WO2012011664A2 - 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법 및 방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 제조방법 - Google Patents

방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법 및 방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 제조방법 Download PDF

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Definitions

  • a method for producing an aromatic liquid crystal polyester resin and a method for producing an aromatic liquid crystal polyester resin compound are disclosed. More specifically, acetylating a first monomer having an amino group, acetylating a second monomer having a hydroxyl group but not containing an amino group, and polycondensing the acetylated monomers with an aromatic dicarboxylic acid
  • a method for producing an aromatic liquid crystal polyester resin comprising the step of reacting and synthesizing an aromatic liquid crystal polyester prepolymer and a method for producing an aromatic liquid crystal polyester resin compound using the aromatic liquid crystal polyester resin prepared by the method are disclosed. .
  • the aromatic liquid crystal polyester resin exhibits a behavior in which the molecules are rigid, form a liquid crystal state without intermolecular entanglement even in the molten state, and the molecular chains are oriented in the flow direction by the shear force during molding.
  • the synthesized aromatic polyester resin does not have uniform physical properties as a whole.
  • the aromatic polyester resin compound and its molded article also do not have uniform physical properties as a whole, which lowers the physical properties of the resin compound such as mechanical strength, and blisters when the molded article is left in hot air or liquid for a long time. There is a problem that occurs.
  • One embodiment of the present invention is the step of acetylating the first monomer having an amino group, acetylating the second monomer having a hydroxyl group but does not include an amino group, and the acetylated monomers and aromatic dicarboxylic acid It provides a method for producing an aromatic liquid crystal polyester resin comprising the step of polycondensation reaction to synthesize an aromatic liquid crystal polyester prepolymer.
  • Another embodiment of the present invention provides a method for producing an aromatic liquid crystal polyester resin compound using the aromatic liquid crystal polyester resin prepared by the method for producing an aromatic liquid crystal polyester resin.
  • It provides a method for producing an aromatic liquid crystal polyester resin comprising the step of polycondensation reaction of the acetylated first monomer, the acetylated 2 monomer and dicarboxylic acid to synthesize an aromatic liquid crystal polyester prepolymer.
  • the method for preparing the aromatic liquid crystal polyester resin may further include synthesizing the aromatic liquid crystal polyester resin by solid-phase polycondensation of the synthesized aromatic liquid crystal polyester prepolymer.
  • the amount of the carboxylic acid anhydride may be 2.0 to 4.0 mol parts based on 1 mol part of the sum of the amino group and the hydroxyl group included in the first monomer.
  • the first monomer may include at least one compound selected from the group consisting of aromatic hydroxylamine, aliphatic hydroxylamine, aromatic diamine, aliphatic diamine, aromatic amino carboxylic acid and aliphatic amino carboxylic acid.
  • the aromatic hydroxylamine includes at least one compound selected from the group consisting of 3-aminophenol, 4-aminophenol and 2-amino-6-naphthol, and the aliphatic hydroxylamine is 3-aminopropanol, 4- At least one compound selected from the group consisting of aminobutanol and 5-aminopentanol, wherein the aromatic diamine is a group consisting of 1,4-phenylene diamine, 1,3-phenylene diamine and 2,6-naphthalene diamine At least one compound selected from, wherein the aliphatic diamine comprises at least one compound selected from the group consisting of 1,4-diaminobutane, 1,5-diaminopentane and 1,6-diaminohexane Wherein the aromatic amino carboxylic acid is at least one selected from the group consisting of 4-aminobenzoic acid, 2-amino-naphthalene-6-carboxylic acid and 4-amino-biphenyl-4-car
  • the second monomer may comprise at least one compound selected from the group consisting of aromatic diols and aromatic hydroxy carboxylic acids.
  • the aromatic diol is selected from the group consisting of biphenol, hydroquinone, 1,4-dihydroxy naphthalene and 2,6-dihydroxy naphthalene
  • At least one compound, and the aromatic hydroxy carboxylic acid may comprise at least one compound of para hydroxy benzoic acid and 6-hydroxy-2-naphthoic acid.
  • the dicarboxylic acid is selected from the group consisting of isophthalic acid, naphthalene dicarboxylic acid, terephthalic acid, 1,3-propanedicarboxylic acid, 1,4-butanedicarboxylic acid and 1,5-pentanedicarboxylic acid At least one compound may be included.
  • Acetylation of the first monomer and acetylation of the second monomer may be performed for 1 to 3 hours at a temperature range of 140 ⁇ 160 °C.
  • Synthesis of the aromatic liquid crystal polyester prepolymer may be performed for 5-8 hours in the temperature range of 310 ⁇ 340 °C.
  • the first monomer, the second monomer, and the dicarboxylic acid may each be an aromatic compound.
  • Method for producing an aromatic liquid crystal polyester resin is a step of acetylating a first monomer having an amino group with a carboxylic anhydride (acetylation step of the first monomer), having a hydroxyl group but having an amino group Reacting with a second carboxylic acid anhydride, which is not included, to further acetylate (acetylation of the second monomer) and condensation of the acetylated first monomer, the acetylated 2 monomer and dicarboxylic acid. Synthesizing the aromatic liquid crystal polyester prepolymer.
