JP2013523938A - ヒドロキシ末端シロキサン、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体及びその製造方法 - Google Patents

ヒドロキシ末端シロキサン、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

ヒドロキシ末端シロキサン、これを繰り返し単位として含むポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体及びその製造方法を提供する。ヒドロキシ末端シロキサンは化学式(1)の構造を有する。

Description

本発明は、ヒドロキシ末端シロキサン及びポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体に関し、さらに詳しくは、エステル結合又はウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサン、上記エステル結合又はウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサンを繰り返し単位として含むポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体、及びその製造方法に関するものである。
ポリカーボネートは、引張強度、耐衝撃性などの機械的特性に優れており、また、寸法安定性、耐熱性、光透過性などにも優れている。従って、多くの工業的用途を有している。しかし、ポリカーボネートは、室温では優れた耐衝撃性を有するが、低温では急激に耐衝撃性が悪化する。このような欠点を改善するために、様々な共重合体について研究が行われており、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体が低温で優れた耐衝撃性を有することが知られている。
しかし、従来方法で製造されるポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体は、低温で優れた耐衝撃性を有するが、高温での熱変形に対して脆弱であり、透明性が低下する。従って、このような共重合体の光学材料としての使用には制限がある。また、これらは耐スクラッチ性及び耐磨耗性が低いので、外装材として使用するとき、品質が低下する。耐磨耗性を向上させるために、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体に、他のポリマーを混合しようと試みられたが、このような混合物は透明性などのその他の特性の低下をもたらした。
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決することを目的としている。本発明の技術的課題は、優れた耐熱性、低温耐衝撃性、透明性及び耐磨耗性を有するポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体及びその製造方法と共に、上記ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造するときに使用できるヒドロキシ末端シロキサンを提供することである。
本発明は、下記化学式(1)で示されるヒドロキシ末端シロキサンを提供する:
Figure 2013523938
式中の、Rは独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルキル基、アルコキシ基又はアリール基を表し、
は独立して、炭素数1〜13の炭化水素基又はヒドロキシ基を表し、
は独立して、炭素数2〜8のアルキレン基を表し、
AはX又はNH−X−NH(ここで、Xは炭素数1〜20の直鎖若しくは分岐鎖脂肪族基、シクロアルキレン基、又はハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基若しくはカルボキシ基で置換されているか若しくは置換されていない炭素数6〜30の単環式又は多環式アリーレン基を表す)であり、
mは独立して、0〜4の整数を表し、そして
nは独立して、2〜1,000の整数を表す。
別の態様では、本発明はエステル結合又はウレタン結合を有する上記ヒドロキシ末端シロキサン、及び下記化学式(3)で示されるポリカーボネートブロックを繰り返し単位として含むポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を提供する。
Figure 2013523938
式中の、Rは独立して、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、又はニトロで置換されているか又は置換されていない炭素数6〜30の芳香族炭化水素基を表す。
さらに別の態様では、本発明は、エステル結合又はウレタン結合を有する上記ヒドロキシ末端シロキサンとオリゴマー性ポリカーボネートを界面反応条件下で反応して、ポリシロキサン−ポリカーボネート中間体を形成する工程;及び上記中間体を、第1の重合触媒を用いて重合する工程;を含むポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の製造方法を提供する。
本発明によるポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体は、エステル結合又はウレタン結合を有するシロキサンを含有することにより、優れた透明性を保持しながら、耐熱性、低温耐衝撃性及び耐磨耗性などに優れた機械的特性を確保することができ、よってヘルメット、自動車部品及び携帯電話のハウジングなど様々な用途で利用することができる。
以下、本発明をより詳細に説明する。本発明の目的、特徴及び利点は以下の実施態様を通して容易に理解できるだろう。本発明は、本明細書で説明される実施態様に限定されず、他の形態で具現化することができる。本明細書で導入された実施態様は開示される内容を徹底した完全なものにするために、そして当業者に本発明の精神を十分に伝達するために提供されている。従って、本発明は以下の実施態様に限定されるものではない。
本明細書で用いられる用語「反応生成物」は、2つ又はそれ以上の反応物が反応して形成される物質を意味する。
また、「第1の」、「第2の」などの用語は、本明細書では重合触媒を記述するために用いたが、重合触媒がこのような用語により限定されるものではない。このような用語は、単に重合触媒を互いに区別するために用いられるだけである。例えば、第1の重合触媒と第2の重合触媒は、同じ種類の触媒であってよく、異なる種類の触媒であってよい。
