WO2018199502A1 - 폴리에스터아미드 및 그의 제조방법 - Google Patents

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WO2018199502A1
WO2018199502A1 PCT/KR2018/004081 KR2018004081W WO2018199502A1 WO 2018199502 A1 WO2018199502 A1 WO 2018199502A1 KR 2018004081 W KR2018004081 W KR 2018004081W WO 2018199502 A1 WO2018199502 A1 WO 2018199502A1
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pyrrolidone
polyesteramide
butyrolactone
gamma
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조정희
문서현
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지에스칼텍스 주식회사
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    • C08G2230/00—Compositions for preparing biodegradable polymers

Definitions

  • the present invention relates to polyesteramides and methods for their preparation, and more particularly, to biodegradable polyesteramides and methods for their preparation.
  • artificially synthesized polymers Due to its versatility, low cost and mechanical properties, artificially synthesized polymers have spread in remarkable ways and have penetrated almost every part of our lives. However, artificially synthesized polymers are generally difficult to decompose naturally, and when disposed or discharged in nature, it takes a long time to decompose, thereby increasing the load on the environment.
  • Nylon 4 called polybutyrolactam, polypyrrolidone and polypyrrolidinone, is considered a dream synthetic fiber that can replace cotton.
  • GAF General Aniline & Film
  • 2-pyrrolidone butyrolactone was polymerized into polypyrrolidone (nylon 4) by the end of the 1940s. .
  • nylon 4 is known to be biodegradable, which is a promising material in the polymer industry, which is increasing the demand for environmentally friendly products.
  • Korean Patent No. 0986158 discloses a technique relating to a method for producing nylon 4.
  • nylon 4 polypyrrolidone
  • Td pyrolysis temperature
  • Tm melting point
  • One object of the present invention is to provide a biodegradable polyesteramide and a method for producing the same.
  • one object of the present invention is to provide a polyesteramide having a low melting point (Tm) and excellent workability and a method for producing the same.
  • one object of the present invention is to provide a production method capable of efficiently producing the aforementioned polyesteramide.
  • polyesteramide according to the above 1 which is a copolymer of 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone.
  • a process for preparing polyesteramide comprising copolymerizing 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone in the presence of an alkaline catalyst.
  • the alkaline catalyst is a hydride of alkali metal, alkaline earth metal, alkali metal or alkaline earth metal, hydroxide of alkali metal or alkaline earth metal, hydrate of alkali metal or alkaline earth metal, carbonate of alkali metal or alkaline earth metal, A method for producing a polyesteramide comprising at least one selected from the group consisting of cyanides of alkali metals or alkaline earth metals, alkoxides of alkali metals or alkaline earth metals, alkaline organometallic compounds and Grignard Reagent.
  • the initiator comprises at least one selected from the group consisting of carbon dioxide or acetic anhydride, method of producing polyesteramide.
  • a first initiator comprising at least one selected from the group consisting of carbon dioxide and acetic anhydride
  • a process for producing a polyesteramide comprising a second initiator comprising at least one selected from the group consisting of N-acetyl pyrrolidone and 1,6-hexamethylene diisocyanate,
  • N-acetyl pyrrolidone is included in an amount of 0.1 to 2 mol% based on the total moles of 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone.
  • polyesteramide of the present invention has biodegradability, it is environmentally friendly and can be applied to various industrial fields, and in particular, it can be used for products used in the human body such as cosmetics.
  • the polyesteramide of the present invention is excellent in workability, such as low melting point compared to pyrolysis temperature, so that it may be added to an extrusion process unlike other biodegradable polyamide having high melting point.
  • the method for producing polyesteramide according to the present invention can produce polyamide faster and more economically.
  • the liquid phase is easy to control the process and the reaction rate can be further accelerated.
  • the ring opening reaction can be more effectively promoted by stabilizing the anion with a resonance effect. Can be. Therefore, the production method of the polyamide according to the present invention can effectively shorten the polymerization time.
  • the present invention relates to a polyesteramide having a repeating unit having a specific structure, but also to a polyesteramide having a melting point lower than the pyrolysis temperature and showing excellent processability, and a method for producing the same.
