KR20220155918A - 수지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20220155918A
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Abstract

본 출원은 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 수지, 이의 제조방법, 이를 포함하는 수지 조성물 및 상기 수지 조성물을 포함하는 성형품에 관한 것이다.

Description

수지 및 이의 제조방법{RESIN AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 출원은 2021년 5월 17일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2021-0063567호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 수지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고굴절율 및 고투명성의 수지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
광학 재료의 굴절율이 높으면 동일한 수준의 보정을 달성하는데 필요로 하는 광학 렌즈의 두께는 얇아진다. 이에 따라, 광학 재료의 굴절율이 높을수록 보다 얇고 가벼운 렌즈의 제조가 가능하게 되어, 렌즈가 사용되는 각종 기기의 소형화가 가능하다.
일반적으로 광학 재료의 굴절율이 높아지면 아베수(Abbe's Number)가 낮아지는 문제가 있으며, 또한 광학 재료로의 사용을 위하여, 일정 수준 이상의 투명성이 요구된다.
한국 공개특허공보 제10-2020-0034523호
본 발명의 일 실시상태는 신규한 구조의 수지 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 하나의 실시상태는 신규한 구조의 수지를 포함하는 조성물 및 이 조성물로 제조된 성형품을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 수지를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
R1 및 R2은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기이고,
r1은 0 내지 4의 정수이고, r1이 2 이상인 경우 2 이상의 R1은 서로 같거나 상이하고,
r2는 0 내지 4의 정수이며, r2가 2 이상인 경우 2 이상의 R2는 서로 같거나 상이하며,
L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이고,
L은 직접결합; 또는 -CO-L'-이고,
L'는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
X1 내지 X4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 O; 또는 S이며,
Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기이고,
a 및 b는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이며, a 및 b가 각각 2 이상인 경우 각 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
*은 수지의 주쇄에 연결되는 부위를 의미한다.
본 발명의 일 실시상태는 하기 화학식 1a로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1a]
Figure pat00002
상기 화학식 1a에 있어서,
R1 및 R2은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기이고,
r1은 0 내지 4의 정수이고, r1이 2 이상인 경우 2 이상의 R1은 서로 같거나 상이하고,
r2는 0 내지 4의 정수이며, r2가 2 이상인 경우 2 이상의 R2는 서로 같거나 상이하며,
L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이고,
X1 내지 X4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 O; 또는 S이며,
Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기이고,
a 및 b는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이며, a 및 b가 각각 2 이상인 경우 각 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하다.
본 발명의 일 실시상태는 하기 화학식 1a로 표시되는 화합물; 및 폴리에스터 전구체 또는 폴리카보네이트 전구체를 포함하는 수지 제조용 조성물을 중합하는 단계를 포함하는 상기 수지의 제조방법을 제공한다.
[화학식 1a]
Figure pat00003
상기 화학식 1a에 있어서, R1, R2, r1, r2, L1, L2, X1 내지 X4, Z1, Z2, a 및 b의 정의는 상기 화학식 1에서의 정의와 같다.
본 발명의 또 하나의 실시상태는 전술한 실시상태에 따른 수지를 포함하는 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 또 하나의 실시상태는 전술한 실시상태에 따른 수지 조성물을 포함하는 성형품을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태들에 따른 수지는 높은 굴절율 및 높은 투명성을 갖는다.
본 발명의 일 실시상태들에 따른 수지를 이용함으로써, 우수한 광학 렌즈를 얻을 수 있다.
이하에서 구체적인 실시상태들에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 같거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 할로겐기; 니트로기(NO2); 니트릴기(CN); 알킬기; 시클로알킬기; 아릴기; 및 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 치환기로 치환되었거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다.
본 명세서에서 *은 다른 구조에 결합 부위를 의미한다.
본 명세서에서, 시클로알킬렌기는 단환식 또는 다환식 시클로알킬렌기일 수 있다. 구체적으로, 시클로알킬렌기는 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기; 탄소수 6 내지 18의 단환식 또는 다환식 시클로알킬렌기; 또는 탄소수 6 내지 12의 단환식 또는 다환식 시클로알킬렌기일 수 있다. 보다 구체적으로, 시클로알킬렌기는 단환식 시클로알킬렌으로서 사이클로펜틸렌기, 사이클로헵실렌기, 또는 사이클로헵틸렌기 등의 지환족 탄화수소 유래의 2가기 등일 수 있고, 다환식 시클로알킬렌기로서 2가의 아다만탄-디일기, 2가의 노르보난-디일기 등일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 시클로알킬렌기는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 또는 할로겐기로 1 이상 치환되거나 또는 치환되지 않을 수 있다.
본 명세서에서, 시클로알킬기는 2가기가 아니고 1가기인 것을 제외하고는 시클로알킬렌기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 알킬렌기는 탄소수 1 내지 30, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 10, 또는 탄소수 1 내지 5의 지방족 탄화수소 유래의 2가기로서, 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기일 수 있다. 알킬렌기의 구체적인 예로는 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, n-프로필렌기, 이소프로필렌기, 부틸렌기, n-부틸렌기, 이소부틸렌기, tert-부틸렌기, sec-부틸렌기, 1-메틸-부틸렌기, 1-에틸-부틸렌기, 펜틸렌기, n-펜틸렌기, 이소펜틸렌기, 네오펜틸렌기, tert-펜틸렌기, 헥실렌기, n-헥실렌기, 1-메틸펜틸렌기, 2-메틸펜틸렌기, 4-메틸-2-펜틸렌기, 3,3-디메틸부틸렌기, 2-에틸부틸렌기, 헵틸렌기, n-헵틸렌기, 1-메틸헥실렌기, 옥틸렌기, n-옥틸렌기, tert-옥틸렌기, 1-메틸헵틸렌기, 2-에틸헥실렌기, 2-프로필펜틸렌기, n-노닐렌기, 2,2-디메틸헵틸렌기, 1-에틸-프로필렌기, 1,1-디메틸-프로필렌기, 이소헥실렌기, 2-메틸펜틸렌기, 4-메틸헥실렌기, 5-메틸헥실렌기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, 알킬기는 2가기가 아니고 1가기인 것을 제외하고는 알킬렌기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에서, 다른 한정이 없는 한, 알킬기는 직쇄 알킬기, 및 분지쇄 알킬기를 포함한다.