さらに、本明細書で記載された化学式において、水素、ハロゲン原子及び/又は炭化水素基などを表すために使われた英文字「R」は下付き数字を有するが、「R」はこのような下付きにより限定されるものではない。「R」は独立して、水素、ハロゲン原子及び/又は炭化水素基などを表す。例えば、2つ又はそれ以上の「R」が同じ下付き数字を有していたとしても、このような「R」は同じ炭化水素基を表してもよく、或いは異なる炭化水素基を表してもよい。また、2つ又はそれ以上の「R」が異なる下付き数字を有していたとしても、このような「R」が同じ炭化水素基を表してもよく、或いは異なる炭化水素基を表してもよい。
<エステル結合を有するヒドロキシ末端シロキサン>
本発明の好ましい第1の実施態様によると、エステル結合を有するヒドロキシ末端シロキサン、ヒドロキシ末端シロキサンを繰り返し単位として含むポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体、及びその製造方法が提供される。
本発明の好ましい第1の実施態様によるヒドロキシ末端シロキサンは下記化学式(1a)の化合物であってよい。
Figure 2013523938
上記化学式(1a)において、Rは独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルキル基、アルコキシ基又はアリール基を表してもよい。例えば、ハロゲン原子は、Cl又はBrであってよく、アルキル基は、炭素数1〜13のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基又はプロピル基であってよい。また、例えば、アルコキシ基は、炭素数1〜13のアルコキシ基、例えばメトキシ基、エトキシ基又はプロポキシ基であってよく、アリール基は、炭素数6〜10のアリール基、例えばフェニル基、クロロフェニル基又はトリル基であってよい。
は独立して、炭素数1〜13の炭化水素基若しくはヒドロキシ基を表してもよい。例えば、Rは炭素数1〜13のアルキル基又はアルコキシ基、炭素数2〜13のアルケニル基若しくはアルケニルオキシ基、炭素数3〜6のシクロアルキル基若しくはシクロアルコキシ基、炭素数6〜10のアリールオキシ基、炭素数7〜13のアラルキル基若しくはアラルコキシ基、又は炭素数7〜13のアルカリール基若しくはアルカリールオキシ基であってよい。
は独立して、炭素数2〜8のアルキレン基を表してもよい。
下付き文字「m」は独立して、0〜4の整数を表してもよい。
下付き文字「n」は独立して、2〜1,000の整数、好ましくは2〜500の整数、より好ましくは、5〜100の整数を表してもよい。
Xは炭素数1〜20の直鎖若しくは分岐鎖の脂肪族基、シクロアルキレン基、又はハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基若しくはカルボキシ基で置換されているか若しくは置換されていない炭素数6〜30の単環式若しくは多環式アリーレン基を表してもよい。例えば、Xはハロゲン原子で置換されているか若しくは置換されていない脂肪族基、主鎖に酸素、窒素若しくは硫黄原子を含む脂肪族基、又はビスフェノールA、レゾルシノール、ヒドロキノン若しくはジフェニルフェノールに由来してもよいアリーレン基であってよく、例えば、下記化学式(5a)〜(5h)で表すことができる。
Figure 2013523938
ヒドロキシ末端シロキサンは、下記化学式(2)のヒドロキシ末端シロキサンとアシル化合物との反応生成物であってよい。
Figure 2013523938
上記化学式(2)において、R、R、R、m及びnは上記化学式(1a)の定義と同義である。
上記化学式(2)のヒドロキシ末端シロキサンは、例えば、ヒドロキシ基と二重結合を有している下記化学式(2a)の化合物とシリコンを含有している下記化学式(2b)で示される化合物を、プラチナ触媒を用いて2:1のモル比で合成することにより製造できる。
Figure 2013523938
上記化学式(2a)において、R及びmは上記化学式(1a)の定義と同義であり、kは1〜7の整数を表してもよい。
Figure 2013523938
上記化学式(2b)において、R及びnは上記化学式(1a)の定義と同義ある。
上記化学式(2)のヒドロキシ末端シロキサンの製造に関して、米国特許第6,072,011号明細書を参照することができる。
アシル化合物は、例えば、芳香族構造、脂肪族構造又は芳香族と脂肪族形態の両方を含む混合型の構造を有してもよい。アシル化合物が芳香族構造又は混合型構造の場合は、6〜30の炭素数を有してもよく、そしてアシル化合物が脂肪族構造の場合は、1〜20の炭素数を有してもよい。アシル化合物は、更に、ハロゲン、酸素、窒素又は硫黄原子を含んでいてもよい。
例えば、上記アシル化合物は下記化学式(6)の化合物であってよい。
Figure 2013523938
上記化学式(6)において、Zはヒドロキシ基又はハロゲン基を表してもよく、Xは上記化学式(1a)の定義と同義である。
<ウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサン>
本発明の好ましい第2の実施態様によると、ウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサン、ヒドロキシ末端シロキサンを繰り返し単位として含むポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体、及びその製造方法が提供される。
本発明の好ましい第2の実施態様によるヒドロキシ末端シロキサンは、下記化学式(1b)の化合物であってよい。
Figure 2013523938
上記化学式(1b)において、R、R、R、m及びnは上記化学式(1a)の定義と同義であり、そして
Xは炭素数1〜20の直鎖若しくは分岐鎖の脂肪族基、シクロアルキレン基(例えば、炭素数3〜6のシクロアルキレン基)、又はハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基若しくはカルボキシ基で置換されているか若しくは置換されていない炭素数6〜30の単環式若しくは多環式アリーレン基を表してもよい。
例えば、Xはハロゲン原子で置換されているか若しくは置換されていない脂肪族基、主鎖に酸素、窒素若しくは硫黄原子を含む脂肪族基、又はビスフェノールA、レゾルシノール、ヒドロキノン若しくはジフェニルフェノールに由来してもよいアリーレン基であってよく、例えば、上述した化学式(5a)〜(5h)で示すことができる。
ヒドロキシ末端シロキサンは、上記化学式(2)のヒドロキシ末端シロキサンと下記化学式(4)のジイソシアネート化合物との反応生成物であってよい。
Figure 2013523938
上記化学式(4)において、Xは上記化学式(1b)の定義と同義である。