  • Polyesteramide according to an embodiment of the present invention may include a repeating unit of the formula (1):
  • polyesteramide according to the present invention is biodegradable, it may be more environmentally friendly and more useful for various industries such as the bio industry and the cosmetic industry.
  • the polyesteramide according to the present invention has a melting point (about 189 degrees (° C.)) lower than the pyrolysis temperature (about 300 degrees (° C.)), thereby facilitating thermal processing. Therefore, it is easy to manufacture in various forms, it can be freely processed in the form of pellets, fibers, films and the like.
  • the polyesteramide according to the present invention is not particularly limited as long as it can have the above structure, and may be, for example, a copolymer of 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone.
  • the polyesteramides according to the invention can be prepared comprising copolymerizing 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone in the presence of an alkaline catalyst.
  • the copolymerization of 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone can be carried out by anionic polymerization in the presence of an alkaline catalyst.
  • Alkaline catalysts are for example hydrides of alkali metals, alkaline earth metals, alkali or alkaline earth metals, hydroxides of alkali or alkaline earth metals, hydrates of alkali or alkaline earth metals, carbonates of alkali or alkaline earth metals, alkali or alkaline earth metals. It may include at least one selected from the group consisting of cyanide, alkali metal or alkali earth metal alkoxide (C1 ⁇ C10), alkaline organic metal compound and Grignard Reagent. N-butyllithium may be used as the organometallic compound.
  • potassium tert-butoxide, potassium hydroxide (KOH) and the like may be used as the alkaline catalyst, more preferably potassium tert-butoxide.
  • the alkaline catalyst is preferably used in a ratio of 5 to 30 mol% (mol%), more preferably 10 to 20 mol%, relative to the total moles of 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone.
  • mol% mol%
  • the alkaline catalyst is used in less than 5 mol% relative to the total moles of 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone, there is a problem that the reaction proceeds slowly, and when used in excess of 30 mol%, the color of the polymer becomes dark brown. There is a problem.
  • copolymerization of 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone may be carried out by adding an initiator.
  • An initiator is a substance that induces ring-opening polymerization of 2-pyrrolidone and / or gamma-butyrolactone, and may be used without any limitation as long as it is an initiator that can be used for ring-opening of 2-pyrrolidone and / or gamma-butyrolactone.
  • carbon dioxide may be used.
  • carbon dioxide When carbon dioxide is used as the initiator, it is preferably used in a ratio of 2 to 8 mol% (mol%), more preferably 4 to 7 mol% relative to the total moles of 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone. When the carbon dioxide is used in less than 2 mol% relative to the total moles of 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone, there is a problem that the reaction proceeds slowly, and when used in excess of 8 mol%, the molecular weight decreases. .
  • it may include acetic anhydride as an initiator.
  • Acetic anhydrides can be used alone or in combination with carbon dioxide.
  • Acetic anhydride exhibits a molecular weight, yield, and the like equivalent to that of carbon dioxide, and is liquid in the reaction conditions, so that the acetic anhydride is better mixed with monomers than carbon dioxide and the process control is easier.
  • the reaction rate may be faster than when carbon dioxide is used, the polymerization time may be shortened.
  • the acetic anhydride may be included in an amount of 0.5 to 8 mol%, preferably 1 to 5 mol%, more preferably 2.5 to 5 mol, based on the total moles of 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone. May be included as a%.
  • acetic anhydride is used at less than 0.5 mol% relative to the total moles of 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone, there is a problem of a slow polymerization rate, and a molecular weight decreases when used in excess of 8 mol%. There is.
  • the initiator may further comprise a second initiator for further promoting the initiation reaction.
  • a second initiator for example, an isocyanate compound can be used.
  • the isocyanate compounds include benzyl isocyanate, 4,4-methylenebis (phenyl isocyanate), toluene-2,4-diisocyanate (toluene-2,4) -diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate (1,6-hexamethylene diisocyanate, HDI) or isophoron diisocyanate, 4,4-benzyl Lidenebis (6-methyl-m-phenylene) tetraisocyanate [4,4-benzylidenebis (6-methyl-m-phenylene) tetraisocyanate], silicon tetraisocyanate, and methylidinetri-p-phenylene tree Isocyanate (methylidyn), 4,4-methylene
  • N-acetyl pyrrolidone may be used as the second initiator.
