WO2023282559A1 - 히드록시페닐-말단 폴리실록산, 이를 반복 단위로서 포함하는 투명성이 우수하고 난연성이 향상된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체, 및 그 공중합체 제조방법 - Google Patents

히드록시페닐-말단 폴리실록산, 이를 반복 단위로서 포함하는 투명성이 우수하고 난연성이 향상된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체, 및 그 공중합체 제조방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a hydroxyphenyl-terminated polysiloxane, a polysiloxane-polycarbonate copolymer comprising the same as a repeating unit, and a method for preparing the copolymer, and more particularly, to a terminal silane unit containing an optionally substituted hydroxyphenyl group A polysiloxane having a specific structure, and a polysiloxane-polycarbonate copolymer comprising the polysiloxane and polycarbonate block as repeating units, having excellent transparency and significantly improved flame retardancy over the level of conventional polysiloxane-polycarbonate copolymers, and a method for producing the same It is about.
  • Polycarbonate resins are widely used as electrical parts, mechanical parts, and industrial resins because of their excellent heat resistance, mechanical properties (particularly, impact strength), and transparency.
  • polycarbonate resin as a case material for TV housings, computer monitor housings, copiers, printers, laptop batteries, and lithium batteries that emit a lot of heat in the electrical and electronic fields, not only heat resistance and mechanical properties, but also excellent flame retardancy are required. .
  • the most common method used to impart flame retardancy to polycarbonate resin is to mix a bromine-based or chlorine-based compound, which is a halogen flame retardant, with polycarbonate resin.
  • a halogen flame retardant when used, the flame retardant function is fully exhibited in the event of fire, but hydrogen halide gas is generated during resin processing, which not only causes mold corrosion and environmental pollution problems, but also generates dioxin, a toxic gas harmful to the human body during combustion.
  • the movement to regulate its use is expanding.
  • a flame retardant polycarbonate resin composition using an alkali metal salt as a non-halogen flame retardant and a fluorinated polyolefin-based resin as an anti-dripping agent has been developed.
  • transparency which is one of the advantages of the polycarbonate resin, is deteriorated.
  • the present invention is intended to solve the problems of the prior art as described above, and the flame retardancy is significantly improved while transparency is superior to that of conventional polysiloxane-polycarbonate copolymers, and furthermore, physical properties such as fluidity and low-temperature impact strength are excellent. It is a technical problem to provide a polysiloxane that provides a polysiloxane-polycarbonate copolymer, and a polysiloxane-polycarbonate copolymer containing the polycarbonate copolymer as a repeating unit and a manufacturing method thereof.
  • the present invention provides a hydroxyphenyl-terminated polysiloxane represented by the following Chemical Formula 1-1 or the following Chemical Formula 1-2:
  • R 1 each independently represents a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 13 carbon atoms, or a hydroxy group
  • R 2 each independently represents a hydrocarbon group or a hydroxyl group having 1 to 13 carbon atoms
  • R 3 each independently represents an alkylene group having 2 to 8 carbon atoms
  • Each R 4 independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms;
  • a and b each independently represents an integer from 0 to 10, provided that at least one of a and b is not 0;
  • c represents an integer of 1 to 2;
  • Another aspect of the present invention provides a polysiloxane-polycarbonate copolymer comprising a hydroxyphenyl-terminated polysiloxane represented by Formula 1-1 or Formula 1-2 and a polycarbonate block as repeating units.
  • Another aspect of the present invention is to form a polysiloxane-polycarbonate intermediate by reacting a hydroxyphenyl-terminated polysiloxane represented by Formula 1-1 or Formula 1-2 with an oligomeric polycarbonate under interfacial reaction conditions doing; And it provides a method for producing a polysiloxane-polycarbonate copolymer comprising the step of polymerizing the intermediate by using a first polymerization catalyst.
  • Another aspect of the present invention provides a molded article comprising the polysiloxane-polycarbonate copolymer.
  • the polysiloxane-polycarbonate copolymer according to the present invention can secure excellent flame retardancy without the addition of a flame retardant while maintaining excellent physical properties inherent in polycarbonate such as fluidity, impact resistance (particularly, low-temperature impact strength), and transparency.
  • the polysiloxane-polycarbonate copolymer has excellent transparency and significantly improved flame retardancy, and can be applied to various applications such as construction materials, automobile parts, and electric/electronic parts.
  • reaction product refers to a substance formed by the reaction of two or more reactants.
  • first and second are used in this specification to describe the polymerization catalyst, but the polymerization catalyst is not limited by these terms. These terms are only used to distinguish polymerization catalysts from one another.
  • the first polymerization catalyst and the second polymerization catalyst may be the same type of catalyst or may be different types of catalysts.
  • the English letter "R” used to represent hydrogen, a halogen atom, and/or a hydrocarbon group in the chemical formula described herein has a subscript represented by a number, but the “R” is not limited by The above “R” represents hydrogen, a halogen atom and/or a hydrocarbon group, etc. independently of each other.
  • two or more “R”s may represent the same hydrocarbon group or different hydrocarbon groups, regardless of whether they have the same or different numbers of subscripts.
  • the hydroxyphenyl-terminated polysiloxane according to the present invention is a compound comprising a silane unit having a hydroxyphenyl group at the terminal and optionally a siloxane having a hydroxyphenyl group in the middle of the chain, represented by the following formula 1-1, It may be represented by Formula 1-2 below.
  • R 1 each independently represents a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 13 carbon atoms, or a hydroxy group
  • R 2 each independently represents a hydrocarbon group or a hydroxyl group having 1 to 13 carbon atoms
  • R 3 each independently represents an alkylene group having 2 to 8 carbon atoms
  • Each R 4 independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms;
  • a and b each independently represents an integer from 0 to 10, provided that at least one of a and b is not 0;
  • c represents an integer of 1 to 2;
  • the hydrocarbon group having 1 to 13 carbon atoms is an alkyl group or alkoxy group having 1 to 13 carbon atoms, an alkenyl group or alkenyloxy group having 2 to 13 carbon atoms, a cycloalkyl group or cycloalkoxy group having 3 to 6 carbon atoms, or a cycloalkoxy group having 6 to 10 carbon atoms. It may be an aryloxy group, an aralkyl group or aralkoxy group having 7 to 13 carbon atoms, or an alkaryl group or alkaryloxy group having 7 to 13 carbon atoms.
  • the alkyl group can be methyl, ethyl or propyl;
  • the alkylene group may be ethylene or propylene;
  • the halogen atom may be Cl or Br;
  • the alkoxy group can be methoxy, ethoxy or propoxy;
  • the aryl group may be phenyl, chlorophenyl or tolyl (preferably phenyl).
  • a may represent more specifically an integer of 0 to 8, more specifically an integer of 1 to 8, and even more specifically an integer of 1 to 7, and b is More specifically, it may represent an integer of 1 to 10, more specifically an integer of 1 to 5, and still more specifically an integer of 1 to 3, provided that at least one of a and b is not 0.
  • the hydroxyphenyl-terminated polysiloxane of Formula 1-1 may be a reaction product of a polysiloxane of Formula 3-1 and a compound of Formula 4 below.
  • R 1 , R 2 , a, b, and c are as defined in Formula 1-1 above.
  • R 4 is as defined in Formula 1-1 above, and h represents an integer of 1 to 7.
  • the molar ratio of the compound of Formula 3-1 to the compound of Formula 4 used for preparing the hydroxyphenyl-terminated polysiloxane of Formula 1-1 is preferably maintained in the range of 1:4 to 1:1, and is preferably 1:3 to 1 It is more preferable to keep it in the range of :2. If the molar ratio of the compound of Formula 3-1 to the compound of Formula 4 is out of the above range, the degree of polymerization between polysiloxane and polycarbonate may be affected, resulting in a flame retardant effect and deterioration in transparency.
  • the hydroxyphenyl-terminated polysiloxane of Chemical Formula 1-2 may be a reaction product of a polysiloxane of Chemical Formula 3-2 and a compound of Chemical Formula 4.
  • R 1 , R 2 , a, b, and c are as defined in Formula 1-2 above.
  • the molar ratio of the compound of Formula 3-2 to the compound of Formula 4 used for preparing the hydroxyphenyl-terminated polysiloxane of Formula 1-2 is preferably maintained in the range of 1:4 to 1:1, and preferably 1:3 to 1 It is more preferable to keep it in the range of :2. If the molar ratio of the compound of Formula 3-2 to the compound of Formula 4 is out of the above range, the degree of polymerization between polysiloxane and polycarbonate may be affected, which may cause a flame retardant effect and decrease in transparency.
  • the polysiloxane-polycarbonate copolymer according to the present invention includes a hydroxyphenyl-terminated polysiloxane (ie, a silane unit having a hydroxyphenyl group at the terminal) represented by Formula 1-1 or Formula 1-2, It is a copolymer comprising a polysiloxane block optionally including siloxane having a hydroxyphenyl group in the middle of the chain) and a polycarbonate block as repeating units.
  • the polycarbonate block may have a structure represented by Formula 2 below:
  • R 5 is unsubstituted or an alkyl group (eg, an alkyl group having 1 to 20 or 1 to 13 carbon atoms), a cycloalkyl group (eg, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms), or an alkenyl group (eg, 2 to 6 carbon atoms).
  • 20 or 2 to 13 alkenyl groups alkoxy groups (eg, 1 to 20 or 1 to 13 carbon atoms), halogen atoms (eg, Cl or Br), and at least one substituent selected from the group consisting of a nitro group
  • the aromatic hydrocarbon group may be derived from, for example, a compound represented by Formula 5 below.