ジイソシアネート化合物は、例えば、1,4−フェニレンジイソシアネート、1,3−フェニレンジイソシアネート又は4,4'−メチレンジフェニルジイソシアネートであってよい。
<ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体>
本発明の好ましい第1及び第2の実施態様によるポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体は、上記化学式(1)、好ましくは、上記化学式(1a)及び(1b)のそれぞれのシロキサン基と、下記化学式(3)のポリカーボネートブロックとを繰り返し単位として含んでいてもよい。
Figure 2013523938
前記化学式(3)において、Rはアルキル基(例えば、炭素数1〜13のアルキル基)、シクロアルキル基(例えば、炭素数3〜6のシクロアルキル基)、アルケニル基(例えば、炭素数2〜13のアルケニル基)、アルコキシ基(例えば、炭素数1〜13のアルコキシ基)、ハロゲン原子、又はニトロで置換されているか又は置換されていない炭素数6〜30の芳香族炭化水素基を表してもよい。
芳香族炭化水素基は、下記化学式(3a)を有する化合物から誘導されてもよい。
Figure 2013523938
上記化学式(3a)において、Xはアルキレン基、官能基を有していない直鎖、分岐鎖若しくは環状のアルキレン基、又はスルフィド、エーテル、スルホキシド、スルホン、ケトン、ナフチル,イソブチルフェニルなどのような官能基を含む直鎖、分岐鎖若しくは環状のアルキレン基を表してもよい。
好ましくは、Xは炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐鎖のアルキレン基、又は炭素数3〜6の環状アルキレン基であってもよい。
とRは独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基、例えば炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基、又は炭素数3〜6の環状アルキル基を表してもよい。
下付き文字n及びmは独立して、0〜4の整数を表してもよい。
上記化学式(3a)の化合物は、例えば、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ナフチルメタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)−(4−イソブチルフェニル)メタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1−エチル−1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1−フェニル−1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1−ナフチル−1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,10−ビス(4−ヒドロキシフェニル)デカン、2−メチル−1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ノナン、2,2−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−フルオロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、4−メチル−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、4,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘプタン、ジフェニル−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、レゾルシノール、ヒドロキノン、4,4'−ジヒドロキシフェニルエーテル[ビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル]、4,4'−ジヒドロキシ−2,5−ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4'−ジヒドロキシ−3,3'−ジクロロジフェニルエーテル、ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)エーテル、1,4−ジヒドロキシ−2,5−ジクロロベンゼン、1,4−ジヒドロキシ−3−メチルベンゼン、4,4'−ジヒドロキシジフェノール[p,p'−ジヒドロキシフェニル]、3,3'−ジクロロ−4,4'−ジヒドロキシフェニル、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)シクロドデカン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロドデカン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)デカン、1,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)イソブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2−ビス(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2−メチル−ブタン、4,4'−チオジフェノール[ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン]、ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホキシド、ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、ビス(3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)スルホキシド、4,4'−ジヒドロキシベンゾフェノン、3,3',5,5'−テトラメチル−4,4'−ジヒドロキシベンゾフェノン、4,4'−ジヒドロキシジフェニル、メチルヒドロキノン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、又は2,6−ジヒドロキシナフタレンであるが、これらに限定されない。
この中から代表的なものは、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(ビスフェノールA)である。その他の機能的なフェノール類については、米国特許第2,999,835号明細書、同第3,028,365号明細書、同第3,153,008号明細書及び同第3,334,154号明細書を参照することができる。上記2価フェノール類は単独で又は他のものと組合せて用いることができる。