  • N-acetyl pyrrolidone may be used alone or in combination with the above-mentioned isocyanate compound. N-acetyl pyrrolidone can effectively promote the initiation reaction by stabilizing the anion due to the resonance effect of the carboxyl group of the acetyl group to promote the ring opening of 2-pyrrolidone during the initiation reaction.
  • carbon dioxide and acetic anhydride described above may be referred to as the first initiator to distinguish it from the second initiator.
  • Initiator comprises a first initiator comprising at least one selected from the group consisting of carbon dioxide and acetic anhydride; A second initiator comprising at least one selected from the group consisting of isocyanate compounds and N-acetyl pyrrolidone can be used.
  • the first initiator and the second initiator may be added simultaneously or sequentially in consideration of a specific catalyst or type of initiator, a scale of a polymerization reaction, and the like. Even in the case of being sequentially added, an appropriate time may elapse after the addition of the first initiator in consideration of the type of specific catalyst or initiator, the scale of the polymerization reaction, and the like may be added, for example, after the addition of the first initiator. It may be added within 30 minutes to 1 hour, but is not limited thereto.
  • the initiator is a first initiator which is at least one of carbon dioxide and acetic anhydride, and N-acetyl pyrrolidone and 1,6- And a second initiator that is at least one of hexamethylene diisocyanate.
  • acetic anhydride as the first initiator and 1,6-hexamethylene diisocyanate may be used as the second initiator.
  • the second initiator when the second initiator comprises at least one of N-acetyl pyrrolidone and 1,6-hexamethylene diisocyanate the second initiator is 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone It may be used in 0.1 to 2 mol% relative to the total moles of.
  • the second initiator is used at less than 0.1 mol% relative to the total moles of 2-pyrrolidone and gamma-butyrolactone, there is a problem in that the polymerization rate is slow, and when used in excess of 2 mol%, the molecular weight decreases. .
  • Polyamide production method including the above-described method can be carried out faster the opening reaction (opening ring reaction) can shorten the polymerization time.
  • the molecular weight, yield and melting point (Tm) of the polyesteramide polymerized according to Table 1 are shown in Table 2 below.
  • potassium tert-butoxide which is an alkoxide-based catalyst, has a more excellent effect than potassium hydroxide.

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Abstract

본 발명은 폴리에스터아미드 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 특정 구조의 반복단위를 가짐으로써 생분해성을 가지면서도 열분해 온도보다 낮은 용융점을 가져 우수한 가공성을 나타내는 폴리에스터아미드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

폴리에스터아미드 및 그의 제조방법
본 발명은 폴리에스터아미드 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생분해성 폴리에스터아미드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
다용성이 우수하고, 저비용 및 기계적 특성 때문에, 인공적으로 합성된 폴리머는 주목할 만한 방법으로 확산되어 우리 삶의 거의 모든 부분에 침투해 왔다. 그러나, 인공적으로 합성된 폴리머는 일반적으로 자연 분해가 어려워 자연계에 폐기 또는 방류되는 경우, 분해되는데 장시간이 걸리기 때문에 환경에 주는 부하가 증대될 수 있다.
과학 기술이 발전할수록 환경 보호에 관한 관심이 증대되며, 이러한 차원에서, 인공적으로 합성된 폴리머는 환경오염을 방지할 수 있고 폐 처리에 따른 사회적 비용을 경감시킬 수 있는 방안이 요구된다.
폴리부티로락탐, 폴리피롤리돈, 폴리피롤리디논 등 여러 이름으로 불리는 나일론 4는 면을 대체할 수 있는 꿈의 합성섬유로 여겨진다. 미국 코네티컷주의 스탬포드시에 있었던 GAF(General Aniline & Film)사의 연구팀은 1940년대 말경에 2-피롤리돈(부티로락톤)이 중합반응을 진행해 폴리피롤리돈(나일론 4)으로 합성이 되는 것을 발견하였다.
특히 나일론 4는 생분해성이 있는 것으로 알려져 있어, 친환경 제품에 대한 요구가 증가하고 있는 고분자 산업 분야에서 유망한 소재이다.