본 명세서에 있어서, 아릴렌기는 단환식 또는 다환식 아릴렌기일 수 있으며, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하며, 탄소수 6 내지 20일 수 있다. 구체적으로 단환식 아릴렌기로는 페닐렌기, 바이페닐릴렌기, 터페닐릴렌기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아릴렌기가 다환식 아릴렌기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 10 내지 30인 것이 바람직하며, 탄소수 10 내지 20일 수 있다. 구체적으로 다환식 아릴렌기로는 나프틸렌기, 2가의 안트라센기, 2가의 페난트렌기, 2가의 트리페닐렌기, 2가의 파이렌기, 2가의 파이렌기, 2가의 페릴렌기, 2가의 크라이센기, 2가의 플루오렌기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 아릴기는 2가기가 아니고 1가기인 것을 제외하고는 아릴렌기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함한다. 상기 헤테로아릴기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하며, 탄소수 1 내지 20일 수 있다. 상기 헤테로아릴기는 단환식 또는 다환식일 수 있다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 디벤조퓨란기, 디벤조티오펜기, 벤조티오펜기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 피리딘기, 바이피리딘기, 피리미딘기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딘기, 피리다진기, 피라진기, 퀴놀린기, 퀴나졸린기, 퀴녹살린기, 프탈라진기, 피리도 피리미딘기, 피리도 피라진기, 피라지노 피라진기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 헤테로아릴렌기는 1가기가 아니고 2가기인 것을 제외하고는 헤테로아릴기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기는 플루오로기, 클로로기, 브로모기, 또는 아이오도기이다.
본 명세서에서, 2가 지방족 탄화수소기는 전술한 알킬렌기, 시클로알킬렌기 등을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 지방족 고리는 전술한 시클로알킬렌기의 설명이 적용될 수 있고, 방향족 고리는 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기의 설명이 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 수지를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00004
상기 화학식 1에 있어서,
R1 및 R2은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기이고,
r1은 0 내지 4의 정수이고, r1이 2 이상인 경우 2 이상의 R1은 서로 같거나 상이하고,
r2는 0 내지 4의 정수이며, r2가 2 이상인 경우 2 이상의 R2는 서로 같거나 상이하며,
L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이고,
L은 직접결합; 또는 -CO-L'-이고,
L'는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
X1 내지 X4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 O; 또는 S이며,
Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기이고,
a 및 b는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이며, a 및 b가 각각 2 이상인 경우 각 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
*은 수지의 주쇄에 연결되는 부위를 의미한다.
로런츠-로렌츠의 식(Lorentz-Lorenz's formula)에 의하여 알려져 있는 분자 구조와 굴절률의 관계식으로부터, 분자의 전자 밀도를 높이며, 분자 체적을 줄임으로써, 분자로 구성되는 물질의 굴절률이 높아짐을 알 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 수지는 상기 화학식 1의 코어 구조인 스피로비플루오렌을 포함함으로써 패킹성을 증가시키고, 상기 L1 및 L2가 치환 또는 비치환된 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기임으로써, 상기 화학식 1의 코어 구조인 스피로비플루오렌의 전자 밀도가 높아져 수지의 굴절율을 향상시킬 수 있다.
만약, 상기 L1 및 L2 외에 R1, R2가 아릴기 또는 헤테로아릴기와 같은 방향족 치환기가 더 치환되는 경우, 열가소성 수지가 아닌 열경화성 수지가 제조될 수 있어 본 발명에서 제공하고자하는 수지로는 바람직하지 않다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 수소이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 20의 헤테로아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 헤테로아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 10의 헤테로아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 바이페닐릴렌기; 치환 또는 비치환된 나프틸렌기; 치환 또는 비치환된 2가의 디벤조퓨란기; 치환 또는 비치환된 2가의 플루오렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 티오페닐기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 페닐렌기; 바이페닐릴렌기; 나프틸렌기; 2가의 디벤조퓨란기; 2가의 디메틸플루오렌기; 또는 2가의 티오페닐기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 페닐렌기; 나프틸렌기; 또는 2가의 디벤조퓨란기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 직접결합이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 -CO-L'-이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L'는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L'는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L'는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L'는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L'는 페닐렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1 내지 X4는 O이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1 내지 X4는 S이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 메틸렌기; 치환 또는 비치환된 에틸렌기; 치환 또는 비치환된 프로필렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헥실렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 메틸렌기; 에틸렌기; 프로필렌기; 또는 헥실렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Z1 및 Z2는 에틸렌기이다.
본 발명에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00005
상기 화학식 1-1에 있어서, 각 치환기의 정의는 상기 화학식 1에서와 같다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 수지는 말단기로 -OH; -SH; -CO2CH3; 또는 -OC6H5 를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 수지의 중량평균 분자량은 10,000 g/mol 내지 200,000 g/mol 이며, 바람직하게는 15,000 g/mol 내지 100,000 g/mol 또는 20,000 g/mol 내지 50,000 g/mol이다. 더욱 바람직하게는 25,000 g/mol 내지 40,000 g/mol 또는 25,500 g/mol 내지 27,100 g/mol이다.
