KR870002020B1 - 유기고분자용 안정제의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
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Description
본 발명은 유기고분자를 안정화하는 데 적합한 입체장해(立體障害)된 페놀 및 아민형태의 안정제 화합물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전술한 안정제 화합물의 제조방법에도 관한다.
알려진 바로는, 유기 고분자는 환경조건에 노출되면 시간이 경과함에 따라 분해가 일어나며, 이 분해는 예로 점도지수의 감소에 따른 극한 인장강도 및 유연성과 같은 고분자의 물리적성질의 저하를 초래한다. 이런 분해를 방지하기 위하여는 일반적으로 입체장해된 페놀 또는 아민으로 구성된 소량의 안정에 화합물을 유기 고분자에 첨가하는 것이 통상적인 기술이다.
유기 고분자의 안정화에서 당면하는 문제점은 고분자와 안정제 간의 비상용성(非相榕性)현상 및 고분자에 의한 안정제의 방출현상으로부터 야기된다. 이러한 현상은 종전의 안정제 화합물을 사용할때는 크든 작든 언제나 발생하였으나, 고분자와 잘 상용되어 같은 고분자내에서 안정효과의 지속성을 갖는 안정제 화합물을 만들 필요가 절실하였다. 그리하여, 1985년 5월 20일자 한국특허출원 제85/3458호 및 제 85/3459호에는 분자속에 가수분해되는 규산기능을 가지면서 입체 장해된 페놀 또는 아민형태의 화합물을 개시한다.
이러한 화합물은 유기고분자의 안정화에 있어서 규산 관능기에서 가수분해되고 이렇게 생성된 실란올(silanol)그룹은 각각 서로 또는 고체지지물 또는 유기 고분자와 상호작용하여 안정화되는데, 이때의 어느 경우든 유기고분자속에 안정되게 남아 있을 착화합물을 생성시킨다. 금번 발견한 것은 입체장해되고 분자속에 최소한 하나의 알콕시실란을 그룹을 가진 페놀 또는 아민구조와 전술한 화합물은 에스테르전이반응의 방법으로 1가, 다가지방족 알코올과 쉽게 반응하여 :
-입체장해된 페놀 또는 아미노그룹의 존재로부터 유되는 안정화 특성을 변하지 않게 유지하고 :
-유성(油性) 및 왁스성 특성에 따라 유기고분자속으로 잘 분산되어 이와 잘 균질화되고 :
-전술한 유기고분자와 완전하게 상용될 수 있고 :
-예외적으로 높은 열 안정성을 나타내고 :
-심지어 가장 극심한 조건하에서도 삽입된 유기고분자로부터 추출되지 않는 착화합물을 생성시킨다는 것이다.
이와 같이, 본 발명에 따라서 입체장해된 페놀 또는 아민 형태의 안정제 화합물은, 입체장해되고 그 분자속에 최소한 하나의 메톡시실란올 또는 에톡시실란을 그룹을 갖는 페놀 또는 아민올, 그 분자속에 최소한 6개의 탄소원자를 가지는 1가 지방족 알코올 또는 그 분자속에 최소한 4개의 탄소원자를 가지는 다가 알코올을, 메톡시 또는 에톡시그룹 대 알코올형 히드록시그룹과의 비가 1/1 내지 3/1의 범위내에 되게 하면서, 에스테르전이촉매의 존재하에 에스테르전이조건으로 반응시키고, 그리고서 에스테르전이의 부산물로 생성된 메탄올 또는 에탄올을 연속적으로 제거하고 전술한 에스테르전이 생성물을 연속적으로 회수함으로 제조한다.
본 발명에서 유용하게 쓰이며 입체장해된 페놀은 다음의 일반식으로 정의될 수 있는 화합물이다.
상기식에서, R1그룹은 서로 같거나 상이하며 탄소원자가 1 내지 10인 바람직하게는 측쇄의 알킬기이고, 가장 바람직한 구성으로는 제 3부틸기이다.
