KR20180057931A - 접착제의 제조방법 - Google Patents

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KR20180057931A
KR20180057931A KR1020160156409A KR20160156409A KR20180057931A KR 20180057931 A KR20180057931 A KR 20180057931A KR 1020160156409 A KR1020160156409 A KR 1020160156409A KR 20160156409 A KR20160156409 A KR 20160156409A KR 20180057931 A KR20180057931 A KR 20180057931A
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장현태
박종순
최은영
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한서대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 알킬 시아노아세테이트로부터 알킬 시아노아크릴레이트 중합체를 제조하고, 이로부터 모노머 타입으로 해분해하는 공정을 일체로 수행할 수 있어 생산 원가를 저감하면서 고순도로 아크릴레이트계 접착제를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

Description

접착제의 제조방법 및 의료용 접착제 {Method for preparing glue and medical glue}
본 명세서에 개시된 기술은 접착제의 제조방법 및 의료용 접착제에 관한 것으로, 구체적으로는 알킬 시아노아크릴레이트 중합체를 알킬 시아노아세테이트를 사용하여 합성한 다음 촉매 해분해 공정을 통해 모노머 타입의 알킬 시아노아크릴레이트를 제공할 수 있는 접착제의 제조방법 및 이로부터 수득된 고순도의 의료용 접착제에 관한 것이다.
2-시아노아크릴레이트 화합물로는 여러 종류의 것이 알려져 있고, 상기 2-시아노아크릴레이트 화합물이 의료 용도 등에 있어서의 접착제로서 유용하다는 것도 알려져 있다. 예를 들면, 에틸-2-시아노아크릴레이트, 부틸-2-시아노아크릴레이트, 2-옥틸-2-시아노아크릴레이트 등의 알킬시아노아크릴레이트가 체외 사용의 피부용의 접착제로서 이용되고 있다. 그러나 체내용으로 사용하기에는 경화물이 딱딱하고 분해가 느리다는 등의 문제가 있다. 예를 들면, 에틸-2-시아노아크릴레이트 및 부틸-2-시아노아크릴레이트를 이용한 경우는 경화물이 딱딱하고, 한편 2-옥틸-2-시아노아크릴레이트를 이용했을 때는, 경화물이 비교적 부드럽지만 분해는 느리다.
상기한 바와 같이 경화물이 딱딱해지는 문제를 갖는 시아노아크릴레이트계 접착제의 경화물에 유연성을 부여하도록 가교제를 첨가하는 기술이 미국 특허 제4364876호를 통해 개시되며, 유연성과 분해 촉진성을 부여하도록 생분해성 중합체를 배합하는 기술이 미국 특허 제6103778호를 통해 개시되고 있다.
또한 친수성 폴리이소시아네이트 예비중합체를 기재로 하는 신속한 경화성을 갖고 심한 출혈과 누출 봉합 용도의 새로운 접착제를 제공하도록, 지방족 이소시아네이트 및 수평균 분자량이 400g/mol 이상이고 평균 OH 관능가가 2 내지 6인 폴리올로부터 수득가능한 이소시아네이트-관능성 예비중합체, 아미노-관능성 아스파르트산 에스테르를 합성하는 방법을 한국특허공개 제2011-0052573호를 통해 개시한다.
그러나 이들 기술은 주로 의료용 접착제의 성능 개선을 위한 개질에 집중되어 있을 뿐으로, 옥틸시아노아크릴레이트의 중합체의 합성과 합성된 중합체를 분해하여 옥틸시아노아크릴레이트의 단량체를 고순도로 제조하여 기존 방법 대비 원료 및 생산 공정면에서 혁신적인 생산원가 저감을 이룰 수 있는 기술은 포함하고 있지 않다.
이에 본 명세서에 개시된 기술은 알킬 시아노아세테이트로부터 알킬 시아노아크릴레이트 중합체를 제조하고, 이로부터 모노머 타입으로 해분해하는 공정을 일체로 수행할 수 있어 생산 원가를 저감하면서 고순도로 아크릴레이트계 접착제를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서에 개시된 기술의 일 측면에 의하면,
알킬 알코올을 공비가능한 유기용매 중에 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계;
상기 혼합용액에 시아노아세트산(cyanoacetic acid)와 강산을 혼합하고 승온하여 에스테르화 반응을 수행하는 단계;
상기 에스테르화 반응 도중 생성된 물을 공비 증류하여 제거하고 정제 및 건조하여 알킬 시아노아세테이트를 얻는 단계;
상기 알킬 시아노아세테이트, 가교제 및 촉매를 교반하여 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 제조하는 단계;
상기 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 정제하여 조질(crude) 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 얻는 단계; 및
상기 조질 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머;를 탈수제, 중합금지제, 및 안정화제로 이루어진 그룹으로부터 2종 이상 선택된 해중합 촉매하에 반응시켜 모노머 타입 알킬 시아노아크릴레이트를 고순도로 얻는 단계;를 포함하는 접착제의 제조방법을 제공한다.