한국등록특허 제0986158호는 나일론 4의 제조방법에 관한 기술을 개시하고 있다.
그러나, 나일론 4(폴리피롤리돈)는 생분해성이 있으나, 용융점(Tm) (약 260도(℃)) 보다 높은 열분해 온도 (Td)(약 265도(℃))를 가지고 있으므로, 나일론 4는 고온에서 용융이 되면서 동시에 분해가 일어나므로 열적 가공성이 나쁘다는 단점이 있다. 따라서 나일론 4는 성형가공성 관점에서 개선이 필요하다.
본 발명의 일 과제는 생분해성을 갖는 폴리에스터아미드 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 과제는 용융점(Tm)이 낮아서 가공성이 우수한 폴리에스터아미드 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 과제는 전술한 폴리에스터아미드를 효율적으로 생산할 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.
1. 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리에스터아미드:
[화학식 1]
Figure PCTKR2018004081-appb-I000001
2. 위 1에 있어서, 2-피롤리돈과 감마-부티로락톤의 공중합체인 폴리에스터아미드.
3. 위 1에 있어서, 생분해성인 폴리에스터아미드.
4. 알칼리성 촉매 존재 하에 2-피롤리돈과 감마-부티로락톤을 공중합하는 단계를 포함하는 폴리에스터아미드의 제조방법.
5. 위 4에 있어서, 상기 알칼리성 촉매는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수소화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수산화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 탄산염, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 시안화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 알콕사이드, 알칼리성 유기 금속 화합물 및 그리냐드 시약(Grignard Reagent)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는, 폴리에스터아미드의 제조방법.
6. 위 4에 있어서, 상기 알칼리성 촉매는 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 5 내지 30 몰%로 포함되는, 폴리에스터아미드의 제조 방법.
7. 위 4에 있어서, 상기 공중합하는 단계는 개시제를 투입하여 수행되는, 폴리에스터아미드의 제조방법.
8. 위 7에 있어서, 상기 개시제는 이산화탄소 또는 아세틱 안하이드라이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 폴리에스터아미드의 제조 방법.
9. 위 7 에 있어서, 상기 개시제는,
이산화탄소 및 아세틱 안하이드라이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제1 개시제; 및
N-아세틸 피롤리돈 및 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제2 개시제를 포함하는, 폴리에스터아미드의 제조 방법,
10. 위 9에 있어서, 상기 제1 개시제 및 제2 개시제는 순차로 첨가되는, 폴리에스터아미드의 제조 방법.
11. 위 8 또는 9에 있어서, 상기 아세틱 안하이드라이드는 상기 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 0.5 내지 8 몰%로 포함되는, 폴리에스터아미드의 제조 방법.
12. 위 9에 있어서, 상기 N-아세틸 피롤리돈은 상기 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 0.1 내지 2 몰%로 포함되는, 폴리아미드의 제조 방법.
13. 위 9에 있어서, 상기 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트는 상기 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 0.1 내지 2 몰%로 포함되는, 폴리아미드의 제조 방법.
본 발명의 폴리에스터아미드는 생분해성을 가지므로 친환경적이며 다양한 산업 분야에 적용될 수 있고, 특히 화장품 등 인체에 사용되는 제품에도 사용이 가능하다.
또한, 본 발명의 폴리에스터아미드는 열분해 온도에 비해 용융점이 낮아서 용융점이 높은 다른 생분해 폴리아미드와는 달리 압출 공정에 투입될 수 있는 등, 가공성이 우수하다.
또한, 본 발명에 따른 폴리에스터아미드의 제조방법은 폴리아미드를 보다 빠르고 경제적으로 제조할 수 있다.
예를 들어, 개시제로 아세틱 안하이드라이드를 사용할 경우 액상이어서 공정 제어가 용이하며 반응 속도도 더욱 촉진할 수 있고, 아세틸 화합물을 사용하는 경우 공명 효과로 음이온을 안정화시킴으로서 개환 반응을 더욱 효과적으로 촉진할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 폴리아미드의 제조방법은 중합 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다.