상기 수지가 전술한 중량평균 분자량 범위를 만족하는 경우, 상기 수지는 최적의 유동성과 가공성을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 수지 및 이의 제조에 사용되는 올리고머의 중량평균 분자량(Mw)은 Agilent 1200 series를 이용하여, 폴리스티렌 표준(PS standard)을 이용한 겔 투과 크로마토그래피(gel permeation chromatograph; GPC)로 측정할 수 있다. 구체적으로는 Polymer Laboratories PLgel MIX-B 300mm 길이 칼럼을 이용하여 Agilent 1200 series기기를 이용하여 측정할 수 있으며, 이때 측정 온도는 40℃이고, 사용 용매는 테트라하이드로퓨란(THF)이며, 유속은 1mL/min이다. 수지 또는 올리고머의 샘플은 각각 10mg/10mL의 농도로 조제한 후, 10 μL 의 양으로 공급하고, 폴리스티렌 표준을 이용하여 형성된 검정 곡선을 이용하여 Mw 값을 유도한다. 이때 폴리스티렌 표준품의 분자량(g/mol)은 2,000 / 10,000 / 30,000 / 70,000 / 200,000 / 700,000 / 2,000,000 / 4,000,000 / 10,000,000의 9종을 사용한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 수지의 유리전이온도(Tg)는 200℃ 내지 250℃일 수 있다. 바람직하게는 205℃ 내지 240℃일 수 있고, 더욱 바람직하게는 208℃ 내지 236℃일 수 있다. 상기 수지가 상기 유리전이온도 범위를 만족하는 경우, 내열성 및 사출성이 우수하며, 전술한 범위와는 다른 유리전이온도를 가지는 수지와 혼합하여 수지 조성물을 제조할 때, 유리전이온도의 조절이 용이하여 본 발명에서 목적하는 물성을 만족시킬 수 있다.
상기 유리전이온도(Tg)는 시차주사열량계(DSC)로 측정할 수 있다. 구체적으로, 상기 유리전이온도는 5.5mg 내지 8.5mg의 상기 수지 시료를 질소 분위기 하에 270℃까지 가열한 다음 냉각 후 두 번째 가열 시 10℃/min의 승온 속도로 가열하며 스캔하여 얻은 그래프로부터 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 수지의 파장 589 nm에서 측정된 굴절률이 1.68 내지 1.75이다. 상기 굴절률은 바람직하게 1.689 내지 1.721일 수 있다. 상기 수지가 상기 굴절률을 만족하는 경우, 이를 광학 렌즈와 같은 성형품에 적용할 때 얇고 가벼운 광학 렌즈의 제조가 가능하다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 수지의 파장 589 nm, 486nm, 656nm에서 측정 및 계산된 아베수는 10 내지 20일 수 있다. 바람직하게 12 내지 16일 수 있다. 더욱 바람직하게는 13.1 내지 14.3 일수 있다. 상기 수지가 상기 아베수 범위를 만족하는 경우, 높은 굴절률을 유지하면서도 상기 수지를 광학 렌즈와 같은 성형품에 적용할 때 분산이 적으며 선명도가 높아지는 효과가 있다. 상기 아베수는 구제적으로 20℃에서 D(589 nm), F(486 nm), C(656 nm)파장에서의 굴절률(nD, nF, nC)을 각각 측정하여 아래의 계산식에 의해 아베수를 얻을 수 있다.
아베수=(nD-1)/(nF - nC)
상기 굴절률 및 아베수 측정은 상기 수지를 용매에 용해하여 제조한 용액을 실리콘 웨이퍼에 스핀코팅(spin-coating)으로 도포하여 제조된 막으로부터 수행될 수 있으며, 도포된 막을 20℃에서 타원계(ellipsometer)를 이용하여 빛의 파장에 따른 결과값을 얻어 측정할 수 있다. 상기 스핀코팅에 의한 도포는 150 rpm 내지 300 rpm의 회전 속도에서 수행될 수 있고, 상기 도포된 막의 두께는 5㎛ 내지 20㎛일 수 있다. 상기 실리콘 웨이퍼는 특별히 제한되지 않으며, 본 발명에 따른 수지 조성물의 굴절률 및 아베수를 측정할 수 있는 것이라면 적절히 채용될 수 있다. 상기 용매는 디메틸아세트아마이드 또는 1,2-디클로로벤젠일 수 있고, 상기 용액은 용액 총 중량 기준 상기 수지 시료를 10 중량%로 용해하여 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 하기 화학식 1a로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1a]
Figure pat00006
상기 화학식 1a에 있어서,
R1 및 R2은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기이고,
r1은 0 내지 4의 정수이고, r1이 2 이상인 경우 2 이상의 R1은 서로 같거나 상이하고,
r2는 0 내지 4의 정수이며, r2가 2 이상인 경우 2 이상의 R2는 서로 같거나 상이하며,
L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이고,
X1 내지 X4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 O; 또는 S이며,
Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기이고,
a 및 b는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이며, a 및 b가 각각 2 이상인 경우 각 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하다.
본 발명의 일 실시상태는 하기 화학식 1a로 표시되는 화합물; 및 폴리에스터 전구체 또는 폴리카보네이트 전구체를 포함하는 수지 제조용 조성물을 중합하는 단계를 포함하는 상기 수지의 제조방법을 제공한다.
[화학식 1a]
Figure pat00007
상기 화학식 1a에 있어서, R1, R2, r1, r2, L1, L2, X1 내지 X4, Z1, Z2, a 및 b의 정의는 상기 화학식 1에서의 정의와 같다.