  • X is a straight, branched or cyclic alkylene group having no functional group; Or a straight, branched or cyclic alkylene group (e.g., 1 to 10 carbon atoms) containing at least one functional group selected from the group consisting of a sulfide group, an ether group, a sulfoxide group, a sulfone group, a ketone group, a naphthyl group and an isobutylphenyl group. Representing a linear alkylene group, or a branched or cyclic alkylene group having 3 to 10 carbon atoms),
  • R 6 and R 7 are each independently a halogen atom (eg, Cl or Br), or a linear, branched or cyclic alkyl group (eg, a linear alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a branched or cyclic alkyl group having 3 to 10 carbon atoms) ),
  • p and q independently represent an integer of 0 to 4.
  • the compound of Formula 5 is, for example, bis(4-hydroxyphenyl)methane, bis(4-hydroxyphenyl)phenylmethane, bis(4-hydroxyphenyl)naphthylmethane, bis(4-hydroxyphenyl) )-(4-isobutylphenyl)methane, 1,1-bis(4-hydroxyphenyl)ethane, 1-ethyl-1,1-bis(4-hydroxyphenyl)propane, 1-phenyl-1,1 -bis(4-hydroxyphenyl)ethane, 1-naphthyl-1,1-bis(4-hydroxyphenyl)ethane, 1,2-bis(4-hydroxyphenyl)ethane, 1,10-bis( 4-hydroxyphenyl) decane, 2-methyl-1,1-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxy Phenyl) butane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl
  • 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane bisphenol A
  • Other functional dihydric phenols may be referred to US Patents US 2,999,835, US 3,028,365, US 3,153,008 and US 3,334,154, and the dihydric phenols may be used alone or in combination of two or more. can be used
  • a carbonate precursor such as carbonyl chloride (phosgene), carbonyl bromide, bis halo formate, diphenyl carbonate or dimethyl carbonate may be used.
  • the content of the hydroxyphenyl-terminated polysiloxane represented by Formula 1-1 or Formula 1-2 in the polysiloxane-polycarbonate copolymer of the present invention is 0.2 to 24 weight based on the total weight of the copolymer %, specifically 0.5 to 20% by weight, more specifically 1 to 15% by weight, and even more specifically 2 to 10% by weight, and the content of polycarbonate is 76 to 99.8% by weight based on the total weight of the copolymer. %, specifically 80 to 99.5% by weight, more specifically 85 to 99% by weight, and even more specifically 90 to 98% by weight.
  • the content of the hydroxyphenyl-terminated polysiloxane represented by Formula 1-1 or Formula 1-2 is less than 0.2% by weight, flame retardancy may be reduced, and 24% by weight If it exceeds, not only the transparency is lowered, but also the flame retardancy may be rather poor.
  • the viscosity average molecular weight (M V ) of the polysiloxane-polycarbonate copolymer according to the present invention may be 15,000 to 200,000, more specifically 15,000 to 100,000, and more specifically 20,000 to 80,000. If the viscosity average molecular weight of the polysiloxane-polycarbonate copolymer is less than 15,000, mechanical properties may be significantly deteriorated, and if it exceeds 200,000, problems may arise in processing the resin due to an increase in melt viscosity.
  • the polysiloxane-polycarbonate copolymer according to the present invention is (1) an interface comprising a hydroxyphenyl-terminated polysiloxane represented by Formula 1-1 or Formula 1-2 and an oligomeric polycarbonate in an aqueous alkali solution and an organic phase. reacting under reaction conditions to form a polysiloxane-polycarbonate intermediate; and (2) polymerizing the intermediate by using a first polymerization catalyst.
  • the step of forming a polysiloxane-polycarbonate intermediate is a 0.2: mixing in a weight ratio of 99.8 to 24:76 (preferably 0.5:99.5 to 20:80, more preferably 1:99 to 15:85, and most preferably 2:98 to 10:90) can do.
  • a weight ratio of 99.8 to 24:76 preferably 0.5:99.5 to 20:80, more preferably 1:99 to 15:85, and most preferably 2:98 to 10:90
  • the mixing weight ratio of the hydroxyphenyl-terminated polysiloxane represented by Formula 1-1 or Formula 1-2 is less than 0.2, flame retardancy may be lowered, and when it exceeds 24, not only transparency is lowered, but also flame retardancy is rather can get worse
  • the oligomeric polycarbonate used in the preparation of the polysiloxane-polycarbonate copolymer according to the present invention may be an oligomeric polycarbonate having a viscosity average molecular weight of 800 to 20,000 (more preferably, 1,000 to 15,000). If the viscosity average molecular weight of polycarbonate is less than 800, the molecular weight distribution may widen and physical properties may deteriorate, and if it exceeds 20,000, reactivity may decrease.
  • the oligomeric polycarbonate may be prepared by adding the dihydric phenolic compound described above to an aqueous alkali solution to form a phenol salt, and then reacting the salt-state phenol in dichloromethane injected with phosgene gas.
  • phosgene e.g., bisphenol A
  • the molar ratio of phosgene to dihydric phenolic compounds (eg, bisphenol A) is less than 1, reactivity may be reduced, and if the molar ratio of phosgene to dihydric phenolic compounds (eg, bisphenol A) exceeds 1.5 Excessive molecular weight increase may cause problems in processability.
  • the oligomeric polycarbonate forming reaction may be generally carried out at a temperature in the range of about 15 to 60° C., and an alkali metal hydroxide (eg, sodium hydroxide) may be used to adjust the pH of the reaction mixture.
  • an alkali metal hydroxide eg, sodium hydroxide
  • (1) forming a polysiloxane-polycarbonate intermediate comprises a hydroxyphenyl-terminated polysiloxane represented by Formula 1-1 or oligomeric polycarbonate represented by Formula 1-2 above. and forming a mixture, and the mixture may include a phase transfer catalyst, a molecular weight regulator, and a second polymerization catalyst.
  • (1) forming a polysiloxane-polycarbonate intermediate is to form a mixture comprising a hydroxyphenyl-terminated polysiloxane represented by Formula 1-1 or oligomeric polycarbonate represented by Formula 1-2 above step; and extracting an organic phase from the resultant mixture after the reaction between the hydroxyphenyl-terminated polysiloxane represented by Formula 1-1 or Formula 1-2 and the oligomeric polycarbonate is completed, wherein (2) Polymerizing the polysiloxane-polycarbonate intermediate may include providing a first polymerization catalyst to the extracted organic phase.
  • the polysiloxane-polycarbonate copolymer according to the present invention is obtained by adding a hydroxyphenyl-terminated polysiloxane represented by Formula 1-1 or Formula 1-2 to an organic phase-aqueous mixture containing oligomeric polycarbonate. It can be prepared by adding a molecular weight modifier and a catalyst step by step.
  • a monofunctional compound similar to a monomer used in preparing polycarbonate may be used.
  • Monofunctional substances include, for example, p-isopropylphenol, p-tert-butylphenol (PTBP), p-cumylphenol, p-isooctylphenol, and p-isononyl.
  • phenol-based derivatives such as phenol; or aliphatic alcohols.
  • p-tert-butylphenol (PTBP) may be used.
  • a polymerization catalyst and/or a phase transfer catalyst may be used.
  • the polymerization catalyst for example, triethylamine (TEA) may be used, and as the phase transfer catalyst, for example, a compound represented by Formula 6 may be used.
  • TAA triethylamine
  • the phase transfer catalyst for example, a compound represented by Formula 6 may be used.
  • R 8 represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms
  • Q represents nitrogen or phosphorus
  • X represents a halogen atom or -OR 9 .
  • R 9 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms.
  • the phase transfer catalyst is, for example, [CH 3 (CH 2 ) 3 ] 4 NX, [CH 3 (CH 2 ) 3 ] 4 PX, [CH 3 (CH 2 ) 5 ] 4 NX, [CH 3 ( CH 2 ) 6 ] 4 NX, [CH 3 (CH 2 ) 4 ] 4 NX, CH 3 [CH 3 (CH 2 ) 3 ] 3 NX or CH 3 [CH 3 (CH 2 ) 2 ] 3 NX .
  • X represents Cl, Br or -OR 9 , where R 9 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms.
  • the amount of the phase transfer catalyst is preferably about 0.01 to 10% by weight based on the total weight of the mixture of the hydroxyphenyl-terminated polysiloxane and the oligomeric polycarbonate represented by Formula 1-1 or Formula 1-2. If the content is less than 0.01% by weight, the reactivity may be reduced, and if the content exceeds 10% by weight, precipitation as a precipitate or transparency may be reduced.
  • the organic phase dispersed in methylene chloride may be washed with alkali and then separated. Subsequently, the organic phase may be washed with 0.1N hydrochloric acid solution and then washed with distilled water 2 to 3 times repeatedly.
  • the concentration of the organic phase dispersed in methylene chloride is adjusted to a certain level, and granulation can be performed using a certain amount of pure water in the range of 70 to 80 ° C. If the temperature of the pure water is less than 70 ° C, the assembly speed may be slowed and the assembly time may be very long.
  • the polysiloxane-polycarbonate copolymer according to the present invention can secure excellent flame retardancy even without the addition of a flame retardant while maintaining excellent physical properties inherent in polycarbonate such as fluidity, impact resistance (particularly, low-temperature impact strength), transparency, etc. , can be applied to various uses such as automobile parts and electrical/electronic parts.
  • a molded article comprising the polysiloxane-polycarbonate copolymer of the present invention.