본 명세서에 개시된 기술의 다른 측면에 의하면,
알킬 알코올을 공비가능한 유기용매 중에 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계;
상기 혼합용액에 시아노아세트산(cyanoacetic acid)와 강산을 혼합하고 승온하여 에스테르화 반응을 수행하는 단계;
상기 에스테르화 반응 도중 생성된 물을 공비 증류하여 제거하고 정제 및 건조하여 알킬 시아노아세테이트를 얻는 단계;
상기 알킬 시아노아세테이트로부터 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 제조하는 단계; 및
상기 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머;와 탈수제, 중합금지제, 및 안정화제로 이루어진 그룹으로부터 2종 이상 선택된 해중합 촉매하에 질소 분위기하에 진공 교반하면서 승온하여 모노머 타입 알킬 시아노아크릴레이트를 고순도로 얻는 단계;를 포함하는 접착제의 제조방법을 제공한다.
본 명세서에 개시된 기술의 다른 측면에 의하면,
알킬 시아노아세테이트, 가교제 및 촉매를 교반하여 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 제조하는 단계;
상기 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 유기용매에 용해시키고 상분리 후 유기층을 감압 증류하여 조질(crude) 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 얻는 단계; 및
상기 조질 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머;와 탈수제, 중합금지제, 및 안정화제로 이루어진 그룹으로부터 2종 이상 선택된 해중합 촉매하에 질소 분위기하에 진공 교반하면서 승온하여 모노머 타입 알킬 시아노아크릴레이트를 고순도로 얻는 단계;를 포함하는 접착제의 제조방법을 제공한다.
본 명세서에 개시된 기술의 다른 측면에 의하면,
상술한 제조방법으로 수득된 고순도 알킬 시아노아크릴레이트로서,
상기 고순도 알킬 시아노아크릴레이트는 순도가 99% 이상으로, 1-옥틸-2-시아노아크릴레이트, n-부틸 시아노아크릴레이트, 2-옥틸 시아노아크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 고순도 알킬 시아노아크릴레이트를 제공한다.
본 명세서에 개시된 기술의 또다른 측면에 의하면,
상술한 고순도 알킬 시아노아크릴레이트를 유효성분으로 포함하는 의료용 접착제로서, 상기 의료용 접착제는 생체 조직간 또는 생체조직과 인공 보철물간 접합, 혹은 접합 보조에 이용되는 것인 의료용 접착제를 제공한다.
본 명세서에 개시된 접착제의 제조방법 및 의료용 접착제에 따르면, 알킬 시아노아크릴레이트 중합체를 알킬 시아노아세테이트로부터 수득한 다음 모노머 타입의 알킬 시아노아세테이트를 고순도이면서 다양한 일체화 방식으로 제공할 수 있다. 따라서 본 명세서에 개시된 기술에 따라 제조된 알킬 시아노아크릴레이트는 종래보다 고순도 제품을 간편하게 제조할 수 있고, 생산성 또한 크게 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 접착제의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다.
도 2는 본 발명에서 제조한 1-옥틸-2-시아노아세테이트에 대한 FT-IR 분석 결과이다.
도 3은 본 발명에서 제조한 1-옥틸-2-시아노아크릴레이트 폴리머의 FT-IR 분석 결과이다.
도 4는 본 발명에서 제조한 최종 제품으로서 모노머 타입의 1-옥틸-2-시아노아크릴레이트에 대한 FT-IR 분석 결과이다.
도 5는 본 발명에서 제조한 1-옥틸 시아노아크릴레이트 폴리머의 열중량 분석(TGA) 결과이다.
도 6은 본 발명에서 제조한 n-부틸 시아노아크릴레이트(블루 표기)의 FT-IR 분석 결과를 시판 제품(레드 표기)의 결과와 대비한 그래프이다.