본 발명의 일 실시상태는 바람직하게 상기 화학식 1a로 표시되는 화합물 및 상기 폴리에스터 전구체를 포함하는 수지 제조용 조성물을 중합하는 단계를 포함하는 상기 수지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 바람직하게 상기 화학식 1a로 표시되는 화합물 및 상기 폴리카보네이트 전구체를 포함하는 수지 제조용 조성물을 중합하는 단계를 포함하는 상기 수지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 화학식 1a로 표시되는 화합물; 및 폴리에스터 전구체 또는 폴리카보네이트 전구체를 포함하는 수지 제조용 조성물을 제공한다.
상기 수지 제조용 조성물은 용매를 더 포함할 수 있다.
상기 용매는 예컨대, 디페닐에터, 디메틸아세트아마이드 또는 메탄올일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 당 기술분야에서 적용되는 것들이 적절히 채용될 수 있다.
상기 용매는 상기 수지 제조용 조성물 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 60 중량부로 포함될 수 있다.
상기 용매는 상기 수지 제조용 조성물 100 중량부에 대하여 바람직하게 5 중량부 내지 50 중량부, 10 중량부 내지 40 중량부 또는 10 중량부 내지 30 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1a로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00008
Figure pat00009
.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1a로 표시되는 화합물은 상기 수지 제조용 조성물 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 99 중량부로 포함될 수 있다.
상기 화학식 1a로 표시되는 화합물은 상기 수지 제조용 조성물 100 중량부에 대하여 바람직하게 1 내지 60 중량부, 1 내지 50 중량부, 1 내지 40 중량부, 1 내지 30 중량부 또는 1 내지 20 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴리에스터 전구체 또는 폴리카보네이트 전구체는 상기 수지 제조용 조성물 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 20 중량부로 포함될 수 있다.
상기 폴리에스터 전구체 또는 폴리카보네이트 전구체는 상기 수지 제조용 조성물 100 중량부에 대하여 바람직하게 1 내지 18 중량부, 1 내지 16 중량부, 1 내지 14 중량부, 1 내지 12 중량부 또는 1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
상기 화학식 1a로 표시되는 화합물은 하기 반응식에 따라 제조될 수 있다.
[반응식]
Figure pat00010
상기 반응식에 있어서, 치환기의 정의는 전술한 화학식 1a에서의 정의와 같다.
상기 반응식에서는 특정위치에 특정 치환기가 결합된 화합물을 합성하는 과정을 예시하였으나, 당 기술분야에 알려져있는 출발물질, 중간물질 등을 이용하여 당 기술분야에 알려져있는 합성방법에 의하여 상기 화학식 1a의 범위에 해당하는 단위를 합성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리에스터 전구체는 하기 화학식 A로 표시되고, 상기 폴리카보네이트 전구체는 하기 화학식 B로 표시될 수 있다.
[화학식 A]
Figure pat00011
[화학식 B]
Figure pat00012
상기 화학식 A 및 B에 있어서,
Ra1, Ra2, Rb1 및 Rb2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
L'은 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
a1, a2, b1 및 b2는 각각 0 또는 1이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ra1, Ra2, Rb1 및 Rb2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ra1, Ra2, Rb1 및 Rb2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ra1, Ra2, Rb1 및 Rb2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 12의 아릴기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ra1, Ra2, Rb1 및 Rb2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 클로로기; 치환 또는 비치환된 메틸기; 치환 또는 비치환된 에틸기; 또는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ra1, Ra2, Rb1 및 Rb2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 클로로기; 메틸기; 히드록시기로 치환된 에틸기; 또는 페닐기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ra1 및 Ra2는 클로로기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ra1 및 Ra2는 메틸기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ra1 및 Ra2는 히드록시기로 치환된 에틸기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rb1 및 Rb2는 클로로기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rb1 및 Rb2는 페닐기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L'은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L'은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L'은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 12의 아릴렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L'은 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 L'은 페닐렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 a1은 0이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 a2은 0이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 b1은 0이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 b2은 0이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 a1은 1이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 a2은 1이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 b1은 1이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 b2은 1이다.
상기 폴리카보네이트 전구체는 필요에 따라 추가의 공단량체를 연결하는 역할을 하는 것으로, 상기 화학식 B로 표시되는 화합물 외에 적용될 수 있는 다른 구체적인 예로는 포스겐, 트리포스겐, 디포스겐, 브로모포스겐, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디부틸 카보네이트, 디시클로헥실 카보네이트, 디토릴 카보네이트, 비스(클로로페닐) 카보네이트, m-크레실 카보네이트, 디나프틸카보네이트, 비스(디페닐) 카보네이트 또는 비스할로포르메이트 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 화학식 1a로 표시되는 화합물과 상기 화학식 A의 폴리에스터 전구체 또는 상기 화학식 B의 폴리카보네이트 전구체를 중합함으로써 전술한 화학식 1의 단위로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 수지는 상기 화학식 1a로 표시되는 화합물과 상기 화학식 A의 폴리에스터 전구체로부터 중합되는 것이 바람직하다.
상기 화학식 1a로 표시되는 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 수지를 구성하는 전체 단량체 100 몰부 대비 1 몰부 내지 60 몰부로 사용될 수 있다.
상기 화학식 A로 표시되는 폴리에스터 전구체 또는 상기 화학식 B로 표시되는 폴리카보네이트 전구체는 상기 수지를 구성하는 상기 화학식 1a로 표시되는 화합물 전체 단량체 100 몰부 대비 50 몰부 내지 150 몰부로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 수지의 중합은 당 기술분야에 알려져 있는 방법이 이용될 수 있다.