  • an acetyl group (-COCH 3 ) is introduced into the amino group (-NH 2 ) included in the first monomer to form an acetylamino group (-NHCOCH 3 ), and acetic acid is produced as a by-product.
  • the byproduct acetic acid can be removed from the product in gaseous state.
  • the amino group included in the first monomer is used in the reaction with acetic acid rather than in the acetylation reaction to form ammonium ions. Will increase production. As a result, a large amount of bubbles are generated on the surface of the product during the subsequent polycondensation reaction. Therefore, after the amino group contained in the first monomer is converted to the acetyl group under the condition of minimizing the generation of bubbles, the acetylation step of the second monomer after the acetylation step of the first monomer in order to be able to participate in the polycondensation reaction Will proceed.
  • the amount of bubbles generated on the surface of the product during the polycondensation reaction can be reduced to prevent the byproduct removal column from being closed, and the amount of gaseous by-products contained in the product is also reduced.
  • the aromatic liquid-crystalline polyester resin, its resin compound, and molded object which have the uniformity and excellent physical property as a whole can be manufactured.
  • the aromatic hydroxylamine may include at least one compound selected from the group consisting of 3-aminophenol, 4-aminophenol and 2-amino-6-naphthol.
  • the aromatic amino carboxylic acid may include at least one compound selected from the group consisting of 4-aminobenzoic acid, 2-amino-naphthalene-6-carboxylic acid and 4-amino-biphenyl-4-carboxylic acid. .
  • the aliphatic amino carboxylic acid is at least one selected from the group consisting of 4-aminobutanoic acid, 5-aminopentanoic acid, and 6-aminohexanoic acid. It may include a compound.
  • acetyl group (-COCH 3) is introduced to hydroxyl group (-OH) contained in the second monomer to form the acetyl oxy group (-OCOCH 3), and acetic acid gas is produced as a by-product do.
  • the byproduct acetic acid gas can be easily removed from the product.
  • the second monomer may comprise at least one compound selected from the group consisting of aromatic diols, aromatic hydroxy carboxylic acids and aliphatic hydroxy carboxylic acids.
  • the aromatic diol may comprise at least one compound of biphenols and hydroquinones.
  • the aromatic hydroxy carboxylic acid may comprise at least one compound of para hydroxy benzoic acid and 2-hydroxy-6-naphthoic acid.
  • the additional carboxylic anhydride may comprise at least one compound selected from the group consisting of acetic anhydride, diphenyl carbonate and benzyl acetate.
  • the polycondensation reaction of the acetylated first monomer, the acetylated 2 monomer, and dicarboxylic acid to synthesize an aromatic liquid crystal polyester prepolymer may be performed by solution polycondensation or bulk condensation polymerization. have.
  • the dicarboxylic acid is selected from the group consisting of isophthalic acid, naphthalene dicarboxylic acid, terephthalic acid, 1,3-propanedicarboxylic acid, 1,4-butanedicarboxylic acid and 1,5-pentanedicarboxylic acid At least one compound may be included.
  • metal acetate may be additionally used as a catalyst for promoting the reaction in the synthesis of the aromatic liquid crystal polyester prepolymer.
  • the metal acetate catalyst may include at least one selected from the group consisting of magnesium acetate, potassium acetate, calcium acetate, zinc acetate, manganese acetate, lead acetate, antimony acetate, and cobalt acetate.
  • the amount of the metal acetate catalyst used may be, for example, 0.10 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the total amount of the first monomer and the second monomer.
  • Synthesis of the aromatic liquid crystal polyester prepolymer may be performed for 5-8 hours in the temperature range of 310 ⁇ 340 °C. When the temperature and time are respectively within the above range, no discharge process failure occurs after the polycondensation reaction, and an aromatic liquid crystal polyester copolymer suitable for the solid state polycondensation reaction can be obtained.
  • the method for producing an aromatic liquid crystal polyester resin may further comprise the step of synthesizing the aromatic liquid crystal polyester resin by solid-phase polycondensation of the aromatic liquid crystal polyester prepolymer.
  • the heat providing method may include a method using a heating plate, a method using a hot air, a method using a high temperature fluid, and the like.
  • purging with an inert gas or vacuum removal can be performed.
  • aromatic liquid crystal polyester resin produced by the above method includes various repeating units in the chain, and may include, for example, the following repeating units:

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Abstract

방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법 및 방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 제조방법이 개시된다. 개시된 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법은 아미노기를 갖는 제1 단량체를 카르복실산 무수물과 반응시켜 아세틸화하는 단계, 수산기를 갖되 아미노기를 포함하지 않는 제2 단량체를 추가 카르복실산 무수물과 반응시켜 아세틸화하는 단계 및 상기 아세틸화된 제1 단량체, 상기 아세틸화된 2 단량체 및 디카르복실산을 중축합 반응시켜 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머를 합성하는 단계를 포함한다. 또한 개시된 방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 제조방법은 상기 방법에 의해 제조된 방향족 액정 폴리에스테르 수지를 사용한다.

