KR20090082041A - 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 옥외 내후성이 우수한 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르를 제조하는 방법이다. 이 방법에 의하면 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드의 용매존재하에 에피클로로히드린과 혼합하여 가수분해시켜 헥사하이드로디카르복실산을 생성하고, 생성된 헥사하이드로디카르복실산과 에피클로로히드린 및 촉매를 혼합하여 탈염소 가능한 클로로히드린에스테르를 생성한 다음에 생성된 탈염소 가능한 클로로히드린에스테르를 알카리금속화합물에 넣어
와 같은 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르를 제조할 수 있다. 제조된 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르는 이중결합의 파괴로 인한 황변, 쵸킹에 따른 광택 손실, 내트랙킹성 저항 등이 존재하지 않아 옥외 절연재의 주 물질로 사용할 수 있는 효과가 있다.
에폭시 수지, 도료제, 불포화화합물, 유기 경화제
Description
본 발명은 전기절연재료로서 탁월한 기능을 갖는 치환식 에폭시수지에 관한 것으로서, 특히 다양한 용도에 사용될 수 있도록 화학적, 기계적, 또는 전기적 특성 등과 같은 우수한 특성을 지닌 주 물질인 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
에폭시 수지는 가장 용도가 넓은 플라스틱 재료들중의 하나로서, 화학, 전기, 기계, 토목공업의 분야에서 접착제, 도료, 적층폼, 주형폼, 성형폼 등으로서 역할을 다하고 있다. 현재 에폭시 수지의 주류를 이루고 있는 것은 비스페놀 A[2,2-비스(4-히드록시페놀)프로판]와 에피클로로히드린과의 축합생성물이다. 여기에서 비스페놀 A는 페놀과 아세톤으로, 또한 에피클로로히드린은 프로필렌으로 제조된다. 비스페놀 A대신에 노볼락등의 페놀계 화합물을 사용한 것이나 혹은 불포화화합물, 예컨대 시클로펜타젠이나 시클로헥센 유도체, 폴리부타디엔, 건성유등의 불포화기에 유기과산류를 사용하여 에폭시기를 도입하는 방법이 있고 비스페놀 A계 수지와는 다른 성상을 갖는 수지를 얻을 수 있다.
일반적으로 전기 절연재로 사용되는 에폭시 수지는 비스페놀-A와 에피클로로히드린을 산 또는 염기성 촉매의 존재하에서 반응되어 제조된다. 이때에 에폭시 수지는 반응성이 크기 때문에 경화제와 함께 사용하여야 한다. 에폭시 수지는 경화제와 반응하여 비로소 기계적 강도나 내약품성 등의 성질이 뛰어나지만 그 성질은 경화제의 종류나 배합비, 혹은 경화조건 등에 의하여 크게 변하게 된다. 비스페놀-A형 에폭시 수지와 산무수물경화제를 이용하는 에폭시 성형물은 전기적 및 기계적 물성 등 제반물성이 양호하나 옥외폭로시 자외선, 산성비, 온도변화 등으로 화학구조 내의 이중결합의 파괴로 황변, 쵸킹에 따른 광택 손실, 내트랙킹성 저항 등의 문제점으로 옥외 전기절연물로는 사용하지 못하고 옥내용으로만 제한적으로 사용하여 왔었다. 다시 말하면 종래의 에폭시 수지는 그의 주 물질인 비스페놀 A계에 벤젠고리가 형성되어 있어 대기중에 산소와 산화반응이 일으켜 분자결합의 화학구조에서 이중결합이 파괴되는 결과로, 에폭시 코팅시에 내후성이 열악하게 되어 대기중의 산소와 산화반응으로 전기 절연재료가 변색하게 되었다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 주 물질에 벤젠고리가 형성되지 않도록 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드로부터 가수분해, 축합반응, 분액반응 등을 거쳐 생성되는 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르의 제조방법을 제공하는 것이 목적이다. 특히 내열성, 투명성, 전기절연성을 유지하면서 옥외 내후성의 기능을 보다 향상시킨 헥사하이드로프탈릭언하이드라이 드 디글리시딜에스테르를 제공하는 것이 목적이다.
상술한 바와 같은 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르의 제조방법은 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드의 용매존재하에 에피클로로히드린과 혼합하여 가수분해시켜 헥사하이드로디카르복실산을 생성하고, 생성된 헥사하이드로디카르복실산과 에피클로로히드린 및 촉매를 혼합하여 탈염소 가능한 클로로히드린에스테르를 생성한 다음에 생성된 탈염소 가능한 클로로히드린에스테르를 알카리금속화합물에 넣어
와 같은 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르를 생성한다. 또한 생성된 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르를 염화나트륨의 용액과 탈염 증류수에 넣고 교반하여 분액하고나서 그의 순도를 높이기 위하여 농축반응, 정제반응, 중화반응, 수세반응이 수행한다.