상기 중합은 용융 중축합법으로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 용융 중축합법은 상기 수지 제조용 조성물을 사용하여, 필요에 따라 촉매를 더 적용할 수 있고, 가열 하에서, 추가로 상압 또는 감압 하에서, 에스터 교환 반응에 의해 부생성물을 제거하면서 용융 중축합을 수행하는 것일 수 있다. 상기 촉매는 당 기술분야에 일반적으로 적용되는 물질이 채용될 수 있다.
구체적으로 상기 용융 중축합법은 상기 화학식 1a로 표시되는 화합물; 및 상기 폴리에스터 전구체 또는 상기 폴리카보네이트 전구체를 반응 용기 중에서 용융 후, 부생하는 화합물을 체류시킨 상태에서, 반응을 실시하는 것이 바람직하다.
상기 부생하는 화합물을 체류시키기 위해서, 반응 장치를 폐색하거나, 감압하거나 가압하는 등 압력을 제어할 수 있다.
이 공정의 반응 시간은, 20 분 이상 600 분 이하이고, 바람직하게는 40 분 이상 450 분 이하, 더욱 바람직하게는 60 분 이상 300 분 이하이다.
이 때, 부생하는 화합물을 생성 후 곧바로 증류 제거하면, 최종적으로 얻어지는 수지는 고분자량체의 함유량이 적다. 그러나 부생하는 모노하이드록시 화합물을 반응 용기 중에 일정 시간 체류시키면, 최종적으로 얻어지는 수지는 고분자량체의 함유량이 많은 것이 얻어진다.
상기 용융 중축합법은, 연속식으로 실시해도 되고 또한 배치식으로 실시해도 된다. 반응을 실시하는 데에 있어서 사용되는 반응 장치는, 닻형 교반 날개, 맥스 블렌드 교반 날개, 헤리칼 리본형 교반 날개 등을 장비한 종형일 수 있고, 패들 날개, 격자 날개, 안경 날개 등을 장비한 횡형일 수 있으며, 스크루를 장비한 압출기형일 수 있다. 또한, 중합물의 점도를 감안하여 이들 반응 장치를 적절히 조합한 반응 장치를 사용하는 것이 바람직하게 실시된다.
본 발명에 사용되는 수지의 제조 방법에서는, 중합 반응 종료 후, 열 안정성 및 가수 분해 안정성을 유지하기 위하여, 촉매를 제거 또는 실활시켜도 된다. 당 기술분야에서 공지된 산성 물질의 첨가에 의한 촉매의 실활을 실시하는 방법을 바람직하게 실시할 수 있다.
상기 산성 물질로는 예컨대, 벤조산부틸 등의 에스테르류, p-톨루엔술폰산 등의 방향족 술폰산류; p-톨루엔술폰산부틸, p-톨루엔술폰산헥실 등의 방향족 술폰산에스테르류; 아인산, 인산, 포스폰산 등의 인산류; 아인산트리페닐, 아인산모노페닐, 아인산디페닐, 아인산디에틸, 아인산디 n-프로필, 아인산디 n-부틸, 아인산디 n-헥실, 아인산디옥틸, 아인산모노옥틸 등의 아인산에스테르류; 인산트리페닐, 인산디페닐, 인산모노페닐, 인산디부틸, 인산디옥틸, 인산모노옥틸 등의 인산에스테르류; 디페닐포스폰산, 디옥틸포스폰산, 디부틸포스폰산 등의 포스폰산류; 페닐포스폰산디에틸 등의 포스폰산에스테르류; 트리페닐포스핀, 비스(디페닐포스피노)에탄 등의 포스핀류; 붕산, 페닐붕산 등의 붕산류; 도데실벤젠술폰산 테트라부틸포스포늄염 등의 방향족 술폰산염류; 스테아르산클로라이드, 염화벤조일, p-톨루엔술폰산클로라이드 등의 유기 할로겐화물; 디메틸황산 등의 알킬황산; 염화벤질 등의 유기 할로겐화물 등이 바람직하게 사용된다.
상기 산성 물질은 상기 촉매 100 몰부에 대하여 0.1 몰부 내지 5 몰부, 바람직하게는 0.1 몰부 내지 1 몰부로 사용될 수 있다.
상기 산성 물질이 0.1 몰부 미만이면, 실활 효과가 불충분해져 바람직하지 않다. 또한, 5 몰부 초과이면 수지의 내열성이 저하하고, 성형품이 착색되기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다.
촉매 실활 후, 수지 중의 저비점 화합물을, 0.1 mmHg 내지 1 mmHg 의 압력, 200℃ 내지 350℃의 온도에서 탈휘공정을 더 수행할 수 있다. 이 공정에는, 패들 날개, 격자 날개, 안경 날개 등, 표면 갱신능이 우수한 교반날개를 구비한 횡형 장치, 혹은 박막 증발기가 바람직하게 사용된다.
본 발명의 수지는, 이물질 함유량이 최대한 적은 것이 바람직하고, 용융 원료의 여과, 촉매액의 여과 등이 바람직하게 실시된다.
상기 여과에 사용되는 필터의 메시는, 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 ㎛ 이하이다. 또한, 생성되는 수지의 폴리머 필터에 의한 여과가 바람직하게 실시된다. 상기 폴리머 필터의 메시는, 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30 ㎛ 이하이다. 또한, 수지 펠릿을 채취하는 공정은, 저더스트 환경이어야 하고, 클래스 6 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 클래스 5 이하이다.
또한, 상기 수지를 포함하는 성형품의 성형 방법으로는, 사출 성형 외에, 압축 성형, 주형, 롤 가공, 압출 성형, 연신 등이 예시되지만 이것에 한정되지 않는다.
