KR950004176B1 - 두다리 실리콘 결합제인 비스실릴알칸들과 그 제조방법 - Google Patents
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Description
본 발명은 플라스틱과 같은 유기물과 충진제로 사용되는 무기물사이를 결합시키는 물질로 유용한 유기규 소화합물인 여러가지 유기기가 치환된 비스실릴알칸들과 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명을 보다 자세히 설명하면 일반식(Ⅰ)의 비스실릴알칸과 그리고 일반식(II)의 탄소와 탄소의 이중결합을 가진 유기화합물 또는 시클로헥센을 염와백금산, 실리카에 입힌 백금, 트리부틸아민, 기타 Pd, Ph, Ni등의 화합물을 촉매로 사용하여 수소규소화반응으로 부가시켜 얻어지는 일반식(Ⅲ)의 유기규소 화합물과 그 제조방법에 관한 것이다.
-시클로헥세닐기를 표시한다. 또한 일반식(II)의 화합물 대신에 시클로헥센을 사용한 경우에 일반식(III)에서 -CH2CH2R3로서 시클로헥실기를 포함한다.
실리콘 결합제는 플라스틱의 복합재료 제조에 널리 쓰이는 중요한 물질로서 물리적 성질이 서로 다른 무기물 충진제와 유기물인 플라스틱을 잘 융화시켜 결합력을 증진시킨다. 그러므로 플라스틱 제조업자에게는 원하는 물성을 내게하며 경제성을 최대한으로 높혀준다. 실리콘 결합제의 일반적인 분자구조를 보면 (OR)3Si-A-Y와 같이 표시된다. 여기에서 알콕시실란 -Si(OR)`부분은 가수분해하면 -Si(OH)3로 된다. 이실란올은 불안정하여 자기끼리 축합하거나 무기물인 충진제의 표면에 있는 금속산화물의 금속수산기와 반응하여 화학적으로 결합함으로서 충진제의 보강성을 높인다. Y는 플라스틱이나 수지와 반응할 수 있는 유기관능기를 표시한다. A는 유기관능기와 규소사이를 연결하는 유기기로 대부분 메틸렌이나 에틸렌, 혹은 프로필렌기이다. 실리콘 결합제중에서 가장 기초가 되고 보편적인 것이 γ-클로로프로필트리메톡시실란, (CH3O)3SiCH2CH2CH2C1이다.
이 결합제의 제조방법을 보면 다음 반응식에서와 같이 트리클로로실란을 탄소와 탄소의 불포화 결합을 갖는 유기화합물에 수소규소화반응으로 부가시켜 여러가지 유기기를 도입한다. 규소에 결합된 클로로기를 가수분해하면 부식성이 강한 염화수소를 발생하므로 알콜과 반응시켜 알콕시기로 치환시킨다.
이 수소규소화반응은 촉매를 필요로 하는데 금속백금이나 염화백금산과 같은 귀금속 화합물들이 촉매로 쓰이나 가장 보편적이고 많이 사용되는 촉매는 염화백금산으로 이소프로판올에 녹여서 사용한다. 이외에도 트리클로로실란을 부가시키고자 하는 유기불포화 화합물의 성질에 따라 백금화합물을 촉매로 쓰는 것보다 다른 촉매로 유리할 경우도 있다. 수소규소화반응에 사용되는 촉매는 백금과 팔라디움과 같은 귀금속 외에도 니켈, 로디움, 루테니움, 구리, 상납등의 화합물들도 사용된다. 금속이나 무기물이 아니고 유기화합물도 촉매로 사용되는 경우가 알려져 있다. 촉매로 사용되는 유기물의 예를보면 트리에틸아민, 트리페닐포스핀, 디메틸포름아미드 등이 촉매활성이 있는 것으로 알려져 있다(E.Y.Lukevitess and M.G.Yoronkov, "Organic Insertion Reactions of Group IV Elements", Consultants Bureau, New York 1966).