이하, 본 명세서에 개시된 고순도 알킬 시아노아크릴레이트의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
구체적으로, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 명세서에 개시된 구현예에 대하여 상세하게 설명하고자 하나, 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하에 설명하는 구체적인 예시에 한정되지 않는다. 도면에서 본 명세서에 개시된 기술을 명확하게 설명할 수 있도록 설명과 관련없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 접착제의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다.
도 1을 참조하면, 단계 110으로서, 알킬 알코올을 공비가능한 유기용매(일례로 벤젠, 톨루엔) 중에 혼합하여 혼합용액을 형성한다.
상기 알킬 알코올은 이에 한정하는 것은 아니나, C2 내지 C10의 알코올, 바람직하게는 C4 내지 C8의 알코올을 사용할 수 있다. 구체적으로는 에틸알코올, 프로필알코올, 이소프로필알코올, 1차부틸알코올, 2차부틸알코올, 3차부틸알코올, 1차옥틸알코올, 2차옥틸알코올, 3차옥틸알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 공비가능한 유기용매는 다양한 유기용매를 사용할 수 있으나, 후술하는 공비 증류 단계에서 물과 공비혼합물(azotropic)을 형성하여 물을 제거하는 역할을 수행할 수 있도록, 벤젠 혹은 톨루엔 등을 사용하는 것이 바람직하다.
단계 120으로서, 상기 혼합용액에 시아노아세트산(cyanoacetic acid)와 강산(일례로, H2SO4, p-톨루엔 설폰산)을 혼합하고 승온하여 에스테르화 반응을 수행한다.
상기 시아노아세트산은 사용하는 알킬 알코올의 종류(실제로는 알킬기를 구성하는 탄소수)에 따라 사용량 차이를 보일 수 있으며, 일례로 n-부틸알코올에 대한 시아노아세트산 사용량보다 1차 옥틸알코올, 혹은 2차 옥틸알코올에 대한 시아노아세트산 사용량이 과량일 수 있다.
미리 투입하여 놓은 알킬 알코올과 상기 시아노아세트산 일례로 다음과 같은 반응식에 따라 합성반응을 일으킬 수 있으며, 하기 반응식 또한 본 명세서에서 개시된 기술의 일 구현예에 관한 반응식으로 이에 한정하는 것은 아니다.
Figure pat00001
상기 알킬 알코올과 시아노아세트산의 합성 반응시 촉매를 투입할 수 있으며, 상기 촉매는 개시제 역할을 수행하면서 황을 포함하는 종류를 사용할 수 있다. 특히 에스테스화 반응 효율을 고려할 때 강산을 사용하는 것이 바람직한 것으로, 구체적으로는 황산 또는 파라-톨루엔설폰산 중에서 선택될 수 있다. 상기 파라-톨루엔 설폰산을 촉매로 사용하는 경우, 에스테르화 반응 효율과 불순물 저감 효과뿐 아니라 황산 사용시 발생할 수 있는 유독가스 혹은 폐수 등의 문제를 고려하지 않아도 되므로 바람직할 수 있다.
상기 에스테르화 반응시 가열처리하는 것이 바람직하다. 상기 가열처리 조건은 알킬 알코올의 비등점 이상일 수 있으며, 75 내지 130℃ 범위 내인 것이 바람직하다.
단계 130으로서, 상기 에스테르화 반응 도중 생성된 물을 공비 증류하여 제거하고 정제 및 건조하여 알킬 시아노아세테이트를 얻는다.
상기 공비 증류는 앞서 단계 110에서 개시한 공비가능한 유기 용매의 사용으로 얻어질 수 있고, 필요에 따라서는 해당 공비가능한 유기 용매를 추가하여 물의 제거 효율을 높이는 것도 가능하다.
여기서 정제 및 건조는 당업계에서 통상적으로 사용되는 정제 및 건조 공정을 다양하게 적용할 수 있으므로 별도 기재는 생략한다.
단계 140으로서, 상기 알킬 시아노아세테이트, 가교제 및 촉매를 교반하여 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 제조한다.