본 발명의 또 하나의 실시상태는 전술한 실시상태들에 따른 수지를 포함하는 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 수지는 상기 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 1 중량부 내지 80 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 수지 조성물은 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 예컨대, 디메틸아세트아마이드 또는 1,2-디클로로벤젠일 수 있다.
상기 용매는 상기 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 20 중량부 내지 99 중량부로 포함될 수 있다.
상기 수지 조성물은 상기 화학식 1a로 표시되는 화합물 외에 추가의 단량체를 더 포함할 수 있다. 상기 추가의 단량체는 특별히 제한되지 않으며, 상기 수지 조성물의 주요한 물성을 변화시키지 않는 범위에서 폴리에스터 또는 폴리카보네이트 관련 당 기술분야에서 일반적으로 적용되는 단량체가 적절히 채용될 수 있다. 상기 추가의 단량체는 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 수지를 구성하는 전체 단량체 100 몰부 대비 1 몰부 내지 50 몰부로 사용될 수 있다.
상기 수지 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 수지 외에, 필요에 따라 첨가제, 예컨대 산화방지제, 가소제, 대전방지제, 핵제, 난연제, 활제, 충격보강제, 형광증백제, 자외선흡수제, 안료 및 염료로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 상기 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 1 중량부 내지 99 중량부로 포함될 수 있다.
상기 산화방지제, 가소제, 대전방지제, 핵제, 난연제, 활제, 충격보강제, 형광증백제, 자외선흡수제, 안료 또는 염료의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 당 기술분야에서 적용되는 것들이 적절히 채용될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시상태는 전술한 실시상태들에 따른 수지 조성물을 포함하는 성형품을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 성형품은 상기 수지 조성물 또는 이의 경화물로부터 제조될 수 있다.
상기 성형품의 제조 방법의 일례로, 상기 수지와 상기 첨가제를 믹서를 이용하여 잘 혼합한 후에, 압출기로 압출 성형하여 펠릿으로 제조하고, 상기 펠릿을 건조시킨 다음 사출 성형기로 사출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 성형품은 광학 렌즈이다.
상기 광학 렌즈는 상기 수지를 이용하여 제조되는 것으로, 고굴절율 및 고투명성을 가지며, 바람직하게는 카메라에 적용될 수 있다.
당업계에서 카메라 모듈의 경우 3개 이상, 또는 4개 이상의 렌즈를 통해 원하는 성능을 맞추고 있다. 현재 광학렌즈, 특히 모바일용 카메라 모듈의 경우 렌즈의 성형 혹은 고굴절 수지를 사용하여 두께를 얇게 만드는 것이 첫 번째 요구조건이며, 본 발명은 이러한 요구조건을 충족할 수 있는 고굴절을 가지는 수지에 초점이 맞춰져 있다. 이상적인 렌즈의 두께, 성형품의 성형 난이도를 고려한 렌즈 조합은 굴절률이 높은 재료를 사용하는 것이 용이하다.
이하, 실시예를 통하여, 본 발명을 더욱 상세하게 예시한다.
실시예 및 비교예.
1. 모노머(Monomer) 1의 합성
Figure pat00013
1) 화합물 1-C의 합성
화합물 1-A 47.4g(100mmol, 1.0eq) 및 화합물 1-B 34.5g(250mmol, 2.5eq)을 280g의 테트라하이드로퓨란(THF)에 용해하고 80℃의 오일베쓰(oil bath)에서 30분간 교반하였다. K2CO3 55.2g(400mmol, 4.0eq)을 300mL의 물에 용해 후 그 용액의 내부온도를 50℃이상을 유지하면서 10분간 적가하였다. Pd(t-Bu3P)2 촉매 1.53g(3mmol, 0.03eq)을 내부온도 60℃에서 투입하였다. 1시간 교반 후 에틸아세테이트(EA)/H2O로 수세하여 유기층을 분리하고 용매를 진공 농축하였다. n-헥산(n-Hex)과 디클로로메탄(DCM)을 통해 컬럼크로마토그래피하여 정제 후 n-헥산(n-Hex)으로 침전하여 고체인 화합물 1-C를 얻었다
3) 모노머(Monomer) 1의 합성
화합물 1-C 50.0g(100mmol, 1.0eq), 화합물 1-D 22.0g(250mmol, 2.5eq), K2CO3 2.77g (20mmol, 0.20eq)을 다이메틸아세트아마이트(DMAc) 250g 에 용해하고 120℃의 오일베쓰(oil bath)에서 2시간 동안 교반하였다. 냉각 후 물을 투입하여 고체를 석출 후 여과하였다. 수득한 고체를 에틸 아세테이트(EA)와 디클로로메탄(DCM)을 통해 컬럼크로마토그래피하여 정제 후 n-헥산(n-Hex)으로 침전하여 흰색 고체인 모노머(Monomer) 1을 46.3g 수득 하였다.
MS: [M+H]+=588
2. 모노머(Monomer) 2의 합성
Figure pat00014
화합물 1-B 대신 2-A를 사용한 것 외에는 모노머(Monomer) 1의 합성과 동일한 방법을 통해 모노머(Monomer) 2를 수득하였다.
MS: [M+H]+=588
3. 모노머(Monomer) 3의 합성
Figure pat00015
화합물 1-B 대신 3-A를 사용한 것 외에는 모노머(Monomer) 1의 합성과 동일한 방법을 통해 모노머(Monomer) 3을 수득하였다.