Description

방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법 및 방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 제조방법
방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법 및 방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 제조방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 아미노기를 갖는 제1 단량체를 아세틸화하는 단계, 수산기를 갖되 아미노기를 포함하지 않는 제2 단량체를 아세틸화하는 단계, 및 상기 아세틸화된 단량체들과 방향족 디카르복실산을 중축합 반응시켜 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머를 합성하는 단계를 포함하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 방향족 액정 폴리에스테르 수지를 사용하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 제조방법이 개시된다.
방향족 액정 폴리에스테르 수지는 분자가 강직하며(rigid), 용융 상태에서도 분자간의 얽힘 현상이 없는 액정 상태를 형성하고, 성형시 전단력에 의해 분자쇄가 흐름방향으로 배향하는 거동을 나타낸다.
이러한 특성으로 인하여 방향족 액정 폴리에스테르 수지는 흐름성 및 내열성이 우수하기 때문에 자동차 부품, 전기·전자부품, 소형·정밀 성형품의 재료로 널리 사용되고 있다.
최근 산업의 현저한 발전과 함께 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 용도가 더욱 고도화 및 특수화되는 경향이 있다. 또한, 방향족 액정 폴리에스테르 수지는 유동성이 좋아 효율적이고 경제적으로 사출성형될 수 있다. 이러한 방향족 액정 폴리에스테르 수지는, 특히 내열성, 고온에서의 내가수분해성 및 치수 안정성이 우수하고, 휨 강도, 인장강도 및 내충격강도와 같은 기계적 강도가 우수하여 고온에서 용융납땜(soldering)되는 코일 보빈(coil bobbin)이나, 전기·전자 부품용 커넥터, 릴레이, 각종 자동차 부품용 재료, 용기용 재료, 필름 및 기판용도의 소재로 그 용도가 확대되고 있다.
이러한 방향족 액정 폴리에스테르 수지는 적어도 2종의 단량체를 중축합 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 상기 중축합 반응은 고온에서 진행되며, 생성되는 기상의 부생성물이 효과적으로 제거되지 않을 경우에는 생성물의 표면에 거품(foam)이 형성되어 상기 표면이 부풀어 오르게 된다. 만일, 생성물의 표면이 반응기의 상단부까지 부풀어 오르게 되면, 기상의 부생성물을 제거하는 칼럼이 폐쇄되어 상기 부생성물이 더 이상 제거되지 못한다. 이 경우, 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머 및 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 물성이 저하되어, 반응기의 해체 및 세정이 요구되는 공정장애가 발생한다.
또한, 기상의 부생성물로 인한 거품의 발생이 반응기의 상단부까지 진행되지는 않더라도, 중합반응 중 상기 부생성물이 생성물로부터 제거되지 못할 경우에는 합성된 방향족 폴리에스테르 수지는 전체적으로 균일한 물성을 갖지 않게 된다. 이 경우, 방향족 폴리에스테르 수지 컴파운드 및 그 성형품도 전체적으로 균일한 물성을 갖지 않게 되어 기계적 강도와 같은 수지 컴파운드의 물성이 저하될 뿐만 아니라 성형품을 고온의 공기 또는 액체 중에 장시간 방치할 경우 블리스터(blister)가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 구현예는 아미노기를 갖는 제1 단량체를 아세틸화하는 단계, 수산기를 갖되 아미노기를 포함하지 않는 제2 단량체를 아세틸화하는 단계, 및 상기 아세틸화된 단량체들과 방향족 디카르복실산을 중축합 반응시켜 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머를 합성하는 단계를 포함하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법에 의해 제조된 방향족 액정 폴리에스테르 수지를 사용하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
아미노기를 갖는 제1 단량체를 카르복실산 무수물과 반응시켜 아세틸화하는 단계;
수산기를 갖되 아미노기를 포함하지 않는 제2 단량체를 추가 카르복실산 무수물과 반응시켜 아세틸화하는 단계; 및
상기 아세틸화된 제1 단량체, 상기 아세틸화된 2 단량체 및 디카르복실산을 중축합 반응시켜 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머를 합성하는 단계를 포함하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법을 제공한다.
상기 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법은 상기 합성된 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머를 고상 중축합함으로써 방향족 액정 폴리에스테르 수지를 합성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 카르복실산 무수물의 사용량은 상기 제1 단량체에 포함된 아미노기와 수산기의 합 1몰부에 대하여 2.0~4.0몰부일 수 있다.