상기 폴리머 제조반응은 에놀레이트(enolate)와 같은 우수한 친핵체(good nucleophile)를 생성하고, 이로부터 탄소-탄소 커플링 반응 이후 물을 제거하는 축합반응의 수순으로 수행될 수 있는 것으로 크게는 알돌 축합반응의 일종일 수 있다. 상기 알돌 축합반응은 구체적인 예로 뇌브나젤(knovenagel) 축합반응일 수 있다. 특히 유기용매를 별첨하지 않고 교반을 통하여 고점도의 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 제조함에 일 특징을 갖는다.
상기 알킬 시아노아세테이트는 가교제 및 촉매하에 일례로 다음과 같은 반응식에 따라 알돌 축합(커플링 반응 후 축합반응), 혹은 뇌브나젤(knovenagel) 축합반응을 일으킬 수 있으며, 하기 반응식 또한 본 명세서에서 개시된 기술의 일 구현예에 관한 반응식으로 이에 한정하는 것은 아니다.
Figure pat00002
상기 알돌 축합, 혹은 뇌브나젤 축합반응을 위하여, 가교제를 투입할 수 있으며, 상기 가교제는 탄소-탄소간 커플링 반응을 수행할 수 있다. 구체적으로는 파라포름알데히드, 디메톡시메탄, 크실렌 및 트리옥산으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 상기 가교제의 사용량은 해중합 반응 에스터가 결과 모노머를 오염시키는 문제를 예방하도록 화학양론적 필요량 이상의 현저하게 과량으로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 알돌 축합, 혹은 뇌브나젤 축합반응을 위하여, 촉매를 투입할 수 있으며, 상기 촉매는 개시제 역할을 수행하면서 가급적 질소를 포함하는 종류를 사용할 수 있다. 구체적으로는 피페리딘계 화합물, 퀴놀린계 화합물 혹은 이미다졸계 화합물일 수 있고, 피페리딘계 화합물을 촉매로 사용할 경우 질소에 의한 개시제 역할과 불순물을 저감시키는 효과를 제공할 수 있다. 상기 피페리딘계 화합물은 일례로 피페리디늄 아세테이트, 피페리디늄 클로라이드, 디피페리디늄 포스페이트 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 알돌 축합, 혹은 뇌브나젤 축합반응의 효율을 고려할 때 촉매에 가교제를 투입하여 잘 혼합한 다음 알킬 시아노아세테이트를 순차적으로 투입할 수 있다.
상기 알돌 축합, 혹은 뇌브나젤 축합반응시 장시간 교반 처리하는 것이 바람직하다. 상기 교반처리 조건은 최소 6시간 이상 250rpm 이상으로 실온 조건에서 교반하는 것일 수 있으며, 일례로 6 내지 12시간 동안 250rpm 정도로 실온 조건에서 교반하는 것이 충분한 반응을 수행할 수 있어 바람직하다. 반응 중 습도 조건은 이에 제한하는 것은 아니나, 2 내지 50%, 일례로 10 내지 30% 범위일 수 있다.
단계 150으로서, 상기 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 유기용매에 용해시키고 상분리 후 유기층을 감압 증류하는 방식으로 정제하여 조질(crude) 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 얻는다.
여기서 사용하는 유기용매와 감압 증류는 당업계에서 통상 사용하는 종류 및 기술을 적절히 사용할 수 있는 것으로, 관련 상세한 개시는 생략한다.
단계 160으로서, 상기 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머와 탈수제, 중합금지제, 안정화제 중에서 2종 이상 선택된 해중합 촉매를 질소 분위기하에 진공 교반하면서 승온하는 방식으로 해중합 반응하여 모노머 타입 알킬 시아노아크릴레이트를 고순도로 얻는다.
상기 해중합 반응에 사용되는 촉매는 이에 한정하는 것은 아니나, 폴리인산, 오산화인, 하이드로퀴논으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2종 이상을 사용할 수 있다. 구체적으로는 폴리인산과 오산화인의 배합을 사용하거나 혹은 하이드로퀴논과 오산화인의 배합을 사용할 수 있다.
상기 해중합 반응은 SO2, NO 등의 산성 가스 하에 진공 및 150 내지 260℃ 의 온도 조건에서 수행하는 것이 단량체의 재중합을 방지할 수 있어 바람직하다.
상기 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머는 일례로 다음과 같은 반응식에 따라 해중합반응을 일으킬 수 있으며, 하기 반응식 또한 본 명세서에서 개시된 기술의 일 구현예에 관한 반응식으로 이에 한정하는 것은 아니다.