본 발명의 일실시예에 따른 제조방법에 의하여 생성된 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르에 의하면 전기분야에서 옥외 절연재료의 주 물질로서 사용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르의 제조방법을 설명하기에 앞서,
부타디엔과 무수말레인산의 디일즈알더반응에 의하여 테트라하이드로프탈릭언하이드을 아래와 같이 제조하고
테트라하이드로프탈릭언하이드라이드의 수첨반응에 의한 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드(이하, 간단히 "HHPA"라 한다)를 아래와 같이 생성한 다음에
공지의 출발물질인 HHPA로부터 본 발명의 일실시예의 목적물질인 HHPA 디글리시딜에스테르를 제조한다.
본 발명의 일실시예의 목적물질인 HHPA 디글리시딜에스테르를 제조하기 위하여 온도계, 적하 깔대기, 교반장치, 가열멘틀이 구비된 2리터4구플라스크에 에피클로로히드린, HHPA 및, 물을 주입한 후에 교반하여 용해시킨 다음에 소정의 반응조건하에 가수분해가 일어날 때까지 유지시킨다. 그러면 가수분해 반응에 의하여 HHPA의 용매 존재하에 의 헥사하이드로디카르복실산이 생성된다. 이는 HHPA의 무수물에 물 1분자가 부가되어 가수분해반응에의해 카르복실기(-COOH)전환된다. 그리고 가수분해 완료후에 생성된 헥사하이드로디카르복실산에 대하여 소정 량의 에피 클로로히드린을 적하 깔대기를 사용하여 주입한 후에 테트라메틸암모늄크로라이드를 주입한 다음에 소정의 온도까지 가열하여서 소정의 시간 동안에 유지함으로써 개환반응을 일으킨다. 이때에 혼합되는 에피클로로히드린의 량이 적으면 생성된 에폭시기에 미반응된 카르복실기로 인하여 에폭시 당량이 증가하고 이에 따라 에폭시 수지의 품질이 저하되는 반면에, 혼합되는 에피클로로히드린의 량이 많으면 생산성이 저하된다. 그리고 이 개환반응을 촉진시키기 위하여 이 반응에 촉매가 첨가되는데, 이때에 첨가되는 촉매들은 상간이동촉매이면 좋케고 상간이동촉매로는 예를 들면 4급 암모늄염(quaternary ammonium salts)으로 있는 테트라메틸암모늄크로라이드, 테트라에틸암모늄크로라이드, 세틸암모늄브로마이드, 트리에틸벤질암모늄크로라이드, 테트라에틸암모늄브로마이드 등이 있다. 상기 이외의 상간이동촉매로는 테트라메틸포스포늄크로라이드 등 포스포늄염, 크라운에테르류가 있다. 그러면 이 개환반응은 디카르복시산에서 카르복시기(-COOH)의활성수소(H)원자가 촉매존재하에에피클로로히드린의 옥시란기와 개환반응을 일으켜 탈염소 가능한 클로로히드린에스테르(반응식 1)가 생성된다.
반응식1
개환반응의 완료후에 소정의 온도로 냉각한 후에 탈염소 가능한 클로로히드린에스테르에 고형알카리금속수산화물을 분할 주입하여 알카리 조건하에서 소정의 반응을 유지시켜 축합반응을 일으키면 에폭시기를 함유한 물질이 생성되는데 이것이 바로 아래와 같은 HHPA 디글리시딜에스테르(반응식 2)이다.