본 발명에서 유용하게 쓰이며 입체장해된 아민은 다음의 일반식으로 정의될 수 있는 화합물이며, 이식에서 R2는 메틸기이다.
이러한 입체장해된 페놀과 아민은 그 분자속에 예로서 다음의 일반식으로 정의될 수 있는 한 기인 최소한 하나의 메톡시실란을 또는 에톡시실란올을 포함한다.
상기 식에서, R3는 메틸 또는 에틸기이고, n는 0,1 또는 2이다.
전술한 그룹(Va)는 실리콘-탄소결합에 의하여 전술한 페놀 또는 아민분자내의 어떤 가능한 위치예서 입체장해된 페놀 또는 아민과 결합한다.
이와 같이, 입체장해되고 최소한 하나의 메톡시 또는 에톡시 그룹을 가지는 페놀 또는 아민의 대표적인 종류는 다음과 같다.
상기식에서, R는 일반적으로 탄소원자수 2∼10의 직쇄이거나 측쇄의 지방족 탄화수소 또는 옥시-탄화수소 그룹을 나타내고, R4는 탄소원자수 1∼10의 직쇄이거나 측쇄의 알킬기를 나타내고 R5는 탄소원자수 2∼5의 직쇄이거나 측쇄의 알킬렌기를 나타낸다.
메톡시실란올 또는 에톡시실란올그룹을 가지는 입체장해된 페놀 또는 아민의 특수한 예는 다음의 것들이다.
메톡시실란올 도는 에톡시실란올기를 가지는 입체장해된 페놀 또는 아미노 화합물은 상기 언급된 특허출원에 개시된 일반적 방법으로 제조될 수 있으며, 관련부분의 공개된 내용은 여기에 참고물로서 여기에 첨부한다.
본 발명에 따라서, 입체장해되고 메톡시실란올 또는 에톡시실란올기를 가지는 페놀 또는 아미노 화합물은 에스테르전이 조건하에서 1가 또는 다가 지방족 알코올과 반응한다.
본 목적에 적합한 알코올은 :
-헥산올, 옥탄올, 에틸헥산올, 카프릴 알코올, 세틸 알코올, 라오릴 알코올 및 스테아릴 알코올과 같은, 직쇄이거나 측쇄의 탄소원자수 6∼8의 지방족 1가 알코올 :
-디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르와 같은 분자속에 전체적으로 6∼30의 탄소원자를 가지는, 지방족 2가 알코올의 모노알킬 에네르 :
-부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올, 데칸디올,2,2-디메틸프로판 디올 및 디에틸렌 글리콜과 같은, 직쇄이거나 측쇄의 4∼12의 탄소원자수의 지방족 2가 알코올 또는 2가 폴리에테르 알코올 :
-펜타에리트리톨 및 트리메틸올프로판과 같은, 탄소원자수 4∼10의 지방족 트리-또는 테트라히드록시 알코올이다.
본 발명에 따라서, 용매나 희석제 없이 에스테르 전이 촉매의 존재하에, 입체장해되고 메툭시 또는 에톡시-실란올 그룹을 가지는 페놀 또는 아민을 1가 또는 다가 알코올과 메톡시 또는 에톡시그룹 대 알코올성 수산기의 1 : 1∼3 : 1의 비율로 반응시키고, 반응부산물로서 생성된 메탄올 또는 에탄올을 연속적으로 제거하므로서 반응이 이루어진다.
본 발명의 목적에 유용한 에스테르전이촉매는 티탄 알콕시드, 알키시 티탄산 마그네슘, 디부틸주석산화물 밀 납 옥탄오메이트와 같은 주석 및 납의 유기화합물, 실라일산 나트륨 및 알카린 금속 알콕시드이다. 모든 촉매 중에서 나트륨 메톡시드가 바람직한 것으로서, 반응물의 총량에 대하여 0.2∼2중량%범위내의 량으로 편리하게 사용되며, 메탄올에 용해시킨 용액으로서 공급된다.
반응온도는 일반적으로 100∼150℃의 범위내에 들고 상응하는 반응시간은 약 30분 내지 4시간이다.