상기 제1 단량체는 방향족 히드록실아민, 지방족 히드록실아민, 방향족 디아민, 지방족 디아민, 방향족 아미노 카르복실산 및 지방족 아미노 카르복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 방향족 히드록실아민은 3-아미노페놀, 4-아미노페놀 및 2-아미노-6-나프톨로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하고, 상기 지방족 히드록실아민은 3-아미노프로판올, 4-아미노부탄올 및 5-아미노펜탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하며, 상기 방향족 디아민은 1,4-페닐렌 디아민, 1,3-페닐렌 디아민 및 2,6-나프탈렌 디아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하고, 상기 지방족 디아민은 1,4-디아미노부탄, 1,5-디아미노펜탄 및 1,6-디아미노헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하며, 상기 방향족 아미노 카르복실산은 4-아미노벤조산, 2-아미노-나프탈렌-6-카르복실산 및 4-아미노-바이페닐-4-카르복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하고, 상기 지방족 아미노 카르복실산은 4-아미노부타노산, 5-아미노펜타노산 및 6-아미노헥사노산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제2 단량체는 방향족 디올 및 방향족 히드록시 카르복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 방향족 디올은 바이페놀, 하이드로퀴논, 1,4-디히드록시 나프탈렌 및 2,6-디히드록시 나프탈렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하고, 상기 방향족 히드록시 카르복실산은 파라 히드록시 벤조산 및 6-히드록시-2-나프토산 중 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 카르복실산 무수물 및 추가 카르복실산 무수물은, 각각 독립적으로, 아세트산 무수물(acetic anhydride), 디페닐 카보네이트 및 벤질 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 디카르복실산은 이소프탈산, 나프탈렌 디카르복실산, 테레프탈산, 1,3-프로판디카르복실산, 1,4-부탄디카르복실산 및 1,5-펜탄디카르복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제1 단량체의 아세틸화 단계 및 상기 제2 단량체의 아세틸화 단계는, 각각 독립적으로, 140~160℃의 온도 범위에서 1~3시간 동안 진행될 수 있다.
상기 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머의 합성단계는 310~340℃의 온도 범위에서 5~8시간 동안 진행될 수 있다.
상기 제1 단량체, 제2 단량체 및 디카르복실산은 각각 방향족 화합물일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
상기 제조방법에 따라 제조된 방향족 액정 폴리에스테르 수지를 사용하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법에 의하면, 고온의 중축합 반응시 기상의 부생성물의 발생량 및 상기 기상의 부생성물로 인해 생성물의 표면에 발생하는 거품의 양이 감소될 수 있다. 이에 따라, 중축합 반응시 기상의 부생성물 제거용 칼럼의 폐쇄 및 상기 부생성물이 생성물에 포함될 경우 발생하는 수지 및 성형품의 물성 저하가 방지될 수 있다. 이로 인해, 전체적으로 균일한 물성을 갖는 방향족 액정 폴리에스테르 수지, 및 기계적 강도(특히, 휨 특성)와 내열도가 향상된 수지 컴파운드 및 사출 성형품이 제조될 수 있다. 또한, 고온의 열처리를 진행해도 블리스터가 발생하지 않는 사출 성형품이 제조될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 구현예에 따른 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 방향족 액정 폴리에스테르 수지를 사용하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법은 아미노기를 갖는 제1 단량체를 카르복실산 무수물과 반응시켜 아세틸화하는 단계(제1 단량체의 아세틸화 단계), 수산기를 갖되 아미노기를 포함하지 않는 제2 단량체를 추가 카르복실산 무수물과 반응시켜 아세틸화하는 단계(제2 단량체의 아세틸화 단계) 및 상기 아세틸화된 제1 단량체, 상기 아세틸화된 2 단량체 및 디카르복실산을 중축합 반응시켜 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머를 합성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 단량체의 아세틸화 단계에서는 상기 제1 단량체에 포함된 아미노기(-NH2)에 아세틸기(-COCH3)가 도입되어 아세틸아미노기(-NHCOCH3)를 형성하고 부생성물로서 초산이 생성된다. 여기서, 부생성물인 초산는 가스 상태로 생성물로부터 제거될 수 있다. 아미노기를 갖는 제1 단량체를 사용함으로써, 기계적 강도(특히, 휨 특성)가 우수한 방향족 액정 폴리에스테르 수지, 그 수지 컴파운드 및 성형물을 제조할 수 있다.
이러한 제1 단량체의 아세틸화 단계는 상기 제1 단량체에 포함된 반응성이 높은 아미노기를 먼저 아세틸화시킴으로써 전체적인 중축합 반응속도를 제어하기 위한 것이다. 아미노기는 수산기에 비해 반응성이 좋기 때문에 저온도에서도 아세틸화가 가능하다. 또한, 아미노기는 상기 아세틸화 단계에서 아세틸화되기 전에 부생성물인 초산과 먼저 반응하여 암모늄 이온을 형성하기도 하는데, 이러한 암모늄 이온은 계면활성제 역할을 하므로 그 농도가 증가하면 생성물 표면에 거품을 발생시키게 된다. 만일, 상기 제1 단량체 및 제2단량체를 동시에 아세틸화시키게 되면, 초산의 생성량이 급격히 증가하므로 상기 제1 단량체에 포함된 아미노기는 아세틸화 반응에 이용되기 보다는 초산과의 반응에 이용되어 암모늄 이온의 생성량을 증가시키게 된다. 이에 따라, 후속 중축합 반응시 생성물 표면에 다량의 거품을 발생시키게 된다. 따라서, 제1 단량체에 포함된 아미노기가, 거품의 발생을 최소화하는 조건에서 아세틸기로 전환된 후, 중축합반응에 참여할 수 있도록 하기 위해 제1 단량체의 아세틸화 단계후에 제2단량체의 아세틸화 단계를 진행하게 된다. 따라서, 상기 중축합 반응시 생성물 표면에 발생하는 거품의 양이 감소하여 부생성물 제거용 칼럼이 폐쇄되는 현상이 방지될 수 있으며, 생성물에 포함된 기상의 부생성물의 양도 감소한다. 이에 따라, 전체적으로 균일하고도 우수한 물성을 갖는 방향족 액정 폴리에스테르 수지, 그 수지 컴파운드 및 성형물을 제조할 수 있다.