실리콘 결합제로 가장 보편적인 γ-클로로프로필트리알콕시실란의 제조의 경우를 보면 먼저 트리클로로실란과 알릴클로라이드를 반응시켜서 γ-클로로프로필트리클로로실란을 얻고 다음에 알콜과 반응하여 γ-클로로프로필트리알콕시실란을 얻는다. 트리클로로실란과 알릴클로라이드를 부가시키는 반응은 염화백금산 촉매하에서 100℃에서 4-10시간 동안의 반응시간을 필요로 한다고 되어 있으며, 50-300psi의 압력을 가하는 것이 좋다고 보고되어 있다. 이 반응에서는 부반응으로 알릴클로라이드의 염소와 규소의 수소가 교환되어 테트라클로로실란과 프로필렌이 부산물로 생성되고 프로필렌은 다시 트리클로실란과 반응하여 프로필트리클로로실란이 생성된다(F.P.Mackay, O.W. Steward and P.G. Camphell, J.Am. Chem. Soc., 79,2764(1957), J. L. Speler, J.A. Webster and S.W. Bames, J.Am. Chem. Soc., 79, 974(1957)). γ-클로로프로필트리클로로실란은 알콜과 반응시키면 염화수소를 내고 알콕시화합물이 된다. 이 반응에서 사용되는알콜의 양은 클로로프로필 트리클로로실란 1몰에 대하여 최소한 3몰 이상을 사용하는 것이 좋다. 불활성 유기용매를 사용하면 반응이 빠르고 염화수소가 녹아 들어가는 양이 적으므로 염화수소와 알콜과 반응하여 물을 생성하므로서 생기는 부반응이 줄어든다. 이 반응에서 사용될 수 있는 알콜은 메탄올, 에탄올, 프로판올등의 지방족 알콜은 물론이고 페놀과 같은 방향족 알콜도 사용될 수 있다.
일반적으로 불포화결합을 가진 탄화수소는 트리클로로실란과 쉽게 반응한다. 이중 결합이 분자의 맨 끝에있는 화합물이 중간에 있는 화합물보다 반응성이 높으며 고리형의 화합물보다 직쇄형의 화합물이 반응성이 높다. 스틸렌과 같은 방향족 고리를 가지고 있는 화합물로 쉽게 반응한다. 그러나 아크릴로니트릴과 같이 시안기를 가지고 있을때는 귀금속의 촉매는 활성이 약하고 유기아민이나 니켈 혹은 철화합물을 촉매로 사용하는 것으로 알려져 있다(W. Noll, "Chemistry and Technology of Silicones", Academic Press, NewYork, 1968)
위에서와 같이 트리클로로실란을 알릴클로라이드와 같은 불포화 결합을 갖는 유기물과 먼저 부가반응을 시키고 나중에 알콜과 반응하여 알콕시실란으로 전환시키는 대신에 먼저 트리클로로실란과 알콜을 반응시켜 트리알콕시실란을 얻고 다음에 유기불포화 화합물에 부가반응을 시킬 수도 있다. 이와 같은 반응순서를 사용하는 것이 불가피할 경우가 있는데 수소규소화반응으로 도입될 유기기기가 산에 의해서 반응을 일으키는경우이다. 예를들면 에폭시기를 가진 글리시달에테르나 알릴메타크릴레이트의 같이 에스테르기를 가질 경우이다.
에폭시기나 에스테르기는 산에 의하여 가수분해하거나 알콜과 반응하기 때문에 알콕시로 치환시키는 반응을 먼저하고 다음에 수소규소화 반응을 시켜야 한다. 플루드만과 그의 공동연구자들은 미국특허 제3,258,477호에서 아크릴레이트가 치환된 실리콘 결합제를 제조하기 위하여 비닐아크릴레이트나 알릴메타크릴레이트와 트리알콕시실란을 수소규소화반응하여 좋은 수율로 생성물을 얻었다고 보고하였다. 이 반응에서 사용되는 촉매는 염화백금산이 좋다고 보고되었다. 다시 그들은 글리시독시프로필기가 치환된 실리콘 결합제를 합성하는데는 알릴글리시독시에테르에 트리알콕시실란을 부가하여 합성하였다고 보고하였다(E.P.P1ueddemann and G. Fanger, J. Am. Chem. Soc., 81,2632(1959)).