반응 부산물로서 생성된 메탄올 및 에탄올을 용이하게 제거하기 위하여는, 감압하에서 가동하고 질소와 같은 불활성 가스를 반응물속으로 주입하는 것도 가능하다.
반응이 종결되면 촉매를 중화하고 촉매잔유물을 제거한다. 이와같이, 나트륨 메톡시드의 경우에는 반응종결시에 초산을 첨가하고, 생성된 초산나트륨은 여과하여 제거한다.
에스테르 전이 반응생성물은 반응물에 결합된 여러개의 메톡시 또는 에톡시기 및 히드록시기의 관능기로서 다소간에 착화합물이다. 이 반응에서, 전술한 관응기 전부가 반응하는 것은 필요치 않다. 오히려 중요한 것은 전술한 반응생성물의 분자량이 최소한 200에 도달하는 것이고 바람직하게는 300∼1,000의 범위내에 드는 것이다.
이러한 조건하에서, 소요의 안정제 화합물은 대부분이 유기용매 특히 헥산 및 이소옥탄과 같은 지방적 탄화수소에 완전히 용해되는, 무색 또는 연한 담황색의 기름 또는 왁스로서 얻는다.
본 발명의 안정제 화합물의 방법에 의하여, 일반적으로는 모든 유기고분자 및 특별히는 폴리프로필렌,폴리부타디엔 및 폴리에틸렌과 같은 올레핀의 단중합체(單重合體) 및 공중합체(共重合體)를 안정화할 수 있다.
유기고분자속으로 안정제를 넣어서 안정제와 고분자를 균일하게 혼합하는 것은 통상적인 기술로 할 수 있다. 안정화된 고분자 조성물은 일반적으로 입체장해된 아민의 경우 0.005∼0.02중량%의 질소량을, 입체장해된 페놀의 경우 0.001∼0.55중량%의 페놀의 수산기 관능기를 갖도록하는 안정제량을 포함한다.
다음의 실시예는 본 발명의 비제한적 설명이다.
[실시예 1-10]
본 실시예에서 다음의 일반적 방법을 사용한다.
반응물은 무수질소상태하에서 25ml플라스크에 넣는다. 플라스크에는 자석-봉 교반기, 질소주입과 및 리버그(Liebig) 응축기를 설치하였다. 플라스크를 120℃의 중량에 넣고 메톡시드 나트륨(메탄올에 30중량%로 용해시킨)를 반응물에 대해 0.5중량%의 량이 되도록 가한다.
반응은 질소가 약하게 흐르는 상태에서 전술한 온도로 2시간 이상에 걸쳐 진행된다. 전술한 시간이 지나면 계속해서 20분간 50토르(torr)의 진공을 건다.
이 공정 다음에는 실온(20∼25℃)으로 냉각시키고 초산(30mg)을 추가한다.
1시간 후 과량의 초산은 진공(100℃에서 5tott)을 걸명서 제거한다.
초산나트륨이 포함되지 않은 제품을 얻기 위해서는, 전술한 반응제품을 이소옥탄에 용해하고 여과지를 통하여 여과한다. 진공하(50torr)에서 이소옥탄을 여과액으로부터 제거한다.
반응중 생성된 메탄올과 에탄올을 측정할 목적으로, 반응시작전과 반응완료후에 플라스크를 평량한다.
실시예 1∼10의 결과는 다음의 표에 표시한다.
[표]
이 표에서 A 화합물은 메톡시- 또는 에톡시실란올그룹을 가지는 입체장해된 페놀 또는 아민이다. 특히, 다음의 화합물을 사용하였다.
이 표에서, 또한 반응에 공급된 화합물의 량을 몰로도 표시하였다.
B 화합물은 모노-또는 폴리-히드록시 알코올을 의미하고, 특히 다음의 형태의 알코올이 사용되었다.
OA 2-에틸-1-헥산올
CA 세틸 알코올
SA 스테아릴 알코올
LA 라우릴 알코올
BP 1,4-부탄디올
PD 1,5-펜탄디올
HD 1,6-헥산디올
DEG 디에틸렌 글리콜
이 표에는 또한 반응에 공급된 알코올의 량을 몰로서 표시하였다.