상기 제1 단량체의 아세틸화 단계에서, 상기 카르복실산 무수물의 사용량은 상기 제1 단량체에 포함된 아미노기와 수산기의 합 1몰부에 대하여 2.0~4.0몰부일 수 있다. 상기 카르복실산 무수물의 사용량이 상기 범위이내이면, 상기 제1 단량체의 아세틸화가 충분히 이루어지므로 합성된 수지에 갈변 현상이 발생하지 않으며, 사용된 카르복실산 무수물 중 미반응되는 양이 적어 이의 제거가 용이해진다.
상기 제1 단량체의 아세틸화 단계는 140~160℃의 온도 범위에서 1~3시간 동안 진행될수 있다. 상기 온도 및 시간이 각각 상기 범위이내이면, 상기 제1 단량체의 아미노기와 수산기가 아세틸기로 충분히 전환되어 후속 중축합 반응이 저온에서 진행될 수 있고, 이에 따라 합성된 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머가 열화되지 않아 상기 프리폴리머의 갈변 현상이 발생하지 않는다.
상기 제1 단량체는 방향족 히드록실아민, 지방족 히드록실아민, 방향족 디아민 및 방향족 아미노 카르복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 방향족 히드록실아민은 3-아미노페놀, 4-아미노페놀 및 2-아미노-6-나프톨로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 지방족 히드록실아민은 3-아미노프로판올, 4-아미노부탄올 및 5-아미노펜탄올으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 방향족 디아민은 1,4-페닐렌 디아민, 1,3-페닐렌 디아민 및 2,6-나프탈렌 디아민로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 지방족 디아민은 1,4-디아미노부탄, 1,5-디아미노펜탄 및 1,6-디아미노헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 방향족 아미노 카르복실산은 4-아미노벤조산, 2-아미노-나프탈렌-6-카르복실산 및 4-아미노-바이페닐-4-카르복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 지방족 아미노 카르복실산은 4-아미노부타노산(4-aminobutanoic acid), 5-아미노펜타노산(5-aminopentanoic acid) 및 6-아미노헥산노산(6-aminohexanoic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 카르복실산 무수물은 아세트산 무수물, 디페닐 카보네이트 및 벤질 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제2 단량체의 아세틸화 단계에서는 상기 제2 단량체에 포함된 수산기(-OH)에 아세틸기(-COCH3)가 도입되어 아세틸옥시기(-OCOCH3)를 형성하고 부생성물로서 초산 가스가 생성된다. 여기서, 부생성물인 초산 가스는 생성물로부터 용이하게 제거될 수 있다.
상기 제2 단량체의 아세틸화 단계에서, 상기 추가 카르복실산 무수물의 사용량은 상기 제2 단량체에 포함된 수산기 1몰부에 대하여 1.0~1.1몰부일 수 있다. 상기 추가 카르복실산 무수물의 사용량이 상기 범위이내이면, 상기 제2 단량체의 아세틸화가 충분히 이루어지므로 합성된 방향족 액정 폴리에스테르 수지에 갈변 현상이 발생하지 않으며, 사용된 추가 카르복실산 무수물 중 미반응되는 양이 적어 이의 제거가 용이해진다.
상기 제2 단량체의 아세틸화 단계는 140~160℃의 온도 범위에서 1~3시간 동안 진행될수 있다. 상기 온도 및 시간이 각각 상기 범위이내이면, 상기 제2 단량체의 수산기가 아세틸기로 충분히 전환되어 후속 중축합 반응이 저온에서 진행될 수 있고, 이에 따라 합성된 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머가 열화되지 않아 상기 프리폴리머의 갈변 현상이 발생하지 않는다.
상기 제2 단량체는 방향족 디올, 방향족 히드록시 카르복실산 및 지방족 히드록시 카르복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 방향족 디올은 바이페놀 및 하이드로퀴논 중 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 방향족 히드록시 카르복실산은 파라 히드록시 벤조산 및 2-히드록시-6-나프토에산 중 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 추가 카르복실산 무수물은 아세트산 무수물, 디페닐 카보네이트 및 벤질 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 아세틸화된 제1 단량체, 상기 아세틸화된 2 단량체 및 디카르복실산을 중축합 반응시켜 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머를 합성하는 단계는 용액 중축합법 또는 괴상 중축합법(bulk condensation polymerization)에 의해 진행될 수 있다.