본 발명은 특정 구조의 반복단위를 가짐으로써 생분해성을 가지면서도 열분해 온도보다 낮은 용융점을 가져 우수한 가공성을 나타내는 폴리에스터아미드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 본 발명을 설명하기 위한 예시에 불과한 것으로 이해되어야 하며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 폴리에스터아미드는 하기 화학식 1의 반복단위를 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Figure PCTKR2018004081-appb-I000002
본 발명에 따른 폴리에스터아미드는 생분해성을 가지므로, 친환경적이며 각종 산업, 예를 들면 바이오 산업, 화장품 산업 등에 더욱 유용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 폴리에스터아미드는 열분해온도(약 300도(℃))보다 낮은 용융점(약 189도(℃))을 가지기 때문에 열적 가공이 용이하다. 따라서 다양한 형태로 제조가 용이하여, 펠렛, 섬유, 필름 등의 형태로 자유롭게 가공될 수 있다.
본 발명에 따른 폴리에스터아미드는 상기 구조를 가질 수 있다면 제조되기 위해 사용되는 모노머는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, 2-피롤리돈과 감마-부티로락톤의 공중합체일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 폴리에스터아미드의 제조방법의 일 실시형태에 대해 설명하기로 한다. 그러나 이는 본 발명을 설명하기 위한 예시에 불과한 것으로 이해되어야 하며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
폴리에스터아미드의 제조방법의 일 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 폴리에스터아미드는 알칼리성 촉매 존재 하에 2-피롤리돈과 감마-부티로락톤을 공중합하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
2-피롤리돈과 감마-부티로락톤의 혼합비는 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들면, 2-피롤리돈:감마-부티로락톤 = 6:4 내지 9:1, 바람직하게는 7:3 내지 8:2의 중량비일 수 있으며, 상기 범위에서 분자량 및 수율이 가장 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 2-피롤리돈과 감마-부티로락톤의 공중합은 알칼리성 촉매의 존재 하에 음이온 중합으로 수행될 수 있다.
알칼리성 촉매는 예를 들면 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수소화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수산화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 탄산염, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 시안화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 알콕사이드(C1~C10), 알칼리성 유기 금속 화합물 및 그리냐드 시약(Grignard Reagent)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 유기 금속 화합물로는 n-부틸리튬이 사용될 수 있다. 바람직하게는 상기 알칼리성 촉매로서 칼륨 tert-부톡사이드, 수산화칼륨(KOH) 등이 사용될 수 있고, 보다 바람직하게는 칼륨 tert-부톡사이드를 사용할 수 있다.
상기 알칼리성 촉매는 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 5 내지 30 몰%(mol%), 더욱 바람직하게는 10 내지 20 몰%의 비율로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 알칼리성 촉매를 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 5몰% 미만으로 사용할 경우 반응이 느리게 진행되는 문제가 있으며, 30몰%를 초과하여 사용할 경우 중합물의 색상이 점점 짙은 갈색을 띄는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 2-피롤리돈과 감마-부티로락톤의 공중합은 개시제를 투입하여 수행될 수 있다.
개시제는 2-피롤리돈 및/또는 감마-부티로락톤의 개환 중합을 유도하는 물질로서, 2-피롤리돈 및/또는 감마-부티로락톤의 개환에 사용될 수 있는 개시제라면 별다른 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 이산화탄소가 사용될 수 있다.
이산화탄소를 개시제로 사용할 경우, 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 2 내지 8 몰%(mol%), 더욱 바람직하게는 4 내지 7 몰%의 비율로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 이산화탄소를 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 2몰% 미만으로 사용할 경우 반응이 느리게 진행되는 문제가 있으며, 8몰%를 초과하여 사용할 경우 오히려 분자량이 감소하는 문제가 있다.
본 발명의 다른 구현예로서, 개시제로 아세틱 안하이드라이드를 포함할 수 있다. 아세틱 안하이드라이드는 단독으로 또는 이산화탄소와 함께 사용될 수 있다.
아세틱 안하이드라이드는 이산화탄소와 동등 내지 동등 이상의 분자량, 수율 등을 나타내면서도, 반응 조건에서 액상이므로 이산화탄소보다 단량체와 혼합이 잘되고 공정 제어가 용이하다. 또한 반응속도가 이산화탄소를 사용한 경우보다 빠를 수 있으므로, 중합시간을 단축시킬 수 있다.