  • the method for producing a molded article by molding the polysiloxane-polycarbonate copolymer of the present invention is not particularly limited, and a method commonly used in the field of plastic molding (eg, extrusion, injection, etc.) is used as it is or by appropriately changing Molded articles can be manufactured.
  • a condenser was attached to a 500 mL three-necked flask, and 72.64 g (0.1 mol) of polysiloxane (APSP318 from Miwon Corporation, colorless and transparent liquid, viscosity: 5 cP) corresponding to Formula 3-1 was dissolved in 100 ml of toluene under a nitrogen atmosphere, and platinum 0.007 g (100 ppm) of (Pt) catalyst (UMICORE's Pt-CS-1.8CS) was added. While the solution was heated, 26.80 g (0.2 mol) of 2-allylphenol was slowly added over 1 hour and refluxed for 5 hours. After completion of the reaction, toluene as a solvent was removed from the reaction solution, and then dried in a vacuum oven for 24 hours to prepare polysiloxane of Formula E1 below.
  • polysiloxane APSP318 from Miwon Corporation, colorless and transparent liquid, viscosity: 5 cP
  • a condenser was attached to a 500 mL three-necked flask, and 71.18 g (0.1 mol) of polysiloxane (APSP319 from Miwon Corporation, colorless transparent liquid, viscosity: 5 cP) corresponding to Formula 3-1 was dissolved in 100 ml of toluene under a nitrogen atmosphere, and platinum 0.007 g (100 ppm) of (Pt) catalyst (UMICORE's Pt-CS-1.8CS) was added. While the solution was heated, 40.30 g (0.3 mol) of 2-allylphenol was slowly added over 1 hour and refluxed for 5 hours. After completion of the reaction, toluene as a solvent was removed from the reaction solution, and then dried in a vacuum oven for 24 hours to prepare a polysiloxane of Formula E2.
  • polysiloxane APSP319 from Miwon Corporation, colorless transparent liquid, viscosity: 5 cP
  • a condenser was attached to a 500mL three-necked flask, and 49.04g (0.1mol) of polysiloxane (Damipolychem's F5032, colorless transparent liquid, viscosity: 5cP) was dissolved in 50ml of toluene under a nitrogen atmosphere, and then a platinum (Pt) catalyst (Damipoly 0.008 g (100 ppm) of Chem's CP101) was added. While the solution was heated, 40.2 g (0.3 mol) of 2-allylphenol was slowly added over 1 hour and refluxed for 5 hours. After completion of the reaction, toluene as a solvent was removed from the reaction solution, and then dried in a vacuum oven for 24 hours to prepare a polysiloxane of Formula C1 below.
  • Pt platinum
  • 2-allylphenol was slowly added over 1 hour and refluxed for 5 hours.
  • Example B1 Preparation of a polysiloxane-polycarbonate copolymer using the polysiloxane (content: 2% by weight) of Example A1
  • An oligomeric polycarbonate mixture having a viscosity average molecular weight of about 1,000 was prepared by interfacially reacting bisphenol A in an aqueous solution with phosgene gas in the presence of methylene chloride.
  • An organic phase was collected from the oligomeric polycarbonate mixture obtained above, and an aqueous solution of sodium hydroxide, a polysiloxane of the formula E1 obtained in Example A1 (in an amount of 2% by weight based on the total weight of the copolymer), tetrabutylammonium chloride ( After mixing tetrabutyl ammonium chloride, TBACl, in an amount of 0.1% by weight based on the total weight of the copolymer), methylene chloride and p-tert-butylphenol (PTBP, in an amount of 0.4% by weight based on the total weight of the copolymer), for 2 hours reacted After layer separation occurred, only the organic phase was collected, and aqueous sodium hydroxide
  • Triethylamine (TEA, in an amount of 0.02% by weight based on the total weight of the copolymer) was added to the reacted organic phase and reacted for 2 hours. After layer separation occurred, an organic phase with increased viscosity was collected, distilled water and methylene chloride were added thereto, washed with alkali, and separated again. Subsequently, the organic phase was washed with a 0.1N aqueous hydrochloric acid solution and then washed with distilled water 2 to 3 times. After washing was completed, the organic phase was assembled using a certain amount of pure water at 76 °C. After assembly was completed, a polysiloxane-polycarbonate copolymer was prepared by first drying at 110° C. for 8 hours and secondarily drying at 120° C. for 10 hours. The prepared polysiloxane-to measure the physical properties of the polycarbonate copolymer are listed in Table 1 below.
  • Example B2 Preparation of polysiloxane-polycarbonate copolymer using the polysiloxane (content: 2% by weight) of Example A2
  • Example B1 Same as Example B1, except that the polysiloxane of Formula E2 obtained in Example A2 was used instead of the polysiloxane of Formula E1 obtained in Example A1 (in an amount of 2% by weight based on the total weight of the copolymer).
  • a polysiloxane-polycarbonate copolymer was prepared by the method. The prepared polysiloxane-to measure the physical properties of the polycarbonate copolymer are listed in Table 1 below.
  • Example B3 Preparation of a polysiloxane-polycarbonate copolymer using the polysiloxane of Example A1 (content: 5% by weight)
  • a polysiloxane-polycarbonate copolymer was prepared in the same manner as in Example B1, except that the content of the polysiloxane of Formula E1 obtained in Example A1 was changed to 5% by weight based on the total weight of the copolymer.
  • the prepared polysiloxane-to measure the physical properties of the polycarbonate copolymer are listed in Table 1 below.
  • Example B4 Preparation of a polysiloxane-polycarbonate copolymer using the polysiloxane (content: 7% by weight) of Example A1
  • a polysiloxane-polycarbonate copolymer was prepared in the same manner as in Example B1, except that the polysiloxane content of Formula E1 obtained in Example A1 was changed to 7% by weight based on the total weight of the copolymer.
  • the prepared polysiloxane-to measure the physical properties of the polycarbonate copolymer are listed in Table 1 below.
  • Example B5 Preparation of a polysiloxane-polycarbonate copolymer using the polysiloxane of Example A1 (content: 10% by weight)
  • a polysiloxane-polycarbonate copolymer was prepared in the same manner as in Example B1, except that the polysiloxane content of Formula E1 obtained in Example A1 was changed to 10% by weight based on the total weight of the copolymer.
  • the prepared polysiloxane-to measure the physical properties of the polycarbonate copolymer are listed in Table 1 below.
  • Example B6 Preparation of a polysiloxane-polycarbonate copolymer using the polysiloxane (content: 7% by weight) of Example A2
  • Example B1 The same as in Example B1, except that the polysiloxane of formula E2 obtained in Example A2 was used instead of the polysiloxane of formula E1 obtained in Example A1 (in an amount of 7% by weight based on the total weight of the copolymer).
  • a polysiloxane-polycarbonate copolymer was prepared by the method. The prepared polysiloxane-to measure the physical properties of the polycarbonate copolymer are listed in Table 1 below.
  • Example B7 Preparation of a polysiloxane-polycarbonate copolymer using the polysiloxane of Example A1 (content: 5% by weight)
  • Example A1 Except that the polysiloxane content of Formula E1 obtained in Example A1 was changed to 5% by weight based on the total weight of the copolymer and the content of p-tert-butylphenol was changed to 0.2% by weight based on the total weight of the copolymer.
  • Example B1 a polysiloxane-polycarbonate copolymer having a viscosity average molecular weight of 70,500 g/mol was prepared.
  • the prepared polysiloxane-to measure the physical properties of the polycarbonate copolymer are listed in Table 1 below.
  • Example B8 Preparation of a polysiloxane-polycarbonate copolymer using the polysiloxane of Example A1 (content: 0.5% by weight)
  • Example A1 Except that the content of polysiloxane of Formula E1 obtained in Example A1 was changed to 0.5% by weight based on the total weight of the copolymer and the content of p-tert-butylphenol was changed to 0.2% by weight based on the total weight of the copolymer.
  • a polysiloxane-polycarbonate copolymer was prepared in the same manner as in Example B1. The prepared polysiloxane-to measure the physical properties of the polycarbonate copolymer are listed in Table 1 below.
  • Example B9 Preparation of a polysiloxane-polycarbonate copolymer using the polysiloxane of Example A1 (content: 20% by weight)
  • a polysiloxane-polycarbonate copolymer was prepared in the same manner as in Example B1, except that the polysiloxane content of Formula E1 obtained in Example A1 was changed to 20% by weight based on the total weight of the copolymer.
  • the prepared polysiloxane-to measure the physical properties of the polycarbonate copolymer are listed in Table 1 below.
  • Comparative Example B1 Linear polycarbonate resin having a viscosity average molecular weight of 21,200 g/mol
  • Comparative Example B2 Linear polycarbonate resin having a viscosity average molecular weight of 70,900 g/mol
  • a linear polycarbonate resin having a viscosity average molecular weight of 70,900 g/mol was prepared in the same manner as in Example B1, except that the polysiloxane of Formula E1 obtained in Example A1 was not used.
  • the physical properties of the prepared polycarbonate resin were measured and listed in Table 1 below.
  • Comparative Example B3 Preparation of polysiloxane-polycarbonate copolymer using hydroxy-terminated polysiloxane of formula C2 (content: 9% by weight)
  • a polycarbonate copolymer was prepared. The prepared polysiloxane-to measure the physical properties of the polycarbonate copolymer are listed in Table 1 below.