상기 디카르복실산은 이소프탈산, 나프탈렌 디카르복실산, 테레프탈산, 1,3-프로판디카르복실산, 1,4-부탄디카르복실산 및 1,5-펜탄디카르복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머의 합성단계에는 반응 촉진을 위한 촉매로서 초산금속이 추가로 사용될 수 있다. 상기 초산금속 촉매는 초산마그네슘, 초산칼륨, 초산칼슘, 초산아연, 초산망간, 초산납, 초산안티몬, 초산코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다. 상기 초산금속 촉매의 사용량은, 예를 들어 상기 제1 단량체 및 제2 단량체의 총사용량 100중량부를 기준으로 0.10 중량부 이하일 수 있다.
상기 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머의 합성단계는 310~340℃의 온도 범위에서 5~8시간 동안 진행될 수 있다. 상기 온도 및 시간이 각각 상기 범위이내이면, 중축합 반응후 배출 공정장애가 발생하지 않으며, 고상 중축합반응에 적합한 물성의 방향족 액정 폴리에스테르 프로폴리머를 얻을 수 있다.
한편, 상기 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법은 상기 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머를 고상 중축합함으로써 방향족 액정 폴리에스테르 수지를 합성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 고상 중축합 반응을 위해서는 상기 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머에 적당한 열이 제공되어야 하며, 이러한 열 제공방법으로는 가열판을 이용하는 방법, 열풍을 이용하는 방법, 고온의 유체를 이용하는 방법 등이 있다. 고상 중축합 반응시 발생하는 부생성물을 제거하기 위하여 불활성 기체를 이용한 퍼지나 진공에 의한 제거를 실시할 수 있다.
또한, 상기 방법에 의해 제조된 방향족 액정 폴리에스테르 수지는 다양한 반복단위를 사슬 내에 포함하게 되며, 예를 들어 다음과 같은 반복단위를 포함할 수 있다:
(1) 방향족 히드록실아민에서 유래하는 반복단위:
-HN-Ar-O-
(2) 방향족 디아민에서 유래하는 반복단위:
-HN-Ar-NH-
(3) 방향족 아미노 카르복실산에서 유래하는 반복단위:
-HN-Ar-CO-
(4) 방향족 디올에서 유래하는 반복단위:
-O-Ar-O-
(5) 방향족 히드록시 카르복실산에서 유래하는 반복단위:
-O-Ar-CO-
(6) 방향족 디카르복실산에서 유래하는 반복단위:
-OC-Ar-CO-
상기 화학식들에서, Ar은 페닐렌, 바이페닐렌, 나프탈렌 또는 2개의 페닐렌이 탄소 또는 탄소가 아닌 원소로 결합된 방향족 화합물이거나, 또는 페닐렌, 바이페닐렌, 나프탈렌 또는 2개의 페닐렌이 탄소 또는 탄소가 아닌 원소로 결합된 방향족 화합물 중 1개 이상의 수소가 다른 원소로 치환된 방향족 화합물일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법에 의해 제조된 방향족 액정 폴리에스테르 수지를 사용하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 제조방법을 제공한다.
상기 방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 제조방법은, 전술한 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법에 따라 방향족 액정 폴리에스테르 수지를 합성하는 단계 및 상기 합성된 방향족 액정 폴리에스테르 수지와 첨가제를 용융혼련하는 단계를 포함한다. 이러한 용융혼련을 위하여 회분식 혼련기, 2축 압출기 또는 믹싱 롤 등이 사용될 수 있다. 또한, 원활한 용융혼련을 위하여 용융혼련시 활제를 사용할 수 있다.
상기 첨가제는 무기 첨가제 및 유기 첨가제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 무기 첨가제는 유리섬유, 활석, 탄산칼슘, 운모 또는 이들 중 2 이상의 혼합물을 포함할 수 있고, 상기 유기 첨가제는 탄소섬유를 포함할 수 있다.
상기 제1 단량체, 제2 단량체 및 디카르복실산은 각각 방향족 화합물일 수 있는데, 이 경우에는 전술한 각 단계에서 전방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머, 전방향족 액정 폴리에스테르 수지, 전방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드 및 그 성형품이 각각 제조된다.
이하, 실시예들을 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1: 전방향족 액정 폴리에스테르 수지(1) 및 상기 수지의 컴파운드(1) 제조
(1단계 아세틸화 반응)
교반장치, 질소가스 유입관, 온도계 및 환류 냉각기가 장착된 10리터　반응기에 4-아미노페놀 131g(1.2몰)을 넣고 질소가스를 주입하여 상기 반응기의 내부 공간을 불활성 상태로 만든 다음, 상기 반응기에 아세트산 무수물 490g(4.8몰)과 함께 아세틸화 반응 및 후속 중축합 반응을 원활하게 진행시키기 위하여 초산칼슘 0.3g을 더 첨가하였다. 이후, 상기 반응기 온도를 30분에 걸쳐 150℃까지 승온시키고, 상기 온도에서 1시간 동안 환류시켰다.