본 발명자들은 클로로메틸기를 가진 여러가지 실란을 염화수소 혹은 반응온도에서 분해하여 염화수소를 낼 수 있는 터샤리부틸클로라이드와 같은 유기염화물과 함께 혼합하여 금속규소와 반응하면 규소와 수소의 결합을 갖는 비스실릴알칸이 얻어지는 것을 알았다(한국특허출원 제24243호 (1991.12. 24)). 같은 방법으로 클로로메틸기를 갖는 실란을 사용하는 대신에 메틸렌클로라이드나 α,α-디클로로톨루엔, α,ω_디클로로알칸등을 사용하면 각각 규소와 수소의 결합을 갖는 클로로비스실릴메탄이나 클로로비스실릴페닐메탄, 클로로비스실릴알칸이 얻어지는 것을 알았다(한국특허출원 제935호(1992.1.23)).
본 발명에서는 위에서 언급한 바와 같이 합성되는 일반식(Ⅰ)에서와 같은 화합물을 출발물질로 하여 가수분해가 가능한 알콕시기를 가지고 있는 두개의 실릴기를 갖는 실리콘 결합제를 제조할 수 있음을 알았다.
이와 같은 두개의 실릴기를 갖는 화합물을 출발물질로 하여 생성한 실리콘 결합제는 기존의 결합제보다 가수분해가 가능한 클로로기 및 알콕시기를 더 많이 가지고 있기 때문에 무기물과의 결합성이 증가하게 되며 따라서 더욱 개선된 결합제로의 성질을 지닐 것으로 예상된다.
본 발명자들은 일반식(Ⅰ)의 비스실릴알칸과 그리고 일반식(II)의 탄소와 탄소의 이중결합을 가진 유기화합물 또는 시클로헥센을 염화백금산, 실리카에 입힌 백금, 트리부틸아민, 기타 Pd, Rh, Ni 등의 화합물을 촉매로 사용하여 수소규소화반응으로 부가시켜 얻어지는 일반식(Ⅲ)의 유기규소 화합물을 얻을 수 있었다.
단, n은 1-4까지의 정수를 나타내며, R1은 수소, 페닐기를 나타내며, X는 염소, 알콕시(OR2; R2는 탄소수 1-4의 알킬기)기를 표시한다.
-시클로헥세닐기를 표시한다. 또한 일반식(II)의 화합물이 시클로헥센인 경우에 일반식(Ⅲ)에서 =CH2CH2R3로서 시클로헥실기를 포함한다.
본 발명에서 두다리 실리콘 결합제를 제조하기 위하여 비스실릴 알칸들을 불포화결합을 가지고 있는 여러가지 유기화합물에 부가시키기 위한 수소규소화반응은 통상 실험실에서 사용하는 유리기구를 사용하거나 상업화된 반응조를 사용해도 된다. 반응장치는 불활성 기체하에서 원료를 천천히 주입할 수 있는 장치가 있어야 하고 교반기와 열을 가하거나 냉각시킬 수 있는 장치가 있어야 한다. 트리클로로실란을 사용하여 실리콘결합제를 제조할때와는 달리 비스실릴알칸의 끊는점이 낮지 않으므로 반응조에 압력을 걸어줄 필요가 없으나 알릴클로라이드의 경우와 같이 기체인 부산물이 나올 경우 압력을 걸어줄 필요가 있을 경우도 있다. 그러나 이 반응공정이 장치나 반응압력에 따라 달라지는 것은 아니다. 이 반응은 용매를 사용할 수도 있으나 대부분은 용매를 사용하지 않고도 가능하다.
전형적인 합성공정은 불활성 기체하에서 클로로실란과 촉매를 반응조에 넣고 불포화결합을 갖는 유기화합물을 천천히 주입한다. 어떤 경우에는 클로로실란과 유기화합물의 주입순서를 바꾸어도 된다.
어떤 반응은 상당한 발열반응이므로 클로로실란의 주입속도를 조절하므로써 외부로부터 가열하지 않고 환류시킬 수 있다. 클로로실란의 주입이 끝난 후에도 반응을 완결시키기 위하여 일정시간 교반을 계속한다. 반응이 끝나면 용액을 분별 증류하여 생성물을 받아낸다.