Figure pat00003
상기 알킬 시아노아크릴레이트의 해중합 반응시, 촉매를 투입할 수 있으며, 상기 촉매는 탈수제 역할과, 중합금지제 역할, 혹은 안정화제 역할을 함께 수행할 수 있는 종류를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 폴리인산, 오산화인, 하이드로퀴논으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2종 이상을 사용할 수 있고 폴리인산과 오산화인의 배합을 사용하거나 혹은 하이드로퀴논과 오산화인의 배합인 것이 바람직하다.
여기서 폴리인산은 안정화제 역할을 병행할 수 있고, 오산화인은 탈수제 역할을 병행할 수 있고, 하이드로퀴논은 중합금지제 역할을 병행할 수 있다.
특히, 상기 단계 120에서 강산으로 파라-톨루엔 설폰산을 사용하고, 이번 단계 160에서 폴리인산을 사용하는 경우, 안정화 효과를 극대화하면서 불순물을 저감시키는 효과를 제공할 수 있다.
상기 해중합 반응시 가열처리하는 것이 바람직하다. 상기 가열처리 조건은 사용되는 촉매의 비등점 이상일 수 있으며, 130 내지 240℃ 범위 내인 것이 바람직하다. 일례로 폴리인산과 오산화인의 배합을 사용한 경우 200℃ 미만 범위, 즉 130 내지 199℃일 수 있고, 하이드로퀴논과 오산화인의 배합을 사용한 경우에는 200℃ 초과 범위, 즉 201 내지 240℃일 수 있다.
상기 해중합은 짧은 벤트관에서 수행되는 것이 바람직한 것으로, 이때 긴 벤트관은 모노머 증기의 프리라디칼 중합을 개시하도록 할 수 있기 때문이다.
상술한 본 발명은 단계 110 내지 단계 160을 순서대로 수행할 수도 있으나, 필요에 따라 적절한 단계만 선별하여 수행하는 것도 가능하다. 즉, 고순도의 알킬 시아노아세테이트가 준비된다면 단계 110 내지 단계 130을 생략한 채 다음과 같은 순서로 수행될 수 있다:
즉, 알킬 시아노아세테이트, 가교제 및 촉매를 교반하여 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 제조하는 단계(단계 140);
상기 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 유기용매에 용해시키고 상분리 후 유기층을 감압 증류하여 조질(crude) 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 얻는 단계(단계 150); 및
상기 조질 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머;와 탈수제, 중합금지, 및 안정화제로 이루어진 그룹으로부터 2종 이상 선택된 해중합 촉매를 질소 분위기하에 진공 교반하면서 승온하여 모노머 타입 알킬 시아노아크릴레이트를 고순도로 얻는 단계(단계 160).
필요에 따라서는, 단계 110부터 단계 130에 의해 고순도의 알킬 시아노아세테이트를 준비한 다음 단계 140는 다른 통상적인 중합 방식을 적용하여 수행하는 등 다음과 같은 순서로 수행할 수도 있다:
즉, 알킬 알코올을 공비가능한 유기용매 중에 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계(단계 110);
상기 혼합용액에 시아노아세트산(cyanoacetic acid)와 강산을 혼합하고 승온하여 에스테르화 반응을 수행하는 단계(단계 120);
상기 에스테르화 반응 도중 생성된 물을 공비 증류하여 제거하고 정제 및 건조하여 알킬 시아노아세테이트를 얻는 단계(단계 130);
상기 알킬 시아노아세테이트를 중합하는 단계(단계 140의 변형); 및
상기 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머;와 탈수제, 중합금지제, 및 안정화제로 이루어진 그룹으로부터 2종 이상 선택된 해중합 촉매를 질소 분위기하에 진공 교반하면서 승온하여 모노머 타입 알킬 시아노아크릴레이트를 고순도로 얻는 단계(단계 160).
본 명세서에 개시한 기술에 따르면, 고순도 알킬 시아노아크릴레이트를 간편한 방법으로 제조할 수 있으며, 상기 고순도 알킬 시아노아크릴레이트는 순도가 99% 이상으로, 1-옥틸-2-시아노아크릴레이트, n-부틸 시아노아크릴레이트, 2-옥틸 시아노아크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 명세서에 개시한 기술에 따르면, 고순도 알킬 시아노아크릴레이트를 유효성분으로 포함하는 의료용 접착제로서, 상기 의료용 접착제는 생체 조직간 또는 생체조직과 인공 보철물간 접합, 혹은 접합 보조에 이용되는 것일 수 있다.