예를 들어, 아세틱 안하이드라이드는 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 0.5 내지 8 몰%로 포함될 수 있고, 바람직하게 1 내지 5 몰%, 보다 바람직하게 2.5 내지 5 몰%로 포함될 수 있다. 아세틱 안하이드라이드를 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 0.5몰%미만으로 사용할 경우 중합 속도가 느린 문제가 있으며, 8몰%를 초과하여 사용할 경우 오히려 분자량이 감소하는 문제가 있다.
본 발명의 일 구현예로서, 개시제는 개시 반응을 더욱 촉진하기 위한 제2 개시제를 더 포함할 수 있다. 제2 개시제로는 예를 들어 이소시아네이트계 화합물을 사용할 수 있다. 이소시아네이트계 화합물의 구체적인 예로는 벤질 이소시아네이트(benzyl isocyanate), 4,4-메틸렌비스(페닐이소시아네이트)(4,4-methylenebis(phenyl isocyanate)), 톨루엔-2,4-디이소시아네이트(toluene-2,4-diisocyanate), p-페닐렌 디이소시아네이트(p-phenylene diisocyanate), 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(1,6-hexamethylene diisocyanate, HDI) 또는 이소포론 디이소시아네이트(isophoron diisocyanate), 4,4-벤질리덴비스(6-메틸-m-페닐렌)테트라이소시아네이트[4,4-benzylidenebis(6-methyl-m-phenylene)tetraisocyanate], 실리콘 테트라이소시아네이트(silicon tetraisocyanate), 및 메틸리딘트리-p-페닐렌 트리이소시아네이트(methylidynetri-p-phenylene triisocyanate) 등을 들 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예로서, 제2 개시제로 N-아세틸 피롤리돈을 사용할 수 있다.
N-아세틸 피롤리돈은 단독으로 사용될 수 있으며, 전술한 이소시아네이트계 화합물과도 혼합되어 사용될 수 있다. N-아세틸 피롤리돈은 아세틸기의 카르복시 관능기에 의한 공명 효과로 인해 음이온이 안정화되어 개시 반응 중 2-피롤리돈의 개환(ring opening)을 촉진시켜 개시 반응을 효과적으로 촉진할 수 있다.
본 발명에 있어서, 제2 개시제와 구분하기 위해 전술한 이산화탄소 및 아세틱 안하이드라이드를 제1 개시제로 지칭할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 개시제는 이산화탄소 및 아세틱 안하이드라이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제1 개시제; 이소시아네이트계 화합물 및 N-아세틸 피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제2 개시제가 사용될 수 있다. 상기 제1 개시제 및 제2 개시제는 구체적인 촉매 또는 개시제의 종류, 중합 반응의 규모 등을 고려하여 동시에 또는 순차로 첨가될 수 있다. 순차로 첨가되는 경우에도 역시 구체적인 촉매 또는 개시제의 종류, 중합 반응의 규모 등을 고려하여 제1 개시제의 첨가 후 적절한 시간이 경과되고 제2 개시제가 첨가될 수 있으며, 예를 들면 제1 개시제 첨가 후 30분 내지 1 시간 이내에 첨가될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예로서 바람직하게는, 반응 속도, 분자량, 수율 등의 측면에서 개시제는 이산화탄소 및 아세틱 안하이드라이드 중 적어도 하나인 제1 개시제, 및 N-아세틸 피롤리돈 및 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 중 적어도 하나인 제2 개시제를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 일 구현예로서 바람직하게는, 제1 개시제로 아세틱 안하이드라이드 및 제2 개시제로 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따라 제2 개시제가 N-아세틸 피롤리돈 및 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 중 적어도 하나를 포함하는 경우에 제2 개시제는 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 0.1 내지 2 몰%로 사용될 수 있다. 제2 개시제를 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 0.1몰%미만으로 사용할 경우 중합 속도가 느린 문제가 있으며, 2몰%를 초과하여 사용할 경우 오히려 분자량이 감소하는 문제가 있다.