다음의 실시예는 본 발명을 더욱 상세히 해줄것이나 본 발명이 이에 국한하지는 않는다.
(실시예 1)
500m1들이 이구플라스크에 응축기와 기계적교반기를 장치하고 응축기 끝부분에는 건조된 질소가 통과하도록 하여 전장치가 질소대기하로 유지되도록 하였다. 1,1,1,3,3-펜타클로로-1,3-디실라프로판 100g(0.40mo1)과 알릴클로라이드 37.0g (0.48mol)을 플라스크에 넣고 1% 염화백금산 촉매용액을 156μ1 넣어주었다. 반응기를 물중탕으로 45-50℃ 정도로 유지시키면서 기계적 교반기로 격렬하게 저어주며 3시간동안 반응시켰다. 이때 기체 크로마토그라피로서 출발물질의 소모를 확인할 수 있었으며 반응물의 분별증류를 통하여 부가반응생성물인 1,1,1,3,3,6-헥사클로로-1,3-디실라헥산 77.5g (수득률 59.6%)을 얻었다. 얻어진 생성물은 60MHz 수소핵자기공명 분석결과, ∂1.59ppm(s,2H)에서 S1-CH2-Si, 1.42ppm(t,2H)에서 Si-CH2-C, 2.10ppm(m,2H)에서 C-CH2-C, 3.60ppm(t,2H)에서 C-CH2-Cl 피크를 확인하였다.
이와 같은 방법으로 여러가지 불포화 유기화합물들을 염화백금산 촉매하에서 수소규소화 반응시킨 결과가 표 1에 나타나 있다.
(실시예 2)
실시예 1에서와 같은 방법으로 여러가지 불포화 유기화합물을 염화백금산 이외의 여러 촉매를 사용하여 수소규소화 반응시킨 결과가 표 2에 나타나 있다.
표 2 실시예 2의 결과
(실시예 3)
실시예 1에서와 같은 방법으로 여러가지 불포화 유기실란 화합물을 염화백금산 촉매하에서 수소규소화 반응시킨 결과가 표 3에 나타나 있다.
(실시예 4)
실시예 1에서와 같은 방법으로 1,1,1,3,3-펜타크로로-2-페닐-1,3-디실라프로판을 사용하여 여러가지 불포화 유기화합물을 염화백금산 촉매하에서 수소규소화 반응시킨 결과가 표 4에 나타나 있다.
표 4 실시예 4의 결과
(실시예 5
실시예 4에서와 같은 방법으로 여러가지 불포화 유기화합물을 염화백금산 이외의 여러 촉매를 사용하여 수소규소화 반응시킨 결과가 표 5에 나타나 있다.
표 5 실시예5의 결과
(실시예 6)
실시예 4에서와 같은 방법으로 여러가지 불포화 유기실란 화합물을 염화백금산 촉매하에서 수소규소화 반응시킨 결과가 표 6에 나타나 있다.
(실시예 7)
실시예 l에서와 같은 방법으로 1,1,1,4,4-펜타클로로-1,4-디실라부탄을 사용하여 여러가지 불포화 유기화합물을 염화백금산을 비롯한 여러 촉매를 사용하여 수소규소화 반응시킨 결과가 표 7에 나타나 있다.
(실시예 8
실시예 1에서와 같은 방법으로 1,1,1,5,5-펜타클로로-1,5-디실라펜탄을 사용하여 여러가지 불포화 유기화합물을 염화백금산을 비롯한 여러 촉매를 사용하여 수소규소화 반응시킨 결과가 표 8에 나타나 있다.
(실시예 9
실시예 1에서와 같은 방법으로 1,1,1,6,6-펜타클로로-1,6-디실라헥산을 사용하여 여리가지 불포화 유기화합물을 염화백금산을 비롯한 여러 촉매를 사용하여 수소규소화 반응시킨 결과가 표 9에 나타나 있다.