カーボネート前駆体は、ポリカーボネート樹脂の別のモノマーである。例えば、塩化カルボニル(ホスゲン)、臭化カルボニル、ビスハロホルメート、炭酸ジフェニル又は炭酸ジメチルなどを使用できる。
ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体において、ヒドロキシ末端シロキサンの含量は、約0.5〜20重量%であり、ポリカーボネートの含量は、約80〜99.5重量%であってよい。ヒドロキシ末端シロキサンの含量が、0.5重量%未満のときは耐磨耗性が低下することがある。ヒドロキシ末端シロキサンの含量が20重量%を超えると耐磨耗性は良好だが、透明性が低下することがある。
ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の粘度平均分子量は、15,000〜150,000であってよい。粘度平均分子量が15,000未満のとき機械的特性が顕著に低下することがある。粘度平均分子量が150,000を超えると、溶融粘度の上昇によって樹脂の加工処理上に問題がある可能性もある。
本発明のポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体は、エステル結合又はウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサンとオリゴマー性ポリカーボネートを界面反応条件下で反応させて、ポリシロキサン−ポリカーボネート中間体を形成する工程;及び上記中間体を、第1の重合触媒を用いて重合する工程;を経て製造することができる。
一実施態様では、上記中間体を形成する工程は、上記ヒドロキシ末端シロキサンと上記オリゴマー性ポリカーボネートを0.5:99.5〜20:80の重量比で混合する工程を含んでいてもよい。
ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の製造に用いられるポリカーボネートは、粘度平均分子量が800〜5,000のオリゴマー性ポリカーボネートであってよい。オリゴマー性ポリカーボネートは、上記2価フェノール化合物をアルカリ水溶液に添加し、フェノール塩状態にした後、フェノール塩状態のフェノール化合物をホスゲンガスを注入したジクロロメタンに加えて製造することができる。オリゴマー製造のためには、ホスゲン対ビスフェノールのモル比を約1:1〜1.5:1の範囲に保持するのが好ましい。例えば、ホスゲン対ビスフェノールのモル比は約1:1〜1.2:1であってよい。
上記オリゴマー形成反応は、一般的に約15〜60℃範囲の温度で遂行することができる。反応混合物のpHを調節するために、アルカリ金属水酸化物を利用してもよい。アルカリ金属水酸化物は例えば、水酸化ナトリウムであってよい。
一実施態様では、上記中間体を形成する工程は、上記ヒドロキシ末端シロキサンと上記オリゴマー性ポリカーボネートを含む混合物を形成する工程を含み、混合物は、相間移動触媒、分子量調節剤及び第2の重合触媒を更に含んでいてもよい。さらに上記中間体を形成する工程は、上記ヒドロキシ末端シロキサンと上記オリゴマー性ポリカーボネートを含む混合物を形成する工程;及び上記ヒドロキシ末端シロキサンと上記オリゴマー性ポリカーボネートの反応が完了した後、得られた混合物から有機相を抽出する工程を含んでおり;そして上記中間体を重合する工程は、上記第1の重合触媒を抽出された有機相に提供する工程を含んでいてもよい。
具体的には、本発明によるポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体は、ポリカーボネートを含有する有機相−水相の混合物に、エステル結合又はウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサンを添加し、続いて分子量調節剤及び触媒を供給することによって製造することができる。
分子量調節剤に関しては、ポリカーボネート製造に用いられるモノマーと類似している単官能基化合物を用いてもよい。単官能基化合物は、例えば、p−イソプロピルフェノール、p−tert−ブチルフェノール(PTBP)、p−クミルフェノール、p−オクチルフェノール及びp−イソノニルフェノールのようなフェノールに基づく誘導体、又は脂肪族アルコールであってよい。好ましくは、p−tert−ブチルフェノール(PTBP)を用いることができる。
触媒に関しては、重合触媒及び/又は相間移動触媒を使用できる。重合触媒は例えば、トリエチルアミン(TEA)であってよく、相間移動触媒は下記化学式(7)を有する化合物であってよい。
Figure 2013523938
上記化学式(7)において、Rは独立して、炭素数1〜10のアルキル基を表してもよく、
Qは窒素又はリンを表してもよく、そして
Tはハロゲン原子又は−OR(ここで、Rは水素原子、炭素数1〜18のアルキル基又は炭素数6〜18のアリール基を表してもよい)を表してもよい。
相間移動触媒は、例えば、[CH(CHNT、[CH(CHPT、[CH(CHNT、[CH(CHNT、[CH(CHNT、CH[CH(CHNT、又はCH[CH(CHNTであってよい。ここで、TはCl(L)、Br又は−OR(ここで、Rは水素原子、炭素数1〜18のアルキル基又は炭素数6〜18のアリール基であってよい)であってよい。
相間移動触媒の含量は、約0.01〜10重量%が好ましい。相間移動触媒の含量が0.01重量%未満のときは反応性が低下することがある。相間移動触媒の含量が10重量%を超えると、沈澱物が生じるか、透明性が低下することがある。
一実施態様では、上記ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した後、塩化メチレンに分散された有機相をアルカリで洗浄し、次いで分離する。その後、有機相を0.1Nの塩酸溶液で洗浄し、次いで蒸留水で2回又は3回繰り返し洗い流す。
洗浄完了後、塩化メチレンに分散された有機相の濃度を一定に調整した後、30〜100℃範囲で、好ましくは60〜80℃範囲で一定量の純水を用いて造粒する。純水の温度が30℃未満のときは、造粒速度が遅くなるので、造粒時間がかなり長くなる。純水の温度が100℃を超えると、一様な大きさのポリカーボネート形状を得ることが難しくなる。造粒が完了した後、100〜120℃で5〜10時間、生成物を乾燥させるのが好ましい。
実施例1〜7及び比較例1〜3
<エステル結合を有するヒドロキシ末端シロキサンの製造>
実施例1