  • Comparative Example B4 Preparation of polysiloxane-polycarbonate copolymer using the polysiloxane of Comparative Example A1 (content: 7% by weight)
  • Example B1 The same as in Example B1, except that the polysiloxane of formula C1 obtained in Comparative Example A1 (in an amount of 7% by weight based on the total weight of the copolymer) was used instead of the polysiloxane of formula E1 obtained in Example A1.
  • a polysiloxane-polycarbonate copolymer was prepared by the method. The prepared polysiloxane-to measure the physical properties of the polycarbonate copolymer are listed in Table 1 below.
  • the viscosity of the methylene chloride solution was measured at 20° C. using an Ubbelohde Viscometer, and the intrinsic viscosity [ ⁇ ] was calculated by the following equation.
  • Transmittance was measured using a haze meter (HAZE-GARD PLUS manufactured by BYK GARDNER).
  • the method is a method of evaluating flame retardancy from the burning time or drip properties after a burner flame is attached to a specimen of a certain size fixed vertically for 10 seconds.
  • the burning time is the length of time for which the specimen continues flame combustion after the flame is moved away from it, and the ignition of the cotton by drip is the cotton for the mark about 300mm below the lower end of the specimen is burned by the drop from the specimen. It is determined by, and the flame retardancy grade is divided according to the table below.
  • the polysiloxane-polycarbonate copolymers prepared in Examples B1 to B9 according to the present invention the linear polycarbonate resins prepared in Comparative Examples B1 and B2 and the polysiloxanes prepared in Comparative Examples B3 and B4 - Compared to the polycarbonate copolymer, it can be seen that it exhibits excellent transmittance while exhibiting more excellent flame retardancy (relatively short total burning time of 5 samples).

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Abstract

본 발명은 히드록시페닐-말단 폴리실록산, 이를 반복 단위로서 포함하는 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체 및 그 공중합체 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 임의로 치환된 히드록시페닐기를 포함하는 말단 실란 단위를 갖는 특정 구조의 폴리실록산, 및 이 폴리실록산과 폴리카보네이트 블록을 반복단위로 포함하며, 종래의 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체 수준 이상으로 투명성이 우수하면서 난연성이 그보다 현저히 향상된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체와 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

히드록시페닐-말단 폴리실록산, 이를 반복 단위로서 포함하는 투명성이 우수하고 난연성이 향상된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체, 및 그 공중합체 제조방법
본 발명은 히드록시페닐-말단 폴리실록산, 이를 반복 단위로서 포함하는 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체 및 그 공중합체 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 임의로 치환된 히드록시페닐기를 포함하는 말단 실란 단위를 갖는 특정 구조의 폴리실록산, 및 이 폴리실록산과 폴리카보네이트 블록을 반복단위로 포함하며, 종래의 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체 수준 이상으로 투명성이 우수하면서 난연성이 그보다 현저히 향상된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체와 그의 제조방법에 관한 것이다.
폴리카보네이트 수지는 내열성, 기계적 물성(특히, 충격강도) 및 투명성이 우수하여 전기 부품, 기계 부품 및 산업용 수지로서 광범위하게 사용되고 있다. 특히 전기전자 분야 중에서 열이 많이 발산되는 TV 하우징, 컴퓨터 모니터 하우징, 복사기, 프린터, 노트북 배터리, 리튬 전지의 케이스 재료 등으로 폴리카보네이트 수지를 사용하는 경우에는 내열성 및 기계적 물성뿐만 아니라 우수한 난연성이 요구된다.
폴리카보네이트 수지에 난연성을 부여하기 위해 사용되는 가장 통상적인 방법은 폴리카보네이트 수지에 할로겐 난연제인 브롬계 또는 염소계 화합물을 혼합하는 것이다. 그러나, 할로겐 난연제를 사용하는 경우 화재 발생시 난연의 기능은 충분히 발휘되지만 수지 가공 중에 할로겐화수소 가스가 발생하여 금형 부식과 환경오염 문제를 일으킬 뿐만 아니라, 연소 시 인체에 유해한 독성 가스인 다이옥신을 생성하게 되므로 이에 대한 사용 규제 움직임이 확대되고 있다. 이에 대처하고자, 비할로겐 난연제로 알칼리 금속염과 적하 방지제(anti-dripping agent)로 불소화 폴리올레핀계 수지를 동시에 사용하는 난연성 폴리카보네이트 수지 조성물이 개발되었다. 그러나, 이 경우 폴리카보네이트 수지의 난연성을 확보하기 위해 사용되는 불소화 에틸렌계 수지 및 금속염계 난연제로 인해 폴리카보네이트 수지의 장점 중 하나인 투명성이 저하되는 문제가 발생한다.
이러한 투명성의 저하 현상을 극복하기 위하여 실리콘계 첨가물 및 실리콘계 공중합체와의 합금 등이 제안되었다. 그러나, 실리콘계 첨가물을 사용하는 기술은 비할로겐 난연제로서 환경 친화적이라는 장점은 있으나, 투명성이 여전히 저조하고 비교적 고가이며 외장재로 사용시 다양한 색상 구현이 제한된다는 단점을 지니고 있다. 아울러 대형 사출품에 사출하기에는 그 유동성이 부족하여 대형 제품에의 적용이 제한되는 문제가 있다.
이에, 투명성을 저하시키지 않으면서 난연성을 개선하고자, 하나 또는 2개의 히드록시페닐 측쇄를 가지는 실록산 단위들을 폴리머 사슬 중간에 도입한 폴리실록산과 폴리카보네이트의 공중합체가 제안된 바 있다(대한민국등록특허 제10-1841684호). 그러나 이 특허에 개시된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체는 투명성과 난연성의 밸런스 측면에서, 특히, 난연성의 측면에서 더욱 개선될 필요가 있다.
따라서, 이러한 종래의 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체 수준 이상으로 투명성이 우수하면서 난연성이 그보다 현저히 향상된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 종래의 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체 수준 이상으로 투명성이 우수하면서 난연성이 그보다 현저히 향상되고, 나아가 유동성 및 저온충격강도 등의 물성도 우수하게 나타내는 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 제공하는 폴리실록산, 및 이를 반복 단위로서 포함하는 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체와 그의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 하기 화학식 1-1로 표시되거나, 하기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산을 제공한다:
[화학식 1-1]
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000001
[화학식 1-2]
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000002
상기 화학식 1-1 및 1-2에서,
R1은 각각 독립적으로, 수소 원자, 탄소수 1 내지 13의 탄화수소기 또는 히드록시기를 나타내고,
R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 13의 탄화수소기 또는 히드록시기를 나타내며,
R3는 각각 독립적으로, 탄소수 2 내지 8의 알킬렌기를 나타내고,
R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 히드록시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 10의 아릴기를 나타내며,
a 및 b는 각각 독립적으로, 0 내지 10의 정수를 나타내되, 단, a 및 b 중 적어도 하나는 0이 아니고,
c는 1 내지 2의 정수를 나타낸다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 화학식 1-1로 표시되거나, 상기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산과 폴리카보네이트 블록을 반복단위로 포함하는 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 화학식 1-1로 표시되거나, 상기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산과 올리고머성 폴리카보네이트를 계면반응 조건 하에서 반응시켜 폴리실록산-폴리카보네이트 중간체를 형성하는 단계; 및 상기 중간체를 제1 중합 촉매를 이용하여 중합시키는 단계를 포함하는 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 포함하는 성형품을 제공한다.
본 발명에 따른 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체는 유동성, 내충격성(특히, 저온충격강도), 투명성 등 폴리카보네이트 고유의 우수한 물성을 건전하게 유지하면서 난연제 첨가 없이도 우수한 난연성을 확보할 수 있고, 특히, 종래의 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체 수준 이상으로 투명성이 우수하면서 난연성이 그보다 현저히 향상된 것으로, 건설용 재료, 자동차 부품 및 전기/전자 부품 등 다양한 용도에 적용될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 사용된 용어인 "반응 생성물"은 둘 이상의 반응물이 반응하여 형성되는 물질을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 중합 촉매를 기술하기 위해서 사용되었지만, 상기 중합 촉매가 이 같은 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 이러한 용어들은 단지 중합 촉매들을 서로 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 예를 들어, 제1 중합 촉매와 제2 중합 촉매는 서로 같은 종류의 촉매일 수도 있고, 서로 다른 종류의 촉매일 수도 있다.
아울러, 본 명세서에서 기재된 화학식에서 수소, 할로겐 원자 및/또는 탄화수소기 등을 대표하여 표현하기 위해 사용된 영문자 "R"은 숫자로 표시되는 하첨자를 갖지만, 상기 "R"이 이 같은 하첨자에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 "R"은 서로 독립적으로, 수소, 할로겐 원자 및/또는 탄화수소기 등을 나타낸다. 예를 들어, 둘 이상의 "R"이 같거나 다른 숫자의 하첨자를 갖는지에 상관없이, 이 "R"들은 같은 탄화수소기를 나타낼 수도 있고, 다른 탄화수소기를 나타낼 수도 있다.
폴리실록산
본 발명에 따른 히드록시페닐-말단 폴리실록산은, 말단에 히드록시페닐기를 갖는 실란 단위를 포함하고, 임의로 사슬 중간에 히드록시페닐기를 갖는 실록산을 포함하는 화합물로서, 하기 화학식 1-1로 표시되거나, 하기 화학식 1-2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000003
[화학식 1-2]
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000004
상기 화학식 1-1 및 1-2에서,
R1은 각각 독립적으로, 수소 원자, 탄소수 1 내지 13의 탄화수소기 또는 히드록시기를 나타내고,
R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 13의 탄화수소기 또는 히드록시기를 나타내며,
R3는 각각 독립적으로, 탄소수 2 내지 8의 알킬렌기를 나타내고,
R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 히드록시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 10의 아릴기를 나타내며,
a 및 b는 각각 독립적으로, 0 내지 10의 정수를 나타내되, 단, a 및 b 중 적어도 하나는 0이 아니고,
c는 1 내지 2의 정수를 나타낸다.
