염산염을 헥산을 첨가하고, 추출하는 방법에 의해 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물의 제조 방법.
- 청구항 1의 방법에 의해 제조된 하기 화학식 3으로 표시되는 것을 특징으로 하는 아미노알킬실란 화합물.
[화학식 3]
상기 식에서,
R은 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 알킬렌기이다.
R2 및 R3는 탄소수 1 내지 10의 치환 또는 비치환된 알킬렌기이며,
R4는 탄소수 1 내지 5의 치환 또는 비치환된 알킬기이고,
n 및 m은 1 내지 3의 정수이다.
- 청구항 16의 아미노알킬실란 화합물로 말단이 변성된 공액 디엔계 중합체 100 중량부 및 무기 충전제 0.1 내지 200 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
- 청구항 17에 있어서,
상기 무기 충진제는 10 내지 150 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
- 청구항 17에 있어서,
상기 무기 충진제는 실리카계 충진제, 카본블랙, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
- 청구항 17에 있어서,
상기 공액 디엔계 중합체는 SBR(styrene-butadiene rubber), BR(butadiene rubber), 천연고무 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 단일물 또는 2종 이상의 공액 디엔계 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
- 청구항 17의 고무 조성물을 포함하는 타이어 또는 타이어 트레드.
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