コンデンサー付き3つ口フラスコ(500mL)中、窒素雰囲気下でモノマー(BY16−799、Dow Corning)(0.4mol)をクロロホルム(300mL)に溶かした後、トリエチルアミン(TEA)触媒(67mL)を添加した。得られた溶液を還流状態で、クロロホルム(1,000mL)に溶かしたテレフタロイルイルクロリド(TCL、0.2mol)を1時間かけてゆっくり添加し、得られた溶液を12時間還流した。反応が完了した後、溶媒を溶液から除去して、生成物をアセトンに溶かし、熱い蒸留水で洗浄した。真空オーブンで24時間乾燥することによって、下記化学式(8)で示されるエステル結合を有するヒドロキシ末端シロキサンを製造した。H−NMR分析により、ポリシロキサンのメチレン基のピークが2.6ppmで観察され、TCLのベンゼン環の水素ピークが8.35ppmで観察され、そしてポリシロキサンのベンゼン環の水素ピークが6.75〜7.35ppmで観察されて、この合成を確認した。
Figure 2013523938
<ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の製造>
実施例2
水溶液状のビスフェノールAとホスゲンガスの界面反応を塩化メチレンの存在下で行い、粘度平均分子量が約1,000のオリゴマー性ポリカーボネート混合物(400mL)を製造した。得られたオリゴマー性ポリカーボネート混合物に、塩化メチレンに溶解した、上記実施例1で製造されたエステル結合を有するヒドロキシ末端シロキサン1重量%、塩化テトラブチルアンモニウム(TBACl、1.8mL)、p−tert−ブチルフェノール(PTBP、1.5g)、及びトリエチルアミン(TEA、15重量%水溶液、275μL)を混合して、30分間反応させた。反応したオリゴマー性ポリカーボネート混合物を静置して相分離した。相分離後、有機相だけを採取し、そこに水酸化ナトリウム水溶液(170g)、塩化メチレン(360g)、及びトリエチルアミン15重量%水溶液(300μL)を混合して、2時間反応させた。相分離後、粘度が上昇した有機相をアルカリで洗浄し、分離した。次いで、得られた有機相を0.1N塩酸溶液で洗浄した後、蒸留水で2〜3回繰り返し洗い流した。洗浄が完了した後、有機相の濃度を一定に調整し、次いで、76℃で一定量の純水を用いて造粒した。造粒が完了した後、最初に、110℃で8時間、次に、120℃で10時間生成物を乾燥させた。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表1に示している。H−NMR分析により、ポリシロキサンのメチレン基のピークが2.6ppm及び2.65ppmで観察され、TCLのベンゼン環の水素ピークが8.35ppmで観察され、そしてポリシロキサンのベンゼン環の水素ピークが6.95〜7.5ppmで観察されて、共重合体の合成を確認した。
実施例3
実施例1で製造されたエステル結合を有するヒドロキシ末端シロキサン5重量%を用いて、実施例2と同様な方法で、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表1に示している。
実施例4
実施例1で製造されたエステル結合を有するヒドロキシ末端シロキサン7重量%を用いて、実施例2と同様な方法で、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表1に示している。
実施例5
実施例1で製造されたエステル結合を有するヒドロキシ末端シロキサン10重量%を用いて、実施例2と同様な方法で、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表1に示している。
実施例6
実施例1で製造されたエステル結合を有するヒドロキシ末端シロキサン15重量%を用いて、実施例2と同様な方法で、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表1に示している。
実施例7
上記実施例1で製造されたエステル結合を有するヒドロキシ末端シロキサン5重量%及びp−tert−ブチルフェノール(PTBP、0.6g)を用いて、実施例2と同様な方法で、粘度平均分子量が71,200のポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表1に示している。
比較例1
粘度平均分子量が31,200の線状ポリカーボネート(3030IR、Samyang Corporation)の特性を測定し、下記表1に示している。
比較例2
エステル結合を有するヒドロキシ末端シロキサンを用いず、p−tert−ブチルフェノール(PTBP、0.6g)を用いて、実施例2と同様な方法で、粘度平均分子量が70,800の線状ポリカーボネートを製造した。製造されたポリカーボネート樹脂の特性を測定し、下記表1に示している。
比較例3
下記化学式(9)のシロキサン(BY16−752モノマー、Dow Corning)5重量%を用いて、実施例2と同様な方法で、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表1に示している。H−NMR分析により、ポリシロキサンのメチレン基のピークが3.1ppmで観察され、そしてポリシロキサンのベンゼン環の水素ピークが6.75〜7.35ppmで観察され、共重合体の合成を確認した。
Figure 2013523938
Figure 2013523938
上記表1に示されるように、実施例2〜7により製造されたエステル結合を有するポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体が、比較例1〜3により製造されたポリカーボネート樹脂及びポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体に比べて、非常に優れた特性を有していた。さらに、これらは、上記化学式(9)のヒドロキシ末端シロキサンを用いて比較例3で製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体に比べて、優れた透明性及び耐熱性を示した。
実施例9〜26及び比較例4〜5
<ヒドロキシ末端シロキサンの製造>
製造例8
コンデンサー付き3つ口フラスコ(100mL)中、窒素雰囲気下でオイゲノール(5g、0.03mol)とポリジメチルシロキサン(17.66g、0.015mol)をクロロベンゼン(50mL)に溶かした。完全に溶かした後、そこにプラチナ触媒(プラチナ(0)-1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン複合体)(0.03g、0.00364mmol)を加えて、混合物を24時間還流した。反応溶液から溶媒を除去した後、蒸留水で洗浄した。これにより、下記化学式(10)のヒドロキシ末端シロキサンを製造した。
Figure 2013523938
<ウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサンの製造>
実施例9
コンデンサー付き3つ口フラスコ(100mL)中、窒素雰囲気下で上記製造例8で合成したヒドロキシ末端シロキサン(2.2mmol)をクロロホルム(20mL)に完全に溶かして、この溶液に60℃で、1,4−フェニレンジイソシアネート(PDI、1.1mmol)とクロロホルム(20mL)の混合溶液を滴下漏斗を用いてゆっくり添加した。得られた混合溶液にジブチル錫ジラウレート(DBTL)を少量添加して、24時間還流した。溶媒を除去した後、蒸留水で洗浄した。これにより、下記化学式(11a)のウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサンを製造した。H−NMR分析により、ポリシロキサンのメチレン基及びメトキシ基のピークがそれぞれ、2.55ppm及び3.8ppmで観察され、ポリシロキサンのベンゼン環の水素ピークが6.65〜6.8ppmで観察され、そしてPDIのベンゼン環の水素ピークが7.0ppm及び7.4ppmで観察され、合成を確認した。
Figure 2013523938
実施例10
上記実施例9と同じ方法に従い、上記製造例8で合成したヒドロキシ末端シロキサン(2.2mmol)をクロロホルム(20mL)に完全に溶かして、この溶液に60℃で、1,3−フェニレンジイソシアネート(1.1mmol)とクロロホルム(20mL)の混合溶液を滴下漏斗を用いてゆっくり添加した。得られた混合溶液にジブチル錫ジラウレート(DBTL)を少量添加して、24時間還流した。溶媒を除去した後、蒸留水で洗浄した。これにより、下記化学式(11b)のウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサンを製造した。
Figure 2013523938
実施例11
上記実施例9と同じ方法に従い、上記製造例8で合成したヒドロキシ末端シロキサン(2.2mmol)をクロロホルム(20mL)に完全に溶かして、この溶液に60℃で、4,4'−メチレンジフェニルジイソシアネート(1.1mmol)とクロロホルム(20mL)の混合溶液を滴下漏斗を用いてゆっくり添加した。得られた混合溶液にジブチル錫ジラウレート(DBTL)を少量添加して、24時間還流した。溶媒を除去した後、蒸留水で洗浄した。これにより、下記化学式(11c)のウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサンを製造した。
Figure 2013523938
実施例12
窒素条件下で、モノマー(BY16−799、Dow Corning)(0.0666mol)をベンゼン(100mL)に溶かした後、そこに1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]−オクタン(6.66mmol)を添加した。得られた溶液を還流しながら、ベンゼン(200mL)に溶かした4,4’−メチレンジフェニルジイソシアネート(0.0333mol)をゆっくり1時間かけて添加して、得られた溶液を12時間還流した。反応が完了した後、溶媒を溶液から除去して、生成物をアセトンに溶かし、熱い蒸留水で洗浄した。真空オーブンで24時間乾燥することにより、下記化学式(11d)のウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサンを製造した。H−NMR分析により、下記化学式(11d)における末端フェニル基と隣接する脂肪族鎖の1位炭素に結合する水素のピークが2.75ppmで観察されて、合成を確認した。
Figure 2013523938
実施例13
上記実施例12と同じ方法に従い、窒素条件下でモノマー(BY16−752、Dow Corning)(0.0333mol)をベンゼン(100mL)に溶かした後、そこに1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]−オクタン(3.33mmol)を添加した。得られた溶液を還流しながら、ベンゼン(150mL)に溶かした4,4’−メチレンジフェニルジイソシアネート(0.0166mol)をゆっくり1時間かけて添加して、得られた溶液を12時間還流した。反応が完了した後、溶媒を溶液から除去して、生成物をアセトンに溶かし、熱い蒸留水で洗浄した。真空オーブンで24時間乾燥することにより、下記化学式(11e)のウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサンを製造した。H−NMR分析により、下記化学式(11e)における末端フェニル基と隣接する脂肪族鎖の1位炭素に結合する水素が2.75ppmで観察されて、合成を確認した。
Figure 2013523938
実施例14
窒素条件下で、モノマー(BY16−799、Dow Corning)(0.04mol)をベンゼン(100mL)に溶かした後、そこに1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]−オクタン(4.4mmol)を添加した。得られた溶液を還流しながら、そこにベンゼン(100mL)に溶かした1,6−ジイソシアナートヘキサン(0.02mol)をゆっくり1時間かけて添加して、得られた溶液を12時間還流した。反応が完了した後、溶媒を溶液から除去して、生成物をアセトンに溶かし、熱い蒸留水で洗浄した。真空オーブンで24時間乾燥することにより、下記化学式(11f)のウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサンを製造した。
Figure 2013523938
実施例15
上記実施例14と同じ方法に従い、窒素条件下でモノマー(BY16−752、Dow Corning)(0.02mol)をベンゼン(100mL)に溶かした後、そこに1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]−オクタン(2.2mmol)を添加した。得られた溶液を還流しながら、そこにベンゼン(100mL)に溶かした1,6−ジイソシアナートヘキサン(0.01mol)をゆっくり1時間かけて添加して、得られた溶液を12時間還流した。反応が完了した後、溶媒を溶液から除去して、生成物をアセトンに溶かし、熱い蒸留水で洗浄した。真空オーブンで24時間乾燥することにより、下記化学式(11g)のウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサンを製造した。
Figure 2013523938
<ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の製造>
実施例16
ビスフェノールAの水溶液とホスゲンガスの界面反応を塩化メチレンの存在下で行って、粘度平均分子量が約1,000のオリゴマー性ポリカーボネート混合物(400mL)を製造した。得られたオリゴマー性ポリカーボネート混合物に、塩化メチレンに溶解した実施例9で製造されたウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサン1重量%、塩化テトラブチルアンモニウム(TBACl、1.8mL)、p−tert−ブチルフェノール(PTBP、1.5g)、トリエチルアミン(TEA、15重量%水溶液、275μL)を混合した後、30分間反応させた。反応したオリゴマー性ポリカーボネート混合物を静置相分離した。相分離後、有機相だけを採取し、そこに水酸化ナトリウム水溶液(170g)、塩化メチレン(370g)、及びトリエチルアミン(15重量%水溶液、300μL)を混合して、2時間反応させた。相分離後、粘度が上昇した有機相をアルカリで洗浄した後、分離した。次いで、得られた有機相を0.1Nの塩酸溶液で洗浄し、次いで蒸留水で2〜3回繰り返し洗い流した。洗浄が完了した後、有機相の濃度を一定に調整し、次いで、一定量の純水を用いて76℃で造粒した。造粒が完了した後、最初に110℃で8時間、次に120℃で10時間生成物を乾燥させた。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表2に示している。H−NMR分析により、ポリシロキサンのメチレン基及びメトキシ基のピークがそれぞれ2.65ppm及び3.85ppmで観察され、そしてベンゼン環の水素ピークが7.1〜7.5ppmで観察されて、共重合体の合成を確認した。
実施例17
実施例16と同じ方法で、実施例9で製造されたウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサン5重量%を用いて、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表2に示している。
実施例18
実施例16と同じ方法で、実施例9で製造されたウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサン7重量%を用いて、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表2に示している。
実施例19
実施例16と同じ方法で、実施例9で製造されたウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサン10重量%を用いて、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表2に示している。
実施例20
実施例16と同じ方法で、実施例9で製造されたウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサン15重量%を用いて、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表2に示している。
実施例21
実施例10で製造されたウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサン5重量%を用いて、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表2に示している。
実施例22
実施例16と同じ方法で、実施例11で製造されたウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサン5重量%を用いて、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表2に示している。
実施例23
実施例16と同じ方法で、実施例12で製造されたウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサン5重量%を用いて、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表2に示している。
実施例24
実施例16と同じ方法で、実施例13で製造されたウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサン5重量%を用いて、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表2に示している。
実施例25
実施例16と同じ方法で、実施例14で製造されたウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサン5重量%を用いて、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表2に示している。
実施例26
実施例16と同じ方法で、実施例15で製造されたウレタン結合を有するヒドロキシ末端シロキサン5重量%を用いてポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表2に示している。
比較例4
実施例16と同じ方法で、上記化学式(10)を有するヒドロキシ末端シロキサン10重量%を用いて、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表3に示している。
比較例5
実施例16と同じ方法で、上記化学式(10)を有するヒドロキシ末端シロキサン15重量%を用いて、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体を製造した。製造されたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の特性を測定し、下記表3に示している。
Figure 2013523938
Figure 2013523938
上記表2で示されるように、実施例16〜26により製造されたウレタン結合を有するポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体は、時間経過とともに顕著に減少した摩耗量を、そして優れた透明性を示した。これらが比較例1及び3〜5により製造されたポリカーボネート樹脂及びポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体に比べて、非常に優れた特性を有することが分かる。
上記実施例と比較例で用いた特性の測定方法は以下通りである。
(a)H−NMR(核磁気共鳴分光法):Avance DRX 300(Bruker)を用いてこの分析を行った。