보다 구체적으로, 상기 탄소수 1 내지 13의 탄화수소기는 탄소수 1 내지 13의 알킬기 또는 알콕시기, 탄소수 2 내지 13의 알케닐기 또는 알케닐옥시기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 또는 사이클로알콕시기, 탄소수 6 내지 10의 아릴옥시기, 탄소수 7 내지 13의 아르알킬기 또는 아르알콕시기, 또는 탄소수 7 내지 13의 알크아릴기 또는 알크아릴옥시기일 수 있다.
예를 들어, 상기 알킬기는 메틸, 에틸 또는 프로필일 수 있고; 상기 알킬렌기는 에틸렌 또는 프로필렌일 수 있으며; 상기 할로겐 원자는 Cl 또는 Br일 수 있고; 상기 알콕시기는 메톡시, 에톡시 또는 프로폭시일 수 있으며; 상기 아릴기는 페닐, 클로로페닐 또는 톨릴(바람직하게는, 페닐)일 수 있다.
상기 화학식 1-1 및 1-2에서, a는 보다 구체적으로 0 내지 8의 정수, 보다 더 구체적으로는 1 내지 8의 정수, 더욱 더 구체적으로는 1 내지 7의 정수를 나타낼 수 있고, b는 보다 구체적으로 1 내지 10의 정수, 보다 더 구체적으로는 1 내지 5의 정수, 더욱 더 구체적으로는 1 내지 3의 정수를 나타낼 수 있으며, 단, a 및 b 중 적어도 하나는 0이 아니다.
일 구체예에서, 상기 화학식 1-1의 히드록시페닐-말단 폴리실록산은 하기 화학식 3-1의 폴리실록산과 하기 화학식 4의 화합물의 반응 생성물일 수 있다.
[화학식 3-1]
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000005
상기 화학식 3-1에서, R1, R2, a, b 및 c는 앞서 화학식 1-1에서 정의한 바와 같다.
[화학식 4]
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000006
상기 화학식 4에서, R4는 앞서 화학식 1-1에서 정의한 바와 같고, h는 1 내지 7의 정수를 나타낸다.
화학식 1-1의 히드록시페닐-말단 폴리실록산 제조를 위해 사용되는 화학식 3-1의 화합물 대 화학식 4 화합물의 몰비는 1:4 내지 1:1의 범위로 유지하는 것이 바람직하며, 1:3 내지 1:2의 범위로 유지하는 것이 더욱 바람직하다. 화학식 3-1의 화합물 대 화학식 4의 화합물의 몰비가 상기한 범위를 벗어나면, 폴리실록산과 폴리카보네이트 간의 중합도에 영향을 주어 난연 효과 및 투명성 저하의 요인이 될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 화학식 1-2의 히드록시페닐-말단 폴리실록산은 하기 화학식 3-2의 폴리실록산과 상기 화학식 4의 화합물의 반응 생성물일 수 있다.
[화학식 3-2]
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000007
상기 화학식 3-2에서, R1, R2, a, b 및 c는 앞서 화학식 1-2에서 정의한 바와 같다.
화학식 1-2의 히드록시페닐-말단 폴리실록산 제조를 위해 사용되는 화학식 3-2의 화합물 대 화학식 4 화합물의 몰비는 1:4 내지 1:1의 범위로 유지하는 것이 바람직하며, 1:3 내지 1:2의 범위로 유지하는 것이 더욱 바람직하다. 화학식 3-2의 화합물 대 화학식 4의 화합물의 몰비가 상기한 범위를 벗어나면, 폴리실록산과 폴리카보네이트 간의 중합도에 영향을 주어 난연 효과 및 투명성 저하의 요인이 될 수 있다.
폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체
본 발명에 따른 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체는 상기 화학식 1-1로 표시되거나, 상기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산(즉, 말단에 히드록시페닐기를 갖는 실란 단위를 포함하고, 임의로 사슬 중간에 히드록시페닐기를 갖는 실록산을 포함하는 폴리실록산 블록)과 폴리카보네이트 블록을 반복단위로 포함하는 공중합체이다.
일 구체예에서, 상기 폴리카보네이트 블록은 하기 화학식 2로 표시되는 구조를 갖는 것일 수 있다:
[화학식 2]
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000008
상기 화학식 2에서, R5는 비치환되거나 알킬기(예컨대, 탄소수 1 내지 20, 또는 1 내지 13의 알킬기), 사이클로알킬기(예컨대, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기), 알케닐기(예컨대, 탄소수 2 내지 20, 또는 2 내지 13의 알케닐기), 알콕시기(예컨대, 탄소수 1 내지 20, 또는 1 내지 13의 알콕시기), 할로겐 원자(예컨대, Cl 또는 Br) 및 니트로기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환된, 탄소수 6 내지 30의 방향족 탄화수소기를 나타낸다. 여기서, 상기 방향족 탄화수소기는, 예컨대, 하기 화학식 5의 화합물로부터 유도될 수 있다.
[화학식 5]
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000009
상기 화학식 5에서,
X는 작용기를 갖지 않는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기; 또는 설파이드기, 에테르기, 설폭사이드기, 설폰기, 케톤기, 나프틸기 및 이소부틸페닐기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 작용기를 포함하는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기(예컨대, 탄소수 1 내지 10의 직선형 알킬렌기, 또는 탄소수 3 내지 10의 분지형 또는 환형 알킬렌기)를 나타내고,
R6 및 R7은 각각 독립적으로, 할로겐 원자(예컨대, Cl 또는 Br), 또는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬기(예컨대, 탄소수 1 내지 10의 직선형 알킬기 또는, 탄소수 3 내지 10의 분지형 또는 환형 알킬기)를 나타내며,
p 및 q는 독립적으로, 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
상기 화학식 5의 화합물은, 예를 들어 비스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(4-히드록시페닐)페닐메탄, 비스(4-히드록시페닐)나프틸메탄, 비스(4-히드록시페닐)-(4-이소부틸페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1-에틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)프로판, 1-페닐-1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1-나프틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1,2-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1,10-비스(4-히드록시페닐)데칸, 2-메틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시페닐)부탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)펜탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)헥산, 2,2-비스(4-히드록시페닐)노난, 2,2-비스(3-메틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-플루오로-4-히드록시페닐)프로판, 4-메틸-2,2-비스(4-히드록시페닐)펜탄, 4,4-비스(4-히드록시페닐)헵탄, 디페닐-비스(4-히드록시페닐)메탄, 레소시놀(Resorcinol), 하이드로퀴논(Hydroquinone), 4,4'-디히드록시페닐 에테르[비스(4-히드록시페닐)에테르], 4,4'-디히드록시-2,5-디히드록시디페닐 에테르, 4,4'-디히드록시-3,3'-디클로로디페닐 에테르, 비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)에테르, 비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)에테르, 1,4-디히드록시-2,5-디클로로벤젠, 1,4-디히드록시-3-메틸벤젠, 4,4'-디히드록시디페놀[p,p'-디히드록시페닐], 3,3'-디클로로-4,4'-디히드록시페닐, 1,1-비스(4-히드록시페닐)사이클로헥산, 1,1-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)사이클로헥산, 1,1-비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)사이클로헥산, 1,1-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)사이클로도데칸, 1,1-비스(4-히드록시페닐)사이클로도데칸, 1,1-비스(4-히드록시페닐)부탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)데칸, 1,4-비스(4-히드록시페닐)프로판, 1,4-비스(4-히드록시페닐)부탄, 1,4-비스(4-히드록시페닐)이소부탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)부탄, 2,2-비스(3-클로로-4-히드록시페닐)프로판, 비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)메탄, 비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)메탄, 2,2-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디브로모-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,4-비스(4-히드록시페닐)-2-메틸-부탄, 4,4'-티오디페놀[비스(4-히드록시페닐)설폰], 비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)설폰, 비스(3-클로로-4-히드록시페닐)설폰, 비스(4-히드록시페닐)설파이드, 비스(4-히드록시페닐)설폭사이드, 비스(3-메틸-4-히드록시페닐)설파이드, 비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)설파이드, 비스(3,5-디브로모-4-히드록시페닐)설폭사이드, 4,4'-디히드록시벤조페논, 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-디히드록시벤조페논, 4,4'-디히드록시 디페닐, 메틸히드로퀴논, 1,5-디히드록시나프탈렌 또는 2,6-디히드록시나프탈렌 중에서 선택될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 대표적으로는 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 (비스페놀 A)을 들 수 있다. 이외의 작용성 2가 페놀류들(dihydric phenol)은 미국특허 US 2,999,835호, US 3,028,365호, US 3,153,008호 및 US 3,334,154호 등을 참조할 수 있으며, 상기 2가 페놀류들은 단독으로 또는 2종 이상 조합되어 사용될 수 있다.