(실시예 10
1ℓ들이 삼구 플라스크에 응축기와 기계적 교반기, 적가깔대기를 장치하고 응축기 끝부분에는 건조된 질소가 통과하도록 하여 전 장치가 질소대기하로 유지되도록 하였다. 실시예 1에서 수소규소화 반응에 의해 생성된 1,1,1,3,3,6-헥사클로로-1,3-디실라헥산 50g(0.15mo1)의 건조된 에틸에테르에 녹인 용액을 플라스크에 넣고 기계적 교반기로 격렬히 저어 주면서 적가깔대기를 사용하여 메틸알콜 48g(1.5mo1)을 천천히 적가하였다. 반응물로부터 생성물 1,1,1,3,3-펜타메톡시-6-클로로-1,3-디실라헥산을 수득률 85.2%로 얻었다. 얻어진 생성물은 60MHz 수소핵자기공명 분석결과 ∂ 1.59ppm(s,2H)에서 Si-CH1-Si,1.42ppm(t,2H)에서 Si-CH2-C, 2.10ppm(m,2H)에서 C-CH2-C, 3.60ppm(t,2H)에서 C-CH2-C1, 3.50ppm(s,15H)에서 Si-OCH3기를 확인하였다.
이와 같은 방법으로 실시예 1에서 9까지 수소규소화 반응으로 얻어진 생성물을 메틸알콜과 반응시켜 얻은 결과가 표 10에 나타나 있다.
(실시예 11)
실시예 10에서와 같은 방법으로 실시예 1에서 9까지 수소규소화 반응으로 얻어진 생성물중 일부를 에틸알콜과 반응시켜 얻은 결과가 표 11에 나타나 있다.
(실시예 12)
실시예 10에서와 같은 방법으로 실시예 1에서 9까지 수소규소화 반응으로 얻어진 생성물중 일부를 프로필 알콜과 반응시켜 얻은 결과가 표 12에 나타나 있다.
(실시예 13)
실시예 10에서와 같은 방법으로 실시예 1에서 9까지 수소규소화 반응으로 얻어진 생성물중 일부를 부틸알콜과 반응시켜 얻은 결과가 표 13에 나타나 있다.
Claims (3)
- 일반식(Ⅲ)의 비스실릴알칸일반식(III)단, n은 1-4까지의 정수를 나타내며, R1은 수소, 페닐기를 나타내며, X는 염소, 알콕시(OR2; R2는 탄소수 1-4의 알킬기)기를 표시하며 R3는 -페닐, -CH2C1, -(CH2)nCH3(n=0-16), -Si(CH3)-시클로헥세닐기를 표시하며 -CH2CH2R3로서 다같이 고리를 형성할때 -CH2CH2R3가 시클로헥실기이다.
- 일반식(Ⅰ)의 비스실릴알칸과 일반식(II)의 탄소와 탄소의 이중결합을 가진 유기화합물 또는 시클로헥센을 촉매하에 수소규소와 반응으로 부가시켜 얻어지는 제1항의 일반식(Ⅲ)의 비스실릴알칸을 제조하는 방법.일반식(Ⅰ)단, n은 1-4까지의 정수를 나타내며, R1은 수소, 페닐기를 나타내며, X는 염소, 알콕시(OR2; R2는 탄소수 1-4의 알킬기)기를 표시한다.CH2= CH-R3일반식 (Ⅱ)
- 제1항에 있어서, 일반식(Ⅰ)의 화합물에 일반식(II)의 화합물을 수소규소화 반응으로 부가시킬때 촉매로 염화백금산, 실리카에 입힌 백금, 알루미나에 입힌 백금, 탄소에 입힌 백금, 백금 블랙, 로디움블랙, 팔라디움 블랙, 루테니움 블랙, 니켈 , 트리부틸아민, 3-클로로퍼옥시벤조산등의 화합물들 중에서 최소한 하나의 화합물을 촉매로 사용하는 것이 특징인 제조방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1019920012998A KR950004176B1 (ko) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | 두다리 실리콘 결합제인 비스실릴알칸들과 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1019920012998A KR950004176B1 (ko) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | 두다리 실리콘 결합제인 비스실릴알칸들과 그 제조방법 |
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| KR940002261A KR940002261A (ko) | 1994-02-17 |
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| KR1019920012998A KR950004176B1 (ko) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | 두다리 실리콘 결합제인 비스실릴알칸들과 그 제조방법 |
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-
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| KR940002261A (ko) | 1994-02-17 |
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