MS: [M+H]+=688
4. 모노머(Monomer) 4의 합성
Figure pat00016
화합물 1-B 대신 4-A를 사용한 것 외에는 모노머(Monomer) 1의 합성과 동일한 방법을 통해 모노머(Monomer) 4를 수득하였다.
MS: [M+H]+=768
5. 모노머(Monomer) 5의 합성
Figure pat00017
화합물 1-B 대신 5-A를 사용한 것 외에는 모노머(Monomer) 1의 합성과 동일한 방법을 통해 모노머(Monomer) 5를 수득하였다.
MS: [M+H]+=768
비교예 C1의 합성
Figure pat00018
화합물 1-A 대신 9-플루오레논(9-Fluorenone)를 사용하였으며, 1-D와의 반응을 생략한 것 외에는 모노머(Monomer) 1의 합성과 동일한 방법을 통해 비교예 C1을 수득하였다. C1의 경우, TCI 또는 Sigma-Aldrich사로부터 입수할 수도 있다.
MS: [M+H]+= 438
수지(Polymer) 1의 제조
Figure pat00019
모노머(Monomer) 1 1g(1.70mmol, 1.0eq), 테레프탈로일 클로라이드(Terephthaloyl Chloride) 0.35g(1.77mmol, 1.0eq) 를 디페닐에터(Diphenyl Ether(DPE)) 4.1g에 용해하여 180℃의 오일베쓰(oil bath)에서 6시간 반응 하였다. 반응이 진행되면서 염소산(HCl) 가스가 발생하며, 이를 제거해 주기 위해 질소 치환, 염소산 가스 포집 장치를 설치해 주었다. 반응 후 100℃로 냉각하여 15g 디메틸아세트아마이드(DMAc)를 투입하였으며, 메탄올(Methyl alcohol)을 통해 침전하여 수지(Polymer) 1을 제조하였다.
수지 2 내지 5 의 제조
모노머(Monomer) 1 대신 모노머(Monomer) 2 내지 5를 사용한 것을 제외하고는 수지 1의 제조 방법과 동일한 방법으로 수지 2 내지 5를 제조하였다.
비교예 수지 P1의 제조
모노머(Monomer) 1 대신 비교예 C1의 모노머를 사용한 것을 제외하고는 수지 1의 제조 방법과 동일한 방법으로 비교예 수지 P1를 제조하였다.
수지(Polymer) 6의 제조
Figure pat00020
모노머 (Monomer) 1 57.7g(98mmol), 디페닐카보네이트(diphenylcarbonate) 21.4g(100 mmol)를 용융하여 250℃에서 5시간 반응하였다. 반응이 진행되면서 페놀(Phenol)이 부산물로 발생하였으며, 이를 제거해주기 위해 감압도를 최대 1 Torr까지 조절하였다. 반응 종료 후, 반응기 내에 질소를 불어넣어 상압 분위기를 조성하여 중합된 고분자 용융 수지를 빼냈으며, 이로써 폴리카보네이트 수지(Polymer) 6을 수득하였다.
수지 7 내지 10 의 제조
모노머(Monomer) 1 대신 모노머(Monomer) 2 내지 5를 사용한 것을 제외하고는 수지 6의 제조 방법과 동일한 방법으로 수지 7 내지 10을 제조하였다.
비교예 수지 P2의 제조
모노머(Monomer) 1 대신 비교예 C1의 모노머를 사용한 것을 제외하고는 수지 6의 제조 방법과 동일한 방법으로 비교예 수지 P2를 제조하였다.
실험예.
중합한 수지 시료의 분자량 및 분자량 분포를 겔 투과 크로마토그래피(GPC)를 통해 확인하였고 열적 특성을 알아보기 위해 시차주사열량계(DSC)를 이용하여 서모그램(thermogram)을 얻었다. 굴절률 및 아베수를 측정하기 위해 제막 후 타원계(ellipsometer)를 이용하여 빛의 파장에 따른 결과값을 얻었다.
겔투과크로마토그래피(GPC)를 통한 분자량은 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran (THF, stabilized with BHT(butylated hydroxytoluene)))을 용매로 사용하였고, 수지 시료를 테트라하이드로퓨란에 1.0mg/1ml의 농도로 용해시켜 시린지 필터(syringe filter)로 여과하여 만든 용액을 주입하여 40℃에서 측정하여 결과를 얻었으며 이를 하기 표 1에 기재하였다. Waters RI detector를 사용하였고 칼럼(column)은 Agilent PLgel MIXED-B 2개를 사용하였다.
수지의 유리전이온도(Tg)를 알아보기 위해 시차주사열량계(DSC)를 측정하였다. 5.5mg 내지 8.5mg의 수지 시료를 N2 flow 하에 270℃까지 가열했다가 냉각 후 두 번째 가열 시 10℃/min의 승온 속도로 가열하며 스캔하여 얻은 그래프 상에서 유리전이온도(Tg)를 구하였고, 이를 하기 표 1에 기재하였다.
수지의 굴절률 및 아베수를 측정하기 위해 중합하여 얻은 수지 파우더 시료를 용매 디메틸아세트아마이드에 고분자 용액 총 중량 기준 10 중량%로 용해하여 제조한 고분자 용액을 실리콘 웨이퍼에 스핀코팅(spin-coating) 으로 220 rpm의 회전속도로 도포하여 두께 20㎛ 제막 후 20℃에서 타원계(ellipsometer)를 이용하여 빛의 파장에 따른 결과값을 얻었고, 이를 하기 표 1에 기재하였다. 구체적으로 굴절률은 파장 589 nm에서 측정한 것이고, 아베수는 D(589 nm), F(486 nm), C(656 nm)파장에서의 굴절률(nD, nF, nC)을 각각 측정하여 아래의 계산식에 의해 아베수를 얻었다.