상기 폴리카보네이트 블록의 다른 모노머로서, 카보네이트 전구체, 예를 들어 카보닐 클로라이드(포스겐), 카보닐 브로마이드, 비스 할로 포르메이트, 디페닐 카보네이트 또는 디메틸 카보네이트 등을 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체 중 화학식 1-1로 표시되거나, 상기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산의 함량은 공중합체 총 중량에 대하여 0.2 내지 24 중량%, 구체적으로는 0.5 내지 20 중량%, 보다 구체적으로는 1 내지 15 중량%, 보다 더 구체적으로는 2 내지 10 중량%일 수 있고, 폴리카보네이트의 함량은 공중합체 총 중량에 대하여 76 내지 99.8 중량%, 구체적으로는 80 내지 99.5 중량%, 보다 구체적으로는 85 내지 99 중량%, 보다 더 구체적으로는 90 내지 98 중량%일 수 있다. 본 발명의 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체 중 화학식 1-1로 표시되거나, 상기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산의 함량이 0.2 중량% 미만이면 난연성이 저하될 수 있으며, 24 중량%를 초과하면 투명성이 저하될 뿐만 아니라, 난연성도 오히려 열악해질 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명에 따른 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 점도평균분자량(MV)은 15,000 내지 200,000, 보다 구체적으로는 15,000 내지 100,000, 보다 더 구체적으로는 20,000 내지 80,000일 수 있다. 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 점도평균분자량이 15,000 미만이면 기계적 물성이 현저히 저하될 수 있으며, 200,000을 초과하면 용융 점도의 상승으로 수지의 가공에 문제가 생길 수 있다.
본 발명에 따른 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체는 (1) 상기 화학식 1-1로 표시되거나, 상기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산과 올리고머성 폴리카보네이트를 알칼리 수용액 및 유기상으로 이루어지는 계면 반응 조건 하에서 반응시켜 폴리실록산-폴리카보네이트 중간체를 형성하는 단계; 및 (2) 상기 중간체를 제1 중합 촉매를 이용하여 중합시키는 단계를 포함하는 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조 방법을 통해 제조될 수 있다.
바람직한 일 구체예에서, (1) 폴리실록산-폴리카보네이트 중간체를 형성하는 단계는, 화학식 1-1로 표시되거나, 상기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산과 올리고머성 폴리카보네이트를 0.2:99.8 내지 24:76 (바람직하게는 0.5:99.5 내지 20:80, 더욱 바람직하게는 1:99 내지 15:85, 가장 바람직하게는 2:98 내지 10:90)의 중량 비율로 혼합시키는 단계를 포함할 수 있다. 화학식 1-1로 표시되거나, 상기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산의 혼합 중량비가 0.2 미만이면 난연성이 저하될 수 있으며, 24를 초과하면 투명성이 저하될 뿐만 아니라, 난연성도 오히려 열악해질 수 있다.
본 발명에 따른 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조에 사용되는 올리고머성 폴리카보네이트는 점도평균분자량이 800 내지 20,000(더욱 바람직하게는, 1,000 내지 15,000)인 올리고머성 폴리카보네이트일 수 있다. 폴리카보네이트의 점도평균분자량이 800 미만이면 분자량 분포가 넓어지고 물성이 저하될 수 있으며, 20,000을 초과하면 반응성이 저하될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 올리고머성 폴리카보네이트는 전술한 2가 페놀류 화합물을 알칼리 수용액에 첨가하여 페놀염 상태로 만든 다음, 염 상태의 페놀류를 포스겐 가스를 주입한 디클로로메탄에 넣어 반응시켜 제조될 수 있다. 올리고머 제조를 위해서는 포스겐 대 2가 페놀류 화합물(예를 들면, 비스페놀 A)의 몰비를 약 1:1 내지 1.5:1, 더욱 바람직하게는 약 1:1 내지 1.2:1의 범위로 유지하는 것이 바람직하다. 2가 페놀류 화합물(예를 들면, 비스페놀 A)에 대한 포스겐의 몰비가 1 미만이면 반응성이 저하될 수 있으며, 2가 페놀류 화합물(예를 들면, 비스페놀 A)에 대한 포스겐의 몰비가 1.5를 초과하면 과도한 분자량 상승으로 인해 가공성에 문제가 생길 수 있다.
상기 올리고머성 폴리카보네이트 형성 반응은 일반적으로 약 15 내지 60℃범위의 온도에서 수행될 수 있으며, 반응 혼합물의 pH를 조절하기 위해 알칼리금속 수산화물(예컨대, 수산화나트륨)을 이용할 수 있다.
일 구체예에서, (1) 폴리실록산-폴리카보네이트 중간체를 형성하는 단계는, 상기 화학식 1-1로 표시되거나, 상기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산과 올리고머성 폴리카보네이트를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 혼합물은 상전이 촉매, 분자량 조절제 및 제2 중합 촉매를 포함하는 것일 수 있다. 또한 (1) 폴리실록산-폴리카보네이트 중간체를 형성하는 단계는, 상기 화학식 1-1로 표시되거나, 상기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산과 올리고머성 폴리카보네이트를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계; 및 상기 화학식 1-1로 표시되거나, 상기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산과 올리고머성 폴리카보네이트의 반응이 완료된 후 결과 혼합물에서 유기상을 추출하는 단계를 포함하고, 여기서 (2) 폴리실록산-폴리카보네이트 중간체를 중합시키는 단계는, 제1 중합 촉매를 상기 추출된 유기상에 제공하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체는 올리고머성 폴리카보네이트를 함유하는 유기상-수상 혼합물에 상기 화학식 1-1로 표시되거나, 상기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산을 첨가하고, 단계적으로 분자량 조절제 및 촉매를 투입함으로써 제조될 수 있다.
상기 분자량 조절제로는 폴리카보네이트 제조에 사용되는 모노머와 유사한 단일 작용성 물질(monofunctional compound)이 사용될 수 있다. 단일 작용성 물질은, 예를 들어 p-이소프로필페놀, p-tert-부틸페놀(p-tert-butylphenol, PTBP), p-큐밀(cumyl)페놀, p-이소옥틸페놀, 및 p-이소노닐페놀 등과 같은 페놀을 기본으로 하는 유도체; 또는 지방족 알콜류일 수 있다. 바람직하게는, p-tert-부틸페놀(PTBP)이 사용될 수 있다.
상기 촉매로는 중합 촉매 및/또는 상전이 촉매가 사용될 수 있다. 중합 촉매로는, 예를 들어 트리에틸아민(triethylamine, TEA)을 사용할 수 있으며, 상전이 촉매로는, 예를 들어 하기 화학식 6의 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 6]
(R8)4Q+X-
상기 화학식 6에서, R8은 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 나타내고, Q는 질소 또는 인을 나타내며, X는 할로겐 원자 또는 -OR9을 나타낸다. 여기서, R9은 수소 원자, 탄소수 1 내지 18의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타낸다.
구체적으로, 상전이 촉매는, 예를 들어 [CH3(CH2)3]4NX, [CH3(CH2)3]4PX, [CH3(CH2)5]4NX, [CH3(CH2)6]4NX, [CH3(CH2)4]4NX, CH3[CH3(CH2)3]3NX 또는 CH3[CH3(CH2)2]3NX일 수 있다. 상기 화학식들에서, X는 Cl, Br 또는 -OR9을 나타내며, 여기서 R9은 수소 원자, 탄소수 1 내지 18의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 18의 아릴기를 나타낸다.
상전이 촉매의 함량은 상기 화학식 1-1로 표시되거나, 상기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산과 올리고머성 폴리카보네이트의 혼합물 총 중량에 대하여 약 0.01 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 그 함량이 0.01 중량% 미만이면 반응성이 떨어질 수 있으며, 그 함량이 10 중량%를 초과하면 침전물로 석출되거나 투명성이 저하될 수 있다.
일 구체예에서, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 제조한 다음, 메틸렌클로라이드에 분산된 유기상을 알칼리 세정한 후 분리시킬 수 있다. 계속해서 상기 유기상을 0.1N 염산 용액을 사용하여 세척한 후 증류수로 2 내지 3회 반복하여 세정할 수 있다. 세정이 완료되면 메틸렌클로라이드에 분산된 상기 유기상의 농도를 일정하게 조정하여 70 내지 80℃범위에서 일정량의 순수를 이용하여 조립화(Granulation)할 수 있다. 순수의 온도가 70℃미만이면 조립 속도가 늦어져 조립 시간이 매우 길어질 수 있으며, 순수의 온도가 80℃를 초과하면 일정한 크기로 폴리카보네이트의 형상을 얻는 것이 어려워질 수 있다. 조립화가 완결되면 1차로 100 내지 110℃에서 5 내지 10시간 동안 건조시키고, 2차로 110 내지 120℃에서 5 내지 10시간 동안 건조시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체는 유동성, 내충격성(특히, 저온충격강도), 투명성 등 폴리카보네이트 고유의 우수한 물성을 건전하게 유지하면서 난연제 첨가 없이도 우수한 난연성을 확보할 수 있어, 건설용 재료, 자동차 부품 및 전기/전자 부품 등 다양한 용도에 적용될 수 있다.
따라서 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명의 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 포함하는 성형품이 제공될 수 있다.
본 발명의 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 성형하여 성형품으로 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 플라스틱 성형 분야에서 일반적으로 사용되는 방법 (예를 들어, 압출, 사출 등)을 그대로 사용하거나 또는 적절히 변경하여 성형품을 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 범위가 어떤 식으로든 제한되는 것은 아니다.