상기와 같은 방법을 포함하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 폴리아미드의 제조방법은 개시 반응(개환 반응)을 더욱 빠르게 수행되도록 할 수 있으므로 중합시간을 단축시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1
하기 표 1에 기재된 조성으로 반응기에 투입되는 원료들을 구성하고 중합 반응을 수행하였다. (반응조건: 1L reactor, 50 ℃, 400 mTorr)
Figure PCTKR2018004081-appb-T000001
상기 표 1에 따라 중합된 폴리에스터아미드의 분자량, 수율 및 용융점(Tm)은 하기 표 2와 같다.
Figure PCTKR2018004081-appb-T000002
상기 표 1 및 2를 참고하면, 2-피롤리돈: 감마-부티로락톤의 혼합 중량비가 7:3 내지 8:2인 경우가 용융점 측면에서 보다 우수한 것을 확인할 수 있다.
또한, 촉매로서 수산화칼륨보다 알콕사이드계인 칼륨 tert-부톡사이드가 보다 우수한 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
실시예 2
하기 표 3에 기재된 조성으로 반응기에 투입되는 원료들을 구성하고 실시예 1과 동일한 조건에서 중합 반응을 수행하였다.
Figure PCTKR2018004081-appb-T000003
상기 표 3에 따라 제조된 폴리에스터아미드의 수율, 평균 분자량 및 반응시간을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.
Figure PCTKR2018004081-appb-T000004
상기 표 3 및 4를 참고하면, 2-피롤리돈: 감마-부티로락톤의 혼합 중량비가 7:3 내지 8:2인 경우가 용융점 측면에서 보다 우수한 것을 확인할 수 있다.
실시예 3
하기 표 5에 기재된 조성으로 반응기에 투입되는 원료들을 구성하고 실시예 1과 동일한 조건에서 중합 반응을 수행하였다.
Figure PCTKR2018004081-appb-T000005
상기 표 5에 따라 제조된 폴리아미드의 수율, 평균 분자량 및 반응시간을 측정하여 하기 표 6에 나타내었다.
Figure PCTKR2018004081-appb-T000006
상기 표 5 및 6을 참고하면, 제1 개시제와 제2 개시제를 모두 사용하는 경우에는 중량평균 분자량이 현저히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 개시제의 사용에 따라 분자량 조절이 가능하다.

Claims (13)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리에스터아미드:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2018004081-appb-I000003
    .
  2. 청구항 1에 있어서, 2-피롤리돈과 감마-부티로락톤의 공중합체인 폴리에스터아미드.
  3. 청구항 1에 있어서, 생분해성인 폴리에스터아미드.
  4. 알칼리성 촉매 존재 하에 2-피롤리돈과 감마-부티로락톤을 공중합하는 단계를 포함하는 폴리에스터아미드의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 알칼리성 촉매는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수소화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수산화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 탄산염, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 시안화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 알콕사이드, 알칼리성 유기 금속 화합물 및 그리냐드 시약으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는, 폴리에스터아미드의 제조방법.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 알칼리성 촉매는 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 5 내지 30 몰%로 포함되는, 폴리에스터아미드 제조 방법.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 공중합하는 단계는 개시제를 투입하여 수행되는, 폴리에스터아미드의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 개시제는 이산화탄소 및 아세틱 안하이드라이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 폴리에스터아미드의 제조 방법.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 개시제는,
    이산화탄소 및 아세틱 안하이드라이드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제1 개시제; 및
    N-아세틸 피롤리돈 및 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제2 개시제를 포함하는, 폴리에스터아미드의 제조 방법,
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 제1 개시제 및 제2 개시제는 순차로 첨가되는, 폴리에스터아미드의 제조 방법.
  11. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서, 상기 아세틱 안하이드라이드는 상기 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 0.5 내지 8 몰%로 포함되는, 폴리에스터아미드의 제조 방법.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 N-아세틸 피롤리돈은 상기 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 0.1 내지 2 몰%로 포함되는, 폴리에스터아미드의 제조 방법.
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트는 상기 2-피롤리돈 및 감마-부티로락톤의 총 몰 대비 0.1 내지 2 몰%로 포함되는, 폴리에스터아미드의 제조 방법.
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