여기서 상기 생체 조직은 이에 제한되는 것은 아니나, 피부, 심근, 관강 장기 및 실질 장기 중 1종 이상일 수 있고, 상기 인공 보철물 또한 이에 제한되는 것은 아니나, 인공 혈관, 지혈재, 골핀 및 봉합사 중 1종 이상일 수 있다.
일례로, 본 명세서에 개시한 기술에 따른 고순도 알킬 시아노아크릴레이트는 탁월한 강도를 갖는 것으로 용융 방사 혹은 압축 방사하여 봉합사로 제조할 수 있으며, 필요에 따라서는 골 대체재로도 적용 가능하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위하여 설명하는 것으로, 이에 한정하는 것은 아니다.
<실시예 1>
제조예 1. 1-옥틸-2-시아노아세테이트의 제조
도 1의 단계 110으로서, 1리터 둥근 바닥 플라스크에서, 1-옥탄올 136g을 톨루엔 350g에 혼합한 다음 상기 플라스크를 히팅 맨틀에 넣고 마그네틱 스터러 상에 유지시켰으며, 상기 혼합물을 80℃에서 가혹하게 교반하여 혼합 용액을 형성하였다.
도 1의 단계 120으로서, 상기 플라스크에 2-시아노아세트산 86g과 p-톨루엔 설폰산 0.5g을 서서히 첨가하고, 상기 플라스크에 트랩과 염화칼슘 가이드관을 통하여 물 응축기를 연결하였다. 온도를 125℃까지 승온시켜 에스테르화 반응을 수행하였다.
도 1의 단계 130으로서, 상기 에스테르화 반응 도중 형성된 물은 공비 혼합물(azeotrope)을 형성하여 제거하면서, 수집된 물 총량이 17mL가 될 때까지 공비 증류를 계속하였다. 이어 증류를 중지하고 플라스크를 실온까지 냉각하였다. 플라스크 내용물을 뷰흐너 깔때기로 여과하고, 여과액을 1리터 분별 깔때기를 이용하여 10% 탄산수소나트륨 용액과 물로 각각 3차례 추출하였다. 얻어진 유기층을 12시간 동안 무수 황산마그네슘 상에서 건조시켰다. 그런 다음 톨루엔을 85℃에서 회전 증발로 제거하였다. 결과 1-옥틸-2-시아노아세테이트를 FT-IR 분광광도계로 분석하고 결과를 도 2에 도시하였다.
제조예 2. 1-옥틸-2-시아노아크릴레이트 폴리머의 중합
도 1의 단계 140을 수행하기에 앞서, 다음과 같이 촉매를 제조하였다. 즉 아세트산 2g을 250mL 플라스틱 병에 투입하고, 피페리딘 1.7g을 진탕하면서 투입하여 백색 피페리디늄 아세테이트 염을 형성하였다.
그런 다음 도 1의 단계 140으로서, 앞서 준비된 촉매에 가교제로서 수성 포르말린 17.5g을 첨가하고 20℃, 220 rpm에서 기계적 교반 하에 유지하면서, 상기 제조예 1에서 준비한 1-옥틸-2-시아노아세테이트 40g을 서서히 점적 투입하고 고점도의 백색 1-옥틸-2-시아노아크릴레이트 폴리머가 형성될 때까지 동일한 온도에서 연속하여 교반을 수행하였다.
제조예 3. 모노머 타입 1-옥틸-2-시아노아크릴레이트로의 촉매 해중합
도 1의 단계 150으로서, 아세톤과 n-헥산의 1:3 혼합물에 상기 제조예 2에서 준비한 폴리머를 용해시키고, 500mL 분별깔때기를 이용하여 10% 탄산수소나트륨 용액 및 물로 각각 3 회 추출하였다.얻어진 클린 유기층은 250mL 이중넥 플라스크에 옮기고 50℃에서 감압 증류한 다음, 110℃일 때 용매와 물 및 미반응 모노머를 제거하였다. 용융된 폴리머 소적을 제거하고 실온 냉각한 다음 FT-IR 분광광도계로 분석하고 결과를 도 3에 나타내었다.