반응식2
여기에서 사용되는 알카리금속수산화물은 바람직하게는 수산화나트륨, 수산화칼륨이지만 이들에 국한되지 않는다. 알카리금속수산화물의 사용량이 적으면 클로로히드린에스테르가 남게 되고 반대로, 사용량이 많게 되면 에피클로로히드린의 분해반응이 촉진되므로 산업적으로 불리하다.위 축합반응에 의해 제조된 액상HHPA 디글리시딜에스테르용액과 고형알카리 염에증류수를주입한후 소정의 반응조건에서교반 및정치한다음 유기물인 액상 HHPA 디글리시딜에스테르용액으로부터 무기물인 액상 부산물를 분리제거시킨다. 이러한 무기물질인 액상 부산물은 알카리염이거나 혹은 염화나트륨(NaCl) 등이다. 분액공정에 의하여 얻어진 액상 HHPA 디글리시딜에스테르용액은 감압조건하에서 미반응원료 에피클로로히드린를 농축시키면 crude- 액상 HHPA 디글리시딜에스테르가 된다. 농축공정에 의하여 분리공정에 의하여 분리되지 않았던 미반응원료인 에피클로로히드린이 제거된다. 이는 미반응원료에피클로로히드린과 액상 HHPA 디글리시딜에스테르로부터 미반응 원료인 에피클롤로히드린을 회수하여 보다 순수한 액상 HHPA 디글리시딜에스테르를 얻기 위함이다. 그리고 농축공정으로부터 생성된 crude- 액상 HHPA 디글리시딜에스테르의 순도를 높이기 위하 여 crude- 액상 HHPA 디글리시딜에스테르를 케톤류에 희석, 용해하고 가수분해성염소량을 측정한다. 여기에서 사용되는 케톤류로서는 끓는 점의 온도범위가 50℃ ~ 120℃인 지방족 케톤류, 예를 들면 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 메틸이소아밀케톤 등을 말할 수 있지만 이들에 국한되지는 않는다. 만약에 끓는 점의 120℃이상의 온도범위인 지방족 케톤류를 사용하게 된다면 에폭시 수지로부터 감압제거가 어려워져 에폭시 수지 중에 잔존하게 되어 품질저하를 가져오게 된다. 그리고 만약에 끓는 점의 50℃이하의 온도범위인 지방족 케톤류를 사용하게 된다면 감압 제거하기 위한 대형설비인 응축기가 요구되기 때문에 산업 이용상 부적합하다. 특히 바람직하게는 케톤류의 사용량은 생산량에 대하여 2 ~ 3배가 좋다. 가수분해성염소량에 당량의 고형수산화나트륨을 가하고 소정의 반응조건에서 교반하여 정제시킨다. 정제반응후 생성된알카리염을 위에서언급한조작방법과동일하게 증류수를주입후 HHPA디글리시딜에스테르용액으로부터 분리제거한다.그리고 액상 무기물질인 부산물은 상술한 바와 같이 알카리 성질이 존재하고 있으므로 액상 HHPA 디글리시딜에스테르용액에서 이 알카리성 부산물을 제거하기 위하여 산성인 5% 인산(phosphoric acid)의 용액을 소정의반응조건에 준하여 액상 HHPA 디글리시딜에스테르용액에주입한다음 교반및정치후 분리제거한다. 액상 HHPA 디글리시딜에스테르용액에 오염되어있는 알카리염을 수소 이온 농도(pH)를 중성으로 조절한다. pH가 중성인 액상 HHPA 디글리시딜에스테르용액에 잔존하고 있는 액상 무기물질인 부산물을 제거시키기 위하여 액상 HHPA 디글리시딜에스테르용액에 증류수를주입한후 소정의 반응조건으로 교반하여 세정하게 되면 액상 무기물질인 부산물이 액상 HHPA 디글리시딜에스테르용액으로부터 희석제거되어 액상 HHPA 디글리시딜에스테르용액의 순도는 더욱높아지게된다. 이는 보다 순수한 액상 HHPA 디글리시딜에스테르가 얻어진다는 것을 의미한다. 수세공정에 의한 pH가 중성인 순수한 액상 HHPA 디글리시딜에스테르용액에 용해되어있는 용매(메틸 이소부틸케톤) 감압조건하의 농축조건에따라 농축시키면 미반응 용매가 회수되고 순수한 액상 HHPA 디글리시딜에스테르가 제조된다. 농축공정에서제조된 액상 HHPA 디글리시딜에스테르를 냉각후 여과조제를 주입및30분정도 교반한다음 1㎛여과기를사용하여여과후상태가투명한지확인후 여과포장을 한다.