[실시예]
<폴리실록산의 제조>
실시예 A1: 화학식 E1의 폴리실록산의 제조
500mL 3구 플라스크에 콘덴서를 장착하고, 질소 분위기 하에서 상기 화학식 3-1에 해당하는 폴리실록산(미원상사의 APSP318, 무색 투명 액체, 점도: 5cP) 72.64g(0.1몰)을 톨루엔 100ml에 녹인 후, 백금(Pt) 촉매(UMICORE사의 Pt-CS-1.8CS) 0.007g(100ppm)을 첨가하였다. 상기 용액을 가열시킨 상태에서 2-알릴 페놀(2-allylphenol) 26.80g(0.2몰)을 1 시간 동안 천천히 첨가하고 5 시간 동안 환류시켰다. 반응 완료 후, 반응 용액으로부터 용매인 톨루엔을 제거한 후, 진공 오븐에서 24 시간 동안 건조시킴으로써 하기 화학식 E1의 폴리실록산을 제조하였다.
[화학식 E1]
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000010
실시예 A2: 화학식 E2의 폴리실록산의 제조
500mL 3구 플라스크에 콘덴서를 장착하고, 질소 분위기 하에서 상기 화학식 3-1에 해당하는 폴리실록산(미원상사의 APSP319, 무색 투명 액체, 점도: 5cP) 71.18g(0.1몰)을 톨루엔 100ml에 녹인 후, 백금(Pt) 촉매(UMICORE사의 Pt-CS-1.8CS) 0.007g(100ppm)을 첨가하였다. 상기 용액을 가열시킨 상태에서 2-알릴 페놀(2-allylphenol) 40.30g(0.3몰)을 1 시간 동안 천천히 첨가하고 5 시간 동안 환류시켰다. 반응 완료 후, 반응 용액으로부터 용매인 톨루엔을 제거한 후, 진공 오븐에서 24 시간 동안 건조시킴으로써 하기 화학식 E2의 폴리실록산을 제조하였다.
[화학식 E2]
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000011
비교예 A1: 화학식 C1의 폴리실록산의 제조
500mL 3구 플라스크에 콘덴서를 장착하고, 질소 분위기 하에서 폴리실록산(다미폴리켐사의 F5032, 무색 투명 액체, 점도: 5cP) 49.04g(0.1몰)을 톨루엔 50ml에 녹인 후, 백금(Pt) 촉매(다미폴리켐사의 CP101) 0.008g(100ppm)을 첨가하였다. 상기 용액을 가열시킨 상태에서 2-알릴 페놀(2-allylphenol) 40.2g(0.3몰)을 1 시간 동안 천천히 첨가하고 5 시간 동안 환류시켰다. 반응 완료 후, 반응 용액으로부터 용매인 톨루엔을 제거한 후, 진공 오븐에서 24 시간 동안 건조시킴으로써 하기 화학식 C1의 폴리실록산을 제조하였다.
[화학식 C1]
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000012
<폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조>
실시예 B1: 실시예 A1의 폴리실록산(함량: 2 중량%)을 이용한 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조
수용액 상의 비스페놀 A와 포스겐 가스를 메틸렌 클로라이드 존재 하에서 계면 반응시켜 점도평균분자량이 약 1,000인 올리고머성 폴리카보네이트 혼합물을 제조하였다. 상기 수득된 올리고머성 폴리카보네이트 혼합물 중 유기상을 채취하고, 여기에 수산화나트륨 수용액, 상기 실시예 A1에서 수득된 화학식 E1의 폴리실록산(공중합체 총 중량에 대하여 2 중량%의 양), 테트라부틸암모늄 클로라이드(tetrabutyl ammonium chloride, TBACl, 공중합체 총 중량에 대하여 0.1 중량%의 양), 메틸렌 클로라이드 및 p-tert-부틸페놀(PTBP, 공중합체 총 중량에 대하여 0.4 중량%의 양)을 혼합한 후 2 시간 동안 반응시켰다. 층 분리가 일어난 후 유기상만 채취하여, 수산화나트륨 수용액, 메틸렌 클로라이드, 트리에틸아민(TEA, 공중합체 총 중량에 대하여 0.015 중량%의 양)을 투입하여 3 시간 동안 반응시켰다. 상기 반응시킨 유기상에 다시 트리에틸아민(TEA, 공중합체 총 중량에 대하여 0.02 중량%의 양)을 투입하여 2시간 동안 더 반응시켰다. 층 분리가 일어난 후 점도가 상승한 유기상을 채취하여 여기에 증류수 및 메틸렌 클로라이드를 투입하고 알칼리 세정한 후 다시 분리시켰다. 계속해서 상기 유기상을 0.1N 염산 수용액으로 세척한 후 증류수로 2 내지 3회 반복하여 세정하였다. 세정이 완료되고 상기 유기상을 76℃에서 일정량의 순수를 이용하여 조립하였다. 조립이 완결된 후, 1차로 110℃에서 8시간 동안 건조시키고, 2차로 120℃에서 10시간 동안 건조시킴으로써, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 제조하였다. 상기 제조된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
실시예 B2: 실시예 A2의 폴리실록산(함량: 2 중량%)을 이용한 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조
상기 실시예 A1에서 수득된 화학식 E1의 폴리실록산을 대신하여 상기 실시예 A2에서 수득된 화학식 E2의 폴리실록산(공중합체 총 중량에 대하여 2 중량%의 양)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 B1과 동일한 방법으로 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 제조하였다. 상기 제조된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
실시예 B3: 실시예 A1의 폴리실록산(함량: 5 중량%)을 이용한 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조
상기 실시예 A1에서 수득된 화학식 E1의 폴리실록산의 함량을 공중합체 총 중량에 대하여 5 중량%로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 B1과 동일한 방법으로 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 제조하였다. 제조된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
실시예 B4: 실시예 A1의 폴리실록산(함량: 7 중량%)을 이용한 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조
상기 실시예 A1에서 수득된 화학식 E1의 폴리실록산 함량을 공중합체 총 중량에 대하여 7 중량%로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 B1과 동일한 방법으로 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 제조하였다. 제조된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
실시예 B5: 실시예 A1의 폴리실록산(함량: 10 중량%)을 이용한 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조
상기 실시예 A1에서 수득된 화학식 E1의 폴리실록산 함량을 공중합체 총 중량에 대하여 10 중량%로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 B1과 동일한 방법으로 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 제조하였다. 제조된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
실시예 B6: 실시예 A2의 폴리실록산(함량: 7 중량%)을 이용한 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조
상기 실시예 A1에서 수득된 화학식 E1의 폴리실록산을 대신하여 상기 실시예 A2에서 수득된 화학식 E2의 폴리실록산(공중합체 총 중량에 대하여 7 중량%의 양)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 B1과 동일한 방법으로 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 제조하였다. 제조된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
실시예 B7: 실시예 A1의 폴리실록산(함량: 5 중량%)을 이용한 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조
상기 실시예 A1에서 수득된 화학식 E1의 폴리실록산 함량을 공중합체 총 중량에 대하여 5 중량%로 변경하고, p-tert-부틸페놀의 함량을 공중합체 총 중량에 대하여 0.2 중량%로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 B1과 동일한 방법으로 점도평균분자량이 70,500 g/mol인 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 제조하였다. 제조된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
실시예 B8: 실시예 A1의 폴리실록산(함량: 0.5 중량%)을 이용한 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조
상기 실시예 A1에서 수득된 화학식 E1의 폴리실록산 함량을 공중합체 총 중량에 대하여 0.5 중량%로 변경하고 p-tert-부틸페놀의 함량을 공중합체 총 중량에 대하여 0.2 중량%로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 B1과 동일한 방법으로 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 제조하였다. 제조된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
실시예 B9: 실시예 A1의 폴리실록산(함량: 20 중량%)을 이용한 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조
상기 실시예 A1에서 수득된 화학식 E1의 폴리실록산 함량을 공중합체 총 중량에 대하여 20 중량%로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 B1과 동일한 방법으로 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 제조하였다. 제조된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
비교예 B1: 점도평균분자량이 21,200 g/mol인 선형 폴리카보네이트 수지
점도평균분자량이 21,200 g/mol인 선형 폴리카보네이트(삼양사, TRIREX 3022IR) 수지의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
비교예 B2: 점도평균분자량이 70,900 g/mol인 선형 폴리카보네이트 수지
상기 실시예 A1에서 수득된 화학식 E1의 폴리실록산을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 B1과 동일한 방법으로 점도평균분자량이 70,900 g/mol인 선형 폴리카보네이트 수지를 제조하였다. 제조된 폴리카보네이트 수지의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
비교예 B3: 화학식 C2의 히드록시 말단 폴리실록산(함량: 9 중량%)을 이용한 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조
상기 실시예 A1에서 수득된 화학식 E1의 폴리실록산을 대신하여 하기 화학식 C2의 히드록시 말단 폴리실록산(공중합체 총 중량에 대하여 9 중량%의 양)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 B1과 동일한 방법으로 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 제조하였다. 제조된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
[화학식 C2]
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000013
비교예 B4: 비교예 A1의 폴리실록산(함량: 7 중량%)을 이용한 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조
상기 실시예 A1에서 수득된 화학식 E1의 폴리실록산을 대신하여 상기 비교예 A1에서 수득된 화학식 C1의 폴리실록산(공중합체 총 중량에 대하여 7 중량%의 양)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 B1과 동일한 방법으로 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 제조하였다. 제조된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
<물성 측정 방법>
(1) H-NMR(핵자기 공명 분광기)
브루커(Bruker)사의 Avance DRX 300를 이용하여 측정하였다. H-NMR로 0.2ppm에서 관찰되는 디메틸실록산의 메틸기의 피크와 2.6ppm에서 관찰되는 폴리실록산-폴리카보네이트 결합부의 메틸렌기의 피크 및 3.9ppm에서 관찰되는 폴리실록산-폴리카보네이트 결합부의 메톡시기의 피크로 공중합체를 확인하였다.