1-옥틸 시아노아크릴레이트 폴리머의 열중량(TGA) 분석결과를 도 5에 나타내었다. 도 5를 참조하면, 150~225℃의 중량 손실은 미반응 1-옥틸 시아노아세테이트에 따른 것이며, 225~300℃의 정상 중량 손실은 중합체가 모노머로 분해됨에 따른 것이다.
제조예 4. 1-옥틸-시아노아크릴레이트의 분리
도 1의 단계 160으로서, 질소 40ml/min를 플라스크의 목 부분을 통과시키고 폴리인산 0.5g과 오산화인 3~5g은 플라스크의 다른 목 부에 첨가하였다. 상기 플라스크를 진공 증류설비에 신속히 연결하고, 응축기는 해중합 반응도중 공기 접촉없이 모노머의 수집을 촉진할 수 있도록 설계된 리시버에 연결하였다.
상기 폴리머는 온화한 진공 조건 100mm/Hg 하에 교반하면서 5분간 유지하고, 온도를 서서히 135℃까지 올렸다. 상기 응축기를 통해 모노머의 효과적인 냉각을 수행하게끔 급냉시킨 에탄올을 순환시켰다. 증류 후, 급냉을 정지하고 질소를 통과시킨 다음 플라스크를 실온까지 냉각하였다.
모노머를 함유하는 리시버 플라스크를 공기 흐름 없이 연결을 끊고 아르곤 글로브 박스로 옮겨 저장하였다. 상기 모노머는 FT-IR 분광광도계로 측정하고 결과를 도 4에 나타내었다.
<실시예 2>
제조예 1. n-부틸 시아노아크릴레이트의 제조:
상기 실시예 1의 제조예 1에서, 89.68g n-부탄올과 톨루엔 300g을 사용하고, 단계 120으로서 80℃에서 시아노아세트산 100g과 혼합하고, 0.36g p-톨루엔 설폰산을 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 반복하였다.
제조예 2. n-부틸 시아노아크릴레이트 폴리머의 제조
상기 제조예 1의 2-옥틸시아노아세테이트 100g 및 포르말린 60.23g을 30분간 N2로 19℃에서 250rpm 하에 격렬하게 교반하면서 탈기하였다. 이어서 피페리딘 0.2g을 첨가하고 6시간 계속 교반하여 고점도 고분자를 수득하였다.
톨루엔 50g을 교반하면서 첨가하고, 30분 후 혼합물을 상분리 때까지 방치하였다. 하단 수층을 사이펀 배기(siphone out)하고 남은 유기층 내 톨루엔을 120 ℃에서 진공 증류에 의해 제거하였다.
제조예 3~4. 폴리(n-부틸 시아노아크릴레이트)의 촉매 해중합/분리
P2O5 5g 및 하이드로퀴논 0.5g을 상기 고분자에 125℃에서 첨가하고 온도를 천천히 200℃까지 올렸다. 모노머 타입의 n-부틸-시아노아크릴레이트를 85℃ 이상에서 수집하였다.
수득된 모노머를 FT-IR로 분석하고 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6을 참고하면, n-부틸 시아노아크릴레이트(시판 제품(레드 표기) 및 본건 샘플(블루 표기)를 대비한 FT-IR 그래프로서 거의 일치된 결과를 확인할 수 있다.
<실시예 3>
제조예 1. 2-옥틸 시아노아크릴레이트의 제조
상기 실시예 1의 제조예 1에서 2-옥탄올 130g 및 톨루엔 300g을 80℃에서 시아노아세트산 86g과 혼합하고, 0.36g p-톨루엔 설폰산을 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 반복하였다.
제조예 2. 2-옥틸 시아노아크릴레이트 폴리머의 제조
2-옥틸시아노아세테이트 100g과 포르말린 45g을 30 분간 N2에서 19℃ 하에 250rpm으로 격렬하게 교반하면서 탈기하였다. 이어서 피페리딘 0.2g을 첨가하고 12시간 계속 교반하여 고점도 고분자를 수득하였다. 톨루엔 50g을 교반하면서 첨가하고, 30분 후 혼합물을 상분리 때까지 방치하였다. 하단 수층을 사이펀 배기(siphone out)하고 남은 유기층에서 톨루엔을 120℃에서 진공 증류에 의해 제거하였다.
제조예 3. 2-옥틸 시아노아크릴레이트 폴리머의 촉매 해중합/분리
P2O5 5g 및 하이드로퀴논 0.5g을 125℃에서 상기 고분자에 첨가하고, 온도를 235℃까지 서서히 올렸다. 모노머 타입의 2-옥틸 시아노 아크릴레이트를 95℃에서 수집하고, FT-IR로 분석하였다.