아베수=(nD-1)/(nF - nC)
수지 Mn (g/mol) Mw
(g/mol)		 Tg(℃) 굴절률
(589nm)		 아베수
실시예 1 1 12600 26400 212 1.691 14.2
실시예 2 2 12100 25900 208 1.698 14.0
실시예 3 3 11400 25500 236 1.721 13.1
실시예 4 4 13300 27100 235 1.705 13.4
실시예 5 5 12500 26400 211 1.699 13.9
실시예 6 6 13100 27100 211 1.689 14.3
실시예 7 7 11900 25700 203 1.694 14.1
실시예 8 8 11400 25200 230 1.716 13.3
실시예 9 9 15500 28100 238 1.705 13.4
실시예 10 10 12300 26300 208 1.689 14.0
비교예 1 P1 16100 26100 151 1.659 21.4
비교예 2 P2 16300 26200 149 1.655 21.4
상기 표 1에 있어서, Mn은 수평균 분자량, Mw는 중량평균 분자량을 의미하며, 굴절률은 파장 589 nm에서 측정한 값이다.
상기 표 1에 의하면, 본 발명의 실시상태에 따른 수지는 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하고, 특히 스피로비플루오렌 코어 구조의 L1 및 L2에 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기와 같이 전자가 풍부한 방향족 치환기로 치환되는 경우 스피로비플루오렌 코어 구조의 전자 밀도를 높임으로써 굴절률을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예의 수지는 비교예의 수지보다 유리전이온도(Tg)가 높아 내열성이 우수함을 확인할 수 있다.반면, 비교예 1 및 2에 따른 수지는 플루오렌 코어 구조의 벤젠고리에 전자가 풍부한 치환기를 가지고 있지 않아 본 발명 실시예보다 굴절률이 매우 낮음을 확인할 수 있다.
현재 광학렌즈, 특히 모바일용 카메라 모듈의 경우 렌즈의 성형 혹은 고굴절 수지를 사용하여 두께를 얇게 만드는 것이 첫 번째 요구조건이다. 본 명세서의 일 실시상태에 따른 수지는, 비교예 1 및 2 보다 실시예 1 내지 10이 상기 요구조건을 충족할 수 있는 굴절률을 가지므로 광학 재료로써 활용도가 높은 수지임을 확인할 수 있었다.

Claims (15)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 수지:
    [화학식 1]
    Figure pat00021

    상기 화학식 1에 있어서,
    R1 및 R2은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기이고,
    r1은 0 내지 4의 정수이고, r1이 2 이상인 경우 2 이상의 R1은 서로 같거나 상이하고,
    r2는 0 내지 4의 정수이며, r2가 2 이상인 경우 2 이상의 R2는 서로 같거나 상이하며,
    L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이고,
    L은 직접결합; 또는 -CO-L'-이고,
    L'는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
    X1 내지 X4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 O; 또는 S이며,
    Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기이고,
    a 및 b는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이며, a 및 b가 각각 2 이상인 경우 각 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하며,
    *은 수지의 주쇄에 연결되는 부위를 의미한다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 R1 및 R2는 수소인 것인 수지.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 20의 헤테로아릴렌기인 것인 수지.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 에틸렌기인 것인 수지.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 X1 내지 X4는 O인 것인 수지.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 수지의 중량평균 분자량은 10,000 g/mol 내지 200,000 g/mol인 것인 수지.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 수지의 유리전이온도(Tg)는 200℃ 내지 250℃인 것인 수지.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 수지의 파장 589 nm에서 측정된 굴절률이 1.68 내지 1.75인 것인 수지.
  9. 하기 화학식 1a로 표시되는 화합물:
    [화학식 1a]
    Figure pat00022

    상기 화학식 1a에 있어서,
    R1 및 R2은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기이고,
    r1은 0 내지 4의 정수이고, r1이 2 이상인 경우 2 이상의 R1은 서로 같거나 상이하고,
    r2는 0 내지 4의 정수이며, r2가 2 이상인 경우 2 이상의 R2는 서로 같거나 상이하며,
    L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이고,
    X1 내지 X4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 O; 또는 S이며,
    Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기이고,
    a 및 b는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이며, a 및 b가 각각 2 이상인 경우 각 괄호 안의 구조는 서로 같거나 상이하다.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 화학식 1a는 하기 화합물 중에서 선택되는 어느 하나인 것인 화합물:
    Figure pat00023

    Figure pat00024
    .
  11. 하기 화학식 1a로 표시되는 화합물; 및 폴리에스터 전구체 또는 폴리카보네이트 전구체를 포함하는 수지 제조용 조성물을 중합하는 단계를 포함하는 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따른 수지의 제조방법:
    [화학식 1a]
    Figure pat00025

    상기 화학식 1a에 있어서, R1, R2, r1, r2, L1, L2, X1 내지 X4, Z1, Z2, a 및 b의 정의는 상기 화학식 1에서의 정의와 같다.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 폴리에스터 전구체는 하기 화학식 A로 표시되고, 상기 폴리카보네이트 전구체는 하기 화학식 B로 표시되는 것인 수지의 제조방법:
    [화학식 A]
    Figure pat00026

    [화학식 B]
    Figure pat00027

    상기 화학식 A 및 B에 있어서,
    Ra1, Ra2, Rb1 및 Rb2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
    L'은 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
    a1, a2, b1 및 b2는 각각 0 또는 1이다.
  13. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따른 수지를 포함하는 수지 조성물.
  14. 청구항 13에 따른 수지 조성물을 포함하는 성형품.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 성형품은 광학 렌즈인 것인 성형품.
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