(2단계 아세틸화 반응, 프리폴리머 및 수지의 합성 반응, 수지 컴파운드의 제조)
이어서, 상기 반응기에 파라 히드록시 벤조산 2,486g(18.0몰), 6-히드록시-2-나프토산 226g(1.2몰), 바이페놀 782g(4.2몰) 및 테레프탈산　897g(5.4몰)을 더 첨가하고,　아울러 아세트산 무수물 2,997g(29.4몰)을 첨가하였다. 이후, 상기　반응기 온도를 30분에 걸쳐 150℃까지　승온시키고,　상기 온도에서 3시간 동안 환류시켰다. 그 뒤, 부생성물인 초산을 제거하면서　6시간에 걸쳐 330℃까지 승온시켜 단량체의 중축합 반응을 진행시킴으로써 전방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머를 제조하였다. 다음에, 상기 프리폴리머를 반응기로부터 회수하여 냉각 고화시켰다. 이후, 분쇄기를 사용하여 상기 프리폴리머를 평균 입경 1mm로 분쇄하였다. 이어서, 균일한 입자크기를 갖는 전방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머 3,000g을 100리터 용량의 로터리킬른 반응기에 투입하고, 질소를 1N㎥/hr의 유속으로 계속 흘려주면서 무게 감량 시작 온도인 200℃까지 1시간에 걸쳐 승온시킨 후, 다시 5시간에 걸쳐 290℃까지 승온시켜 2시간 동안 유지함으로써 전방향족 액정 폴리에스테르 수지(1)를 제조하였다. 이어서, 상기 반응기를 상온으로 1시간에 걸쳐 냉각시킨 후 상기 반응기로부터 전방향족 액정 폴리에스테르 수지(1)를 회수하였다.
그 다음에, 상기 제조된 전방향족 액정 폴리에스테르 수지(1), 유리섬유(직경10㎛, 평균 길이 150㎛인 분쇄 유리섬유) 및 활석(직경 2~15㎛)을 중량 기준으로 65:10:25의 비율로 혼합하여 이축 압출기(L/D: 40, 직경: 20mm)를 사용하여 용융혼련함으로써 전방향족 액정 폴리에스테르 수지의 컴파운드(1)를 제조하였다. 상기 수지 컴파운드(1) 제조시 상기 이축 압출기에 진공을 가해 부생성물을 제거하였다.
실시예 2: 전방향족 액정 폴리에스테르 수지(2) 및 상기 수지의 컴파운드(2) 제조
상기 1단계 아세틸화 반응에서, 아세트산 무수물의 첨가량을 980g(9.6몰)으로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전방향족 액정 폴리에스테르 수지(2) 및 상기 수지의 컴파운드(2)를 제조하였다.
비교예 1: 전방향족 액정 폴리에스테르 수지(4) 및 상기 수지의 컴파운드(4) 제조
상기 1단계 아세틸화 반응을 생략하고, 4-아미노페놀을 비롯한 모든 단량체들을 반응기에 동시에 투입하여 아세틸화 반응 단계 및 후속 단계들을 진행한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전방향족 액정 폴리에스테르 수지(4) 및 상기 수지의 컴파운드(4)를 제조하였다. 이 경우, 아세트산 무수물의 투입량은 3,247g(31.8몰)이었다.
평가예
상기 실시예 1~2 및 비교예 1에서 제조된 각 전방향족 액정 폴리에스테르 수지의 용융점도와 용융온도; 상기 실시예 1~2 및 비교예 1에서 제조된 각 전방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 용융점도; 및 사출 성형품의 인장강도, 굴곡강도, 충격강도, 내열온도와 블리스터 발생 여부를 하기와 같은 방법으로 측정 또는 평가하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 상기 각 전방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조시, 반응기 상단부까지 생성물의 거품이 차오르는 현상과 같은 공정장애가 발생하였는지 여부를 관찰하여 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 용융점도의 측정방법
용융점도 측정 장치(Rosand社, RH2000)를 사용하여, 1.0mm×32mm 모세관으로 (용융온도＋10℃)의 온도 및 100/s의 전단속도 조건하에서 점도를 측정하여, 이를 용융점도라고 하였다.
(2) 용융온도의 측정방법
시차 주사 열량계 (TA Instruments社, DSC 2910)를 사용하여 용융온도를 측정하였다. 수지 시료를 40℃에서부터 20℃/min의 승온조건으로 가열하였을 때, 관측된 흡열피크가 나타내는 온도를 1차 용융온도(Tm1)라고 하고, Tm1보다 30℃ 높은 온도에서 10분간 유지한 후 10℃/min의 강온조건으로 40℃까지 냉각한 다음, 다시 20℃/min의 승온조건으로 가열하였을 때, 관측된 흡열피크가 나타내는 온도를 용융온도라고 하였다.