이 표에 보고된 다른 데이타는 :
-반응에 공급된 A화합물 때 B 화합물의 몰비 :
-아민 안정제 화합물의 경우 질소(기본 분석방으로 결정된)의 중량% :
-전술한 바와 같은 평량으로 결정된, 에스테르전이과정에서 생성된 메탄올 또는 에탄올의 그람으로 표시된 량 :
-(생성된 메탄올 또는 에탄올의 m몰/ 모노-또는 폴리-히드록시 알코올중의 OH히드록시기의 m당량) × 100의 방법으로 표시된,
애스테르 전이방법의 수율 :
-열·중력식 분석(1분당 10℃온도상승율,시간단 10℃에서의 질소가스의 이동)에 의하여 결정된, 생성물의 희발도 :
-t1,t2및 t3는 각각 반응생성물의 중량이 1/8,1/4 및 1/2로 감소되는 상응하는 온도(℃)이다 :
-메탄올(*) 또는 톨루엔(**)에서 VPO(증기상 삼투압계)로 측정한, 반응생성물의 분자량.
이 표에서 A 화합물의 희발도로 표시되었다(실시예 11,12,12 및 14).
본 발명에 따른 안정제 화합물의 열안정도는 A 화합물의 것보다 더 좋은 값임을 알 수 있다.
Claims (6)
- 입체장해된 페놀 또는 아민형태의 안정제 화합물의 제조 방법에 있어서, 분자중에 다음의 일반식 I,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ 및 Ⅴ로 정의되는 화합물로부터 선택되는 최소한 하나의 메톡시 실란올 또는 에톡시실란올을 가지는 페놀 또는 아민을 에스테르 전이촉매의 존재하에, 분자중에 최소한 6개의 탄소원자를 가진 1가 지방족 알코올 또는 분자중에 최소한 4개의 탄소원자를 가진 다가지방족 알코올과 에톡시 또는 에톡시기 대 알코올성 히드록시기의 비가 1/1∼3/1이 되는 범위내에서 반응시키고, 에스테르 전이반응이 부산물로서 생성된 메탄올과 에탄올을 연속적으로 제거하고, 에스테르 전이반응의 전술한 생성물을 회수하는 것을 특징으로 하는 입체장해된 페놀 또는 아민형태의 안정제 화합물 제조방법.상기 식에서, R는 2∼10의 탄소원자를 가진 지방족 탄화수소 또는 히드록시 탄화수소(oxhydrocarbon)를 나타내고, R1은 1∼10의 탄소원자를 가진 알킬기 또는 바람직하게는 tert-부틸기를 독립적으로 나타내고, R2는 메틸기를 나타내고,R3는 메틸 또는 에틸기를 독립적으로 나타내고, R4는 1∼10의 탄소원자를 가진 가지 없거나 가지 달린 알킬기를 나타내고, R5는 2∼5의 탄소원자를 가진 가지 없거나 가지달린 알킬렌기를 나타내고,n는 0,1 또는 2이다.
- 제 1 항 에 있어서, 지방족 1가-또는 다가 알코올을 헥산올,옥탄올,에틸렉산올,스테아릴 알코올, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 부탄디올, 펜탄디올, `헥산디올, 데칸디올, 2,2-디메틸 프로판올, 디에틸렌글리콜, 펜타에리트리톨 및 트리메틸 올프로판으로부터 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 에 있어서, 에스테르 전이촉매가 반응물에 대해 0.2∼2중량%의 범위내로 포함되는 나트륨 메톡시드인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 용매나 희석제가 없고 불활성 가스의 흐름이 있는 상태에서, 100∼150℃의 온도와 감압하에서 반응생성물의 분자량이 200 이상으로 될때까지 반응이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 4 항에 있어서, 반응생성물의 분자량의 300∼1,000의 범위를 포함할 때까지 반응을 계속시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 반응이 30분 내지 4시간의 반응시간내에 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
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