(2) 점도평균분자량(MV: g/mol)
우베로드 점도계(Ubbelohde Viscometer)를 사용하여 20℃에서 메틸렌클로라이드 용액의 점도를 측정하고 이로부터 극한 점도 [η]를 다음 식에 의해 산출하였다.
[η]=1.23x10-5 Mv0.83
(3) 투과율(%)
헤이즈 미터(Haze meter: BYK GARDNER사의 HAZE-GARD PLUS)를 사용하여 투과율을 측정하였다.
(4) 난연성
미국의 언더라이터스 래버러터리즈(UL: Underwriter's Laboratories)가 규정하는 방법인 UL-94 난연 시험방법에 의하여 측정하였다. 상기 방법은 수직으로 고정된 일정 크기의 시편에 버너의 불꽃을 10초간 붙인 후의 연소 시간이나 드립성으로부터 난연성을 평가하는 방법이다. 연소 시간은 불꽃을 멀리 떨어뜨린 후 시편이 유염 연소를 계속하는 시간의 길이이고, 드립에 의한 솜의 인화는 시편의 하단으로부터 약 300mm 아래에 있는 표지용의 솜이 시편으로부터의 적하물에 의해 인화되는 것에 의해 결정되며, 난연성의 등급은 하기 표에 따라 나누어진다.
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000014
[표 1]
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000015
Figure PCTKR2022009597-appb-img-000016
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 B1 내지 B9에서 제조된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체가, 비교예 B1 및 B2에서 제조된 선형 폴리카보네이트 수지 및 비교예 B3 및 B4에서 제조된 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체에 비하여, 더욱 우수한 난연성(상대적으로 짧은 5개 시료의 전체 연소 시간)을 나타내면서도 우수한 투과율을 발휘함을 알 수 있다.

Claims (16)

  1. 하기 화학식 1-1로 표시되거나, 하기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산:
    [화학식 1-1]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000017
    [화학식 1-2]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000018
    상기 화학식 1-1 및 1-2에서,
    R1은 각각 독립적으로, 수소 원자, 탄소수 1 내지 13의 탄화수소기 또는 히드록시기를 나타내고,
    R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 13의 탄화수소기 또는 히드록시기를 나타내며,
    R3는 각각 독립적으로, 탄소수 2 내지 8의 알킬렌기를 나타내고,
    R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 히드록시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 10의 아릴기를 나타내며,
    a 및 b는 각각 독립적으로, 0 내지 10의 정수를 나타내되, 단, a 및 b 중 적어도 하나는 0이 아니고,
    c는 1 내지 2의 정수를 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서, 화학식 1-1로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산은 하기 화학식 3-1의 폴리실록산과 하기 화학식 4의 화합물의 반응 생성물인, 폴리실록산:
    [화학식 3-1]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000019
    상기 화학식 3-1에서, R1, R2, a, b 및 c는 제1항의 화학식 1-1에서 정의한 바와 같고,
    [화학식 4]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000020
    상기 화학식 4에서, R4는 제1항의 화학식 1-1에서 정의한 바와 같고, h는 1 내지 7의 정수를 나타낸다.
  3. 제1항에 있어서, 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산은 하기 화학식 3-2의 폴리실록산과 하기 화학식 4의 화합물의 반응 생성물인, 폴리실록산:
    [화학식 3-2]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000021
    상기 화학식 3-2에서, R1, R2, a, b 및 c는 제1항의 화학식 1-2에서 정의한 바와 같고,
    [화학식 4]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000022
    상기 화학식 4에서, R4는 제1항의 화학식 1-2에서 정의한 바와 같고, h는 1 내지 7의 정수를 나타낸다.
  4. 반복 단위로서, 하기 화학식 1-1로 표시되거나, 하기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산; 및 폴리카보네이트 블록;을 포함하는 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체:
    [화학식 1-1]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000023
    [화학식 1-2]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000024
    상기 화학식 1-1 및 1-2에서,
    R1은 각각 독립적으로, 수소 원자, 탄소수 1 내지 13의 탄화수소기 또는 히드록시기를 나타내고,
    R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 13의 탄화수소기 또는 히드록시기를 나타내며,
    R3는 각각 독립적으로, 탄소수 2 내지 8의 알킬렌기를 나타내고,
    R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 히드록시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 10의 아릴기를 나타내며,
    a 및 b는 각각 독립적으로, 0 내지 10의 정수를 나타내되, 단, a 및 b 중 적어도 하나는 0이 아니고,
    c는 1 내지 2의 정수를 나타낸다.
  5. 제4항에 있어서, 화학식 1-1로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산이 하기 화학식 3-1의 폴리실록산과 하기 화학식 4의 화합물의 반응 생성물인, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체:
    [화학식 3-1]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000025
    상기 화학식 3-1에서, R1, R2, a, b 및 c는 제4항의 화학식 1-1에서 정의한 바와 같고,
    [화학식 4]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000026
    상기 화학식 4에서, R4는 제4항의 화학식 1-1에서 정의한 바와 같고, h는 1 내지 7의 정수를 나타낸다.
  6. 제4항에 있어서, 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산이 하기 화학식 3-2의 폴리실록산과 하기 화학식 4의 화합물의 반응 생성물인, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체:
    [화학식 3-2]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000027
    상기 화학식 3-2에서, R1, R2, a, b 및 c는 제4항의 화학식 1-2에서 정의한 바와 같고,
    [화학식 4]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000028
    상기 화학식 4에서, R4는 제4항의 화학식 1-2에서 정의한 바와 같고, h는 1 내지 7의 정수를 나타낸다.
  7. 제4항에 있어서, 폴리카보네이트 블록이 하기 화학식 2로 표시되는 구조를 갖는 것인, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체:
    [화학식 2]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000029
    상기 화학식 2에서,
    R5는 알킬기, 사이클로알킬기, 알케닐기, 알콕시기, 할로겐 원자 및 니트로기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된, 탄소수 6 내지 30의 방향족 탄화수소기를 나타낸다.
  8. 제7항에 있어서, 방향족 탄화수소기가 하기 화학식 5의 화합물로부터 유도된 것인, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체:
    [화학식 5]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000030
    상기 화학식 5에서,
    X는 작용기를 갖지 않는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기; 또는 설파이드기, 에테르기, 설폭사이드기, 설폰기, 케톤기, 나프틸기 및 이소부틸페닐기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 작용기를 포함하는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기를 나타내고,
    R6 및 R7은 각각 독립적으로, 할로겐 원자; 또는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬기를 나타내며,
    p 및 q는 각각 독립적으로, 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
  9. 제4항에 있어서, 화학식 1-1로 표시되거나, 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산의 함량이 공중합체 총 중량에 대하여 0.2 내지 24 중량%인, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체.
  10. 제4항에 있어서, 점도평균분자량이 15,000 내지 200,000인, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체.
  11. (1) 하기 화학식 1-1로 표시되거나, 하기 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산과 올리고머성 폴리카보네이트를 계면반응 조건 하에서 반응시켜 폴리실록산-폴리카보네이트 중간체를 형성하는 단계; 및
    (2) 상기 중간체를 제1 중합 촉매를 이용하여 중합시키는 단계;를 포함하는,
    폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조방법:
    [화학식 1-1]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000031
    [화학식 1-2]
    Figure PCTKR2022009597-appb-img-000032
    상기 화학식 1-1 및 1-2에서,
    R1은 각각 독립적으로, 수소 원자, 탄소수 1 내지 13의 탄화수소기 또는 히드록시기를 나타내고,
    R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 13의 탄화수소기 또는 히드록시기를 나타내며,
    R3는 각각 독립적으로, 탄소수 2 내지 8의 알킬렌기를 나타내고,
    R4는 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 히드록시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 10의 아릴기를 나타내며,
    a 및 b는 각각 독립적으로, 0 내지 10의 정수를 나타내되, 단, a 및 b 중 적어도 하나는 0이 아니고,
    c는 1 내지 2의 정수를 나타낸다.
  12. 제11항에 있어서, (1) 폴리실록산-폴리카보네이트 중간체를 형성하는 단계가, 화학식 1-1로 표시되거나, 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산과 올리고머성 폴리카보네이트를 0.2:99.8 내지 24:76의 중량 비율로 혼합시키는 단계를 포함하는, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, (1) 폴리실록산-폴리카보네이트 중간체를 형성하는 단계가, 화학식 1-1로 표시되거나, 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산과 올리고머성 폴리카보네이트를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 혼합물이 상전이 촉매, 분자량 조절제 및 제2 중합 촉매를 또한 포함하는, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서, (1) 폴리실록산-폴리카보네이트 중간체를 형성하는 단계가, 화학식 1-1로 표시되거나, 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산과 올리고머성 폴리카보네이트를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계; 및 화학식 1-1로 표시되거나, 화학식 1-2로 표시되는 히드록시페닐-말단 폴리실록산과 올리고머성 폴리카보네이트의 반응이 완료된 후 결과 혼합물에서 유기상을 추출하는 단계를 포함하고; (2) 폴리실록산-폴리카보네이트 중간체를 중합시키는 단계가, 제1 중합 촉매를 상기 추출된 유기상에 제공하는 단계를 포함하는, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서, 올리고머성 폴리카보네이트의 점도평균분자량이 800 내지 20,000인, 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체의 제조방법.
  16. 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 폴리실록산-폴리카보네이트 공중합체를 포함하는 성형품.
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