(3) 인장강도, 굴곡강도, 충격강도 및 내열온도의 측정방법
사출기(FANUC Co. Ltd, S-2000i 50B)를 사용하여 상기 제조된 각 전방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 시편을 제작하였고, 상기 각 시편을 상온으로 냉각한 후 5시간 동안 방치한 다음, 상기 각 시편의 인장강도(ASTM D638), 굴곡강도(ASTM D790), 충격강도(ASTM D256) 및 내열온도(ASTM D648)를 측정하였다.
(4) 블리스터 발생 여부 평가방법
사출기(FANUC Co. Ltd, S-2000i 50B)를 사용하여 상기 제조된 각 전방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 굴곡 시편을 제작하였고, 상기 각 시편을 270℃에서 5분간 열처리한 후, 리블로우 테스터기(삼성테크윈社, RF30102)를 사용하여 상기 열처리된 각 시편의 표면에 블리스터가 발생하였는지 여부를 평가하였다.
표 1
구분 공정장애 수지의 물성 수지 컴파운드의 용융점도(poise) 사출 성형품의 물성
용융점도(poise) 용융온도(℃) 인장강도(MPa) 굴곡강도(MPa) 충격강도(J/m) 내열온도(℃) 블리스터발생여부(발생: ○, 미발생:×)
실시예 1 無 390 334 360 115 142 850 265 ×
실시예 2 無 380 334 355 117 145 880 267 ×
비교예 1 有 180 323 95 102 118 480 254 ○
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1~2에서 제조된 각 전방향족 액정 폴리에스테르 수지 및 수지 컴파운드는 비교예 1에서 제조된 전방향족 액정 폴리에스테르 수지 및 수지 컴파운드에 비해 모든 물성이 각각 우수한 것으로 나타났다. 또한, 실시예 1~2에서 제조된 전방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 사출 성형품은 비교예 1에서 제조된 전방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 사출 성형품에 비해 모든 물성이 각각 우수한 것으로 나타났다. 또한, 전방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조시, 실시예 1~2에서는 전술한 공정장애가 발생하지 않은 반면에, 비교예 1에서는 공정장애가 발생하였다.
본 발명은 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구현예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 아미노기를 갖는 제1 단량체를 카르복실산 무수물과 반응시켜 아세틸화하는 단계;
    수산기를 갖되 아미노기를 포함하지 않는 제2 단량체를 추가 카르복실산 무수물과 반응시켜 아세틸화하는 단계; 및
    상기 아세틸화된 제1 단량체, 상기 아세틸화된 2 단량체 및 디카르복실산을 중축합 반응시켜 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머를 합성하는 단계를 포함하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합성된 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머를 고상 중축합함으로써 방향족 액정 폴리에스테르 수지를 합성하는 단계를 추가로 포함하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카르복실산 무수물의 사용량은 상기 제1 단량체에 포함된 아미노기와 수산기의 합 1몰부에 대하여 2.0~4.0몰부인 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단량체는 방향족 히드록실아민, 지방족 히드록실아민, 방향족 디아민, 지방족 디아민, 방향족 아미노 카르복실산 및 지방족 아미노 카르복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방향족 히드록실아민은 3-아미노페놀, 4-아미노페놀 및 2-아미노-6-나프톨로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하고, 상기 지방족 히드록실아민은 3-아미노프로판올, 4-아미노부탄올 및 5-아미노펜탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하며, 상기 방향족 디아민은 1,4-페닐렌 디아민, 1,3-페닐렌 디아민 및 2,6-나프탈렌 디아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하고, 상기 지방족 디아민은 1,4-디아미노부탄, 1,5-디아미노펜탄 및 1,6-디아미노헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하며, 상기 방향족 아미노 카르복실산은 4-아미노벤조산, 2-아미노-나프탈렌-6-카르복실산 및 4-아미노-바이페닐-4-카르복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하고, 상기 지방족 아미노 카르복실산은 4-아미노부타노산, 5-아미노펜타노산 및 6-아미노헥사노산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단량체는 방향족 디올, 방향족 히드록시 카르복실산 및 지방족 히드록시 카르복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방향족 디올은 바이페놀, 하이드로퀴논, 1,4-디히드록시 나프탈렌 및 2,6-디히드록시 나프탈렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하고, 상기 방향족 히드록시 카르복실산은 파라 히드록시 벤조산 및 6-히드록시-2-나프토산 중 적어도 1종의 화합물을 포함하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 카르복실산 무수물 및 추가 카르복실산 무수물은, 각각 독립적으로, 아세트산 무수물, 디페닐 카보네이트 및 벤질 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 디카르복실산은 이소프탈산, 나프탈렌 디카르복실산, 테레프탈산, 1,3-프로판디카르복실산, 1,4-부탄디카르복실산 및 1,5-펜탄디카르복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 포함하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단량체의 아세틸화 단계 및 상기 제2 단량체의 아세틸화 단계는, 각각 독립적으로, 140~160℃의 온도 범위에서 1~3시간 동안 진행되는 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머의 합성단계는 310~340℃의 온도 범위에서 5~8시간 동안 진행되는 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단량체, 제2 단량체 및 디카르복실산은 각각 방향족 화합물인 방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 방향족 액정 폴리에스테르 수지를 사용하는 방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 제조방법.
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