결과적으로, 본 명세서에 개시된 기술에 따라 알킬 시아노아세테이트 합성, 변형된 알돌 축합반응과 촉매 해중합 반응을 순차적으로 수행한 실험예에 따르면 고순도의 알킬 시아노아크릴레이트를 간편하게 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims (10)

  1. 알킬 알코올을 공비가능한 유기용매 중에 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계;
    상기 혼합용액에 시아노아세트산(cyanoacetic acid)와 강산을 혼합하고 승온하여 에스테르화 반응을 수행하는 단계;
    상기 에스테르화 반응 도중 생성된 물을 공비 증류하여 제거하고 정제 및 건조하여 알킬 시아노아세테이트를 얻는 단계;
    상기 알킬 시아노아세테이트, 가교제 및 촉매를 교반하여 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 제조하는 단계;
    상기 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 정제하여 조질(crude) 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 얻는 단계; 및
    상기 조질 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머;를 탈수제, 중합금지제, 및 안정화제로 이루어진 그룹으로부터 2종 이상 선택된 해중합 촉매하에 반응시켜 모노머 타입 알킬 시아노아크릴레이트를 고순도로 얻는 단계;를 포함하는 접착제의 제조방법.
  2. 알킬 알코올을 공비가능한 유기용매 중에 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계;
    상기 혼합용액에 시아노아세트산(cyanoacetic acid)와 강산을 혼합하고 승온하여 에스테르화 반응을 수행하는 단계;
    상기 에스테르화 반응 도중 생성된 물을 공비 증류하여 제거하고 정제 및 건조하여 알킬 시아노아세테이트를 얻는 단계;
    상기 알킬 시아노아세테이트로부터 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 제조하는 단계; 및
    상기 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머;와 탈수제, 중합금지제, 및 안정화제로 이루어진 그룹으로부터 2종 이상 선택된 해중합 촉매하에 질소 분위기하에 진공 교반하면서 승온하여 모노머 타입 알킬 시아노아크릴레이트를 고순도로 얻는 단계;를 포함하는 접착제의 제조방법.
  3. 알킬 시아노아세테이트, 가교제 및 촉매를 교반하여 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 제조하는 단계;
    상기 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 유기용매에 용해시키고 상분리 후 유기층을 감압 증류하여 조질(crude) 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머를 얻는 단계; 및
    상기 조질 알킬 시아노아크릴레이트 폴리머;와 탈수제, 중합금지제, 및 안정화제로 이루어진 그룹으로부터 2종 이상 선택된 해중합 촉매하에 질소 분위기하에 진공 교반하면서 승온하여 모노머 타입 알킬 시아노아크릴레이트를 고순도로 얻는 단계;를 포함하는 접착제의 제조방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알킬 알코올은 에틸알코올, 프로필알코올, 이소프로필알코올, 1차부틸알코올, 2차부틸알코올, 3차부틸알코올, 1차옥틸알코올, 2차옥틸알코올, 및 3차옥틸알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 접착제의 제조방법.
  5. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공비가능한 유기용매는 이후 공비 증류시 물을 제거하도록, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 접착제의 제조방법.
  6. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강산은 H2SO4 및 파라-톨루엔 술폰산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 접착제의 제조방법.
  7. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가교제는 파라포름알데히드, 디메톡시메탄, 크실렌, 및 트리옥산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것인 접착제의 제조방법.
  8. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매는 피페리딘계 화합물, 퀴놀린계 화합물, 또는 이미다졸계 화합물인 접착제의 제조방법.
  9. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항의 방법으로 수득된 고순도 알킬 시아노아크릴레이트로서,
    상기 고순도 알킬 시아노아크릴레이트는 순도가 99% 이상으로, 1-옥틸-2-시아노아크릴레이트, n-부틸 시아노아크릴레이트, 2-옥틸 시아노아크릴레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 고순도 알킬 시아노아크릴레이트.
  10. 제9 항에 따른 고순도 알킬 시아노아크릴레이트를 유효성분으로 포함하는 의료용 접착제로서,
    상기 의료용 접착제는 생체 조직간 또는 생체조직과 인공 보철물간 접합, 혹은 접합 보조에 이용되는 것인 의료용 접착제.
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