(b)粘度平均分子量:Ubbelohde Viscometerを用いて20℃で塩化メチレン溶液の粘度を測定し、それらから極限粘度[η]を下記式により算出した。
[η]=1.23×10−5Mv0.83
(c)透過率及びヘイズ:ヘイズメーター(HAZE−GRAD PLUS、BYK GARDNER Co., Ltd.)を用いて透過率及びヘイズを測定した。
(d)衝撃強度:衝撃試験機(RESIL IMPACTOR、CEAST Co., Ltd.)を用いて室温及び−50℃で衝撃強度を測定した。
(e)HDT(熱変形温度):HDT試験機(6M−2、TOYOSEIKI Co. Ltd.)を用いてASTM D638に従って、4.6kg/cm荷重で熱変形温度を測定した。
(f)摩耗量:摩耗試験機(TABER(登録商標)INDUSTRIESの5130、荷重1,000g、CS−17)を用いて時間毎(12、24、48時間)に摩耗量を測定した。
本発明を具体的な実施例を参照して説明した。本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で修正された形態で具現化できることを理解できるだろう。従って、開示された実施例は、限定的な観点でなく説明的な観点で考慮されなければならない。本発明の範囲は上述した説明にではなく、特許請求の範囲に示されており、これと均等な範囲内にある全ての相違点は本発明に包含されていると理解されるべきである。

Claims (10)

  1. 下記化学式(1)のヒドロキシ末端シロキサン:
    Figure 2013523938
    {式中の、Rは独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルキル基、アルコキシ基又はアリール基を表し、
    は独立して、炭素数1〜13の炭化水素基又はヒドロキシ基を表し、
    は独立して、炭素数2〜8のアルキレン基を表し、
    AはX又はNH−X−NH(ここで、Xは炭素数1〜20の直鎖若しくは分岐鎖脂肪族基、シクロアルキレン基、又はハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基若しくはカルボキシ基で置換されているか若しくは置換されていない炭素数6〜30の単環若しくは多環式のアリーレン基を表す)であり、
    mは独立して、0〜4の整数を表し、そして
    nは独立して、2〜1,000の整数を表す。}
  2. 下記化学式(2):
    Figure 2013523938
    (式中の、Rは独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルキル基、アルコキシ基又はアリール基を表し、
    は独立して、炭素数1〜13の炭化水素基又はヒドロキシ基を表し、
    は独立して、炭素数2〜8のアルキレン基を表し、
    mは独立して、0〜4の整数を表し、そして
    nは独立して、2〜1,000の整数を表す。):
    のシロキサンと、アシル化合物又は下記化学式(4)
    Figure 2013523938
    (式中の、Xは炭素数1〜20の直鎖若しくは分岐鎖脂肪族基、シクロアルキレン基、又はハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基若しくはカルボキシ基で置換されているか若しくは置換されていない炭素数6〜30の単環若しくは多環式のアリーレン基を表す。):
    のジイソシアネート化合物との反応生成物である、請求項1に記載のヒドロキシ末端シロキサン。
  3. 請求項1に記載のヒドロキシ末端シロキサンと下記化学式(3):
    Figure 2013523938
    (式中の、Rは独立して、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、又はニトロで置換されてるか又は置換されていない炭素数6〜30の芳香族炭化水素基を表す。):
    のポリカーボネートブロックとを繰り返し単位として含むポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体。
  4. 当該ヒドロキシ末端シロキサンの含量が、0.5〜20重量%である、請求項3に記載のポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体。
  5. 粘度平均分子量が15,000〜150,000である、請求項3に記載のポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体。
  6. 方法が:
    請求項1に記載のヒドロキシ末端シロキサンとオリゴマー性ポリカーボネートを界面反応条件下で反応し、ポリシロキサン−ポリカーボネート中間体を形成する工程;及び
    当該中間体を、第1の重合触媒を用いて重合する工程;
    を含む、ポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の製造方法。
  7. 当該中間体を形成する工程が、当該ヒドロキシ末端シロキサンと当該オリゴマー性ポリカーボネートを0.5:99.5〜20:80の重量比で混合する工程を含む、請求項6に記載のポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の製造方法。
  8. 当該中間体を形成する工程が、当該ヒドロキシ末端シロキサンと当該オリゴマー性ポリカーボネートを含む混合物を形成する工程を含み、そして混合物が、相間移動触媒、分子量調節剤及び第2の重合触媒を更に含む、請求項6に記載のポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の製造方法。
  9. 当該中間体を形成する工程が、当該ヒドロキシ末端シロキサンと当該オリゴマー性ポリカーボネートを含む混合物を形成する工程;及び当該ヒドロキシ末端シロキサンと当該オリゴマー性ポリカーボネートの反応が完了した後、得られた混合物から有機相を抽出する工程を含み、そして当該中間体を重合化する工程が、当該第1の重合触媒を抽出された有機相に提供する工程を含む、請求項6に記載のポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の製造方法。
  10. 当該オリゴマー性ポリカーボネートが、800〜5,000の粘度平均分子量を有している、請求項6に記載のポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体の製造方法。
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