[실시예]
온도계,적하funnel,교반장치,냉각관,가열멘틀이갖추어진,2리터4구플라스크에462g(5.0mole) 에피클로로히드린, 154.1g(1.0mole) HHPA 및, 증류수 18g를 주입한 후에 교반하여 용해시킨 다음에 온도 70℃ ~ 80℃에서 3 ~ 5시간 동안에 가수분해가 일어날 때까지 유지시킨다. 그러면 가수분해 반응에 의하여 HHPA의 용매 존재하에 헥사하이드로디카르복실산이 생성된다. 가수분해 완료후에 에피클로로히드린 648g을 적하 깔대기를 사용하여 주입한 후에 테트라메틸암모늄크로라이드 5g를 주입한 다음에 온도 100℃ ~ 120℃까지 가열하여서 3시간 동안에 유지함으로써 개환반응을 일으킨다. 개환반응의 완료후에 온도를 50℃로 냉각한 후에 탈염소 가능한 클로로히드린에스테르에 고형수산화나트륨120g(3.0mole)을 분할 주입하여 알카리 조건하에서 온도 60℃에서 2 시간 동안에 유지시켜 축합반응을 일으키면 HHPA 디글리시딜에스테르용액이 생성된다. 축합반응에의해 제조된 HHPA 디글리시딜에스테르에 증류 수를 넣고 온도 50℃에서 1시간 동안에 지속적으로 교반시키면 유기물질인 액상 HHPA 디글리시딜에스테르제조시 생성된 무기물질인 고형알카리금속염을 액상 으로전환후 분액제거시킨다. 이러한 무기물질인 액상 부산물은 알카리염이거나 혹은 염화나트륨(NaCl) 등이다. 액상 HHPA 디글리시딜에스테르를 압력 20 mmHg하에 온도 150 ℃로 농축시키면 crude- 액상 HHPA 디글리시딜에스테르가 된다. 감압농축공정에 의하여 미반응원료인 에피클로로히드린이 제거된다. HHPA 디글리시딜에스테르의 순도를 높이기 위하여 crude- 액상 HHPA 디글리시딜에스테르에 메틸이소부틸케톤을주입하여용해시킨후 온도40-70℃에서 30분 ~ 2 시간 동안에 용해하고 가수분해성염소량을 측정한다. 분석된 가수분해성염소량에 당량의 고형 수산화나트륨을 가하고 반응온도를 40℃ ~ 85℃에서 1 ~ 2시간 동안에 교반하여 정제한다. 정제완료후 생성된 부산물인고형알카리 염을증류수로용해후 분리제거한다음 액상 HHPA 디글리시딜에스테르용액에남아있는 알카리용액을 5% 인산(phosphoric acid)의 용액을 넣어 온도 50℃ ~ 70℃하에서 10분 동안에 교반하게 되면 pH가 중성인 액상 HHPA 디글리시딜에스테르가 생성된다. pH가 중성인 액상 HHPA 디글리시딜에스테르에 잔존하고 있는 액상 무기물질인 부산물을 제거시키기 위하여 액상 HHPA 디글리시딜에스테르에 증류수를 주입하여 온도 50℃ ~ 70℃하에서 10분 동안에 교반으로 세정하게 되면 액상 무기물질인 부산물이 액상 HHPA 디글리시딜에스테르로부터세척되어 순수한액상 HHPA 디글리시딜에스테르용액를 얻게된다. 수세공정후 액상 HHPA 디글리시딜에스테르용액을 감압조건하( 10torr/150℃)에서 농축시키면 미반응 용매가 회수되고 HHPA 디글리시딜에스테르의 순도는 아주 높게 된다. 농축완료후 액 상 HHPA 디글리시딜에스테르에 1㎛로여과후를 분석해 보면 최종 목적물인 HHPA 디글리시딜에스테르는 무색의 투명 액체이고 점도 250 cps, 중량 95 wt%이상, 당량 165 g/eq이며, 색 50 apha인 것이다.
(비교예)
에피클로로히드린185g(2.0mole),HHPA154.1g(1.0mole),증류수18g주입후교반용해시키고70-80℃까지 가열한후3-5시간가수분해가일어날때까지유지시킨다.가수분해완료후,촉매인 테트라메틸암모늄크로라이드 5g 주입후 다시 에피크로로히드린277.5g(3.0mole)를 적하 깔때기를사용하여 주입하고 100-120℃까지 승온 후에 3시간동안에 유지한다. 50℃냉각한 후에 고형수산화나트륨 120g 을 분할 주입한다. 주입후에 2시간 동안에 교반을 하면서 유지시킨다. 에폭시 제조 완료 후에 생성된 염은 증류수로 탈염 분액 처리한다. 다음 공정은 실시예와 동일한 조작으로 한다. 최종 목적물의 결과는 다음과 같다. 외관: 미황색투명액체, 에폭시당량(g/eq) 187.3, color(apha):120, 점도(25℃), 420cps.
Claims (3)
- 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드의 용매존재하에 에피클로로히드린과 혼합하여 가수분해시켜 헥사하이드로디카르복실산을 생성하고, 생성된 헥사하이드로디카르복실산과 에피클로로히드린 및 촉매를 혼합하여 탈염소 가능한 클로로히드린에스테르를 생성한 다음에 생성된 탈염소 가능한 클로로히드린에스테르를 알카리금속화합물에 넣어와 같은 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르를 제조하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르를 염화나트륨의 용액과 탈염 증류수에 넣고 교반하여 분액하는 것을 특징으로 하는 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르를 제조하는 방법.
- 제2항에 있어서,상기 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르의 순도를 높이기 위하여 농축반응, 정제반응, 중화반응, 수세반응이 수행하는 것을 특징으로 하는 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드 디글리시딜에스테르를 제조하는 방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102617515A (zh) * | 2012-03-02 | 2012-08-01 | 濮阳惠成电子材料股份有限公司 | 电子封装用缩水甘油酯型环氧树脂及其制备方法 |
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2008
- 2008-01-25 KR KR1020080008288A patent/KR20090082041A/ko not_active Ceased
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Patent event date: 20100302 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20091224 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |