KR102092838B1 - 신규 퓨란계 폴리카보네이트 및 이의 제조 방법 - Google Patents

신규 퓨란계 폴리카보네이트 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR102092838B1
KR102092838B1 KR1020180117421A KR20180117421A KR102092838B1 KR 102092838 B1 KR102092838 B1 KR 102092838B1 KR 1020180117421 A KR1020180117421 A KR 1020180117421A KR 20180117421 A KR20180117421 A KR 20180117421A KR 102092838 B1 KR102092838 B1 KR 102092838B1
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송창식
손성욱
이주현
최은호
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

하기 화학식 1 로서 표시되는 퓨란계 폴리카보네이트에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure 112018097243176-pat00057

상기 화학식 1 에서, 상기 R1 은 H, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형의 C1 - C20 의 알킬, 치환될 수 있는 C6 - C20 의 아릴, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리 및 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개 이상의 고리이거나 또는 상기 군에서 선택되는 2 개 이상의 고리가 융합된 다환 고리이며, 상기 헤테로 고리는 N, O 및 S 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 치환은 C1 - C6 의 알킬 또는 C6 - C20 의 아릴에 의해 치환되는 것이고, 상기 n 은 1 내지 10,000 인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

Description

신규 퓨란계 폴리카보네이트 및 이의 제조 방법 {NOVEL FURANIC POLYCARBONATE AND SYNTHESIS METHOD THEREOF}
본원은 신규한 퓨란계 폴리카보네이트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 수지는 충격강도와 인장 강도의 균형이 잡힌 탄산 에스터형 구조를 갖는 고분자 화합물의 총칭으로서 기계적 성질이 뛰어나고, 온도 변화에 의한 강도 변화가 적기 때문에 기계, 전기, 부품, 헬멧, 엔지니어링 플라스틱, 자동차 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
폴리카보네이트는 주로 비스페놀 A 와 포스젠을 이용하여 합성한다. 이렇게 합성된 폴리카보네이트는 고온다습한 환경에서 가수분해되어 인체에 유해한 물질인 비스페놀 A 이 유출되는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해 독성을 가지지 않는 알킬 폴리카보네이트가 개발되었지만, 유리전이온도(Tg)가 낮아 다양한 소재로 응용하기에 적합하지 않은 문제가 있다.
나아가, 최근 플라스틱 사용량의 증가로 인해 폐플라스틱이 다량으로 발생되고 있는 추세이다. 이러한 폐플라스틱들은 자연적으로 분해되지 않고 물리적인 힘이나 자외선 등으로 인해 나노미터 크기로 쪼개지면서 미세플라스틱으로 변이하게 된다. 이러한 미세플라스틱은 흙, 물 등과 같은 자연 순환계를 통해 결국 인체로 다시 돌아오게 된다.
본원의 배경이 되는 기술인 일본등록특허공보 제 5140878 호는 폴리카보네이트 중합 촉매의 회수 방법에 관한 것이다. 그러나, 상기 등록 특허는 에폭사이드 화합물과 이산화탄소를 공중합시켜 폴리카보네이트를 제조하는 방법이며, 중합 촉매의 공액 디엔 부위가 퓨란 고리를 구성하는 것으로서, 퓨란계 폴리카보네이트에 대한 구성에 대해서는 언급하고 있지 않다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 신규한 인계 화합물, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 하기 화학식 1 로서 표시되는 퓨란계 폴리카보네이트를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112018097243176-pat00001
;
상기 화학식 1 에서, 상기 R1 은 H, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형의 C1 - C20의 알킬, 치환될 수 있는 C6 - C20의 아릴, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리 및 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개 이상의 고리이거나 또는 상기 군에서 선택되는 2 개 이상의 고리가 융합된 다환 고리이며, 상기 헤테로 고리는 N, O 및 S 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 치환은 C1 - C6의 알킬 또는 C6 - C20 의 아릴에 의해 치환되는 것이고, 상기 n 은 1 내지 10,000 인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 R1 은 H, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥타, 노닐, 데킬, 퓨란, 페닐, 바이페닐, 크리센, 페난스렌, 나프틸, 플루오레닐, 퀴놀린, 페릴렌, 피렌 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 퓨란계 폴리카보네이트는 하기 화합물 중 어느 하나를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:
Figure 112018097243176-pat00002
;
Figure 112018097243176-pat00003
.
본원의 제 2 측면은 하기 화학식 2 로서 표시되는 화합물을 하기 화학식 3 또는 화학식 4 로서 표시되는 화합물과 반응시키는 것을 포함하는, 퓨란계 폴리카보네이트의 제조 방법을 제공한다.
[화학식 2]
Figure 112018097243176-pat00004
;
상기 화학식 2 에서, 상기 R1 은 H, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형의 C1 - C20 의 알킬, 치환될 수 있는 C6 - C20 의 아릴, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리 및 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개 이상의 고리이거나 또는 상기 군에서 선택되는 2 개 이상의 고리가 융합된 다환 고리이며, 상기 헤테로 고리는 N, O 및 S 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 치환은 C1 - C6 의 알킬 또는 C6 - C20 의 아릴에 의해 치환되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다;
[화학식 3]
Figure 112018097243176-pat00005
;
[화학식 4]
Figure 112019115176599-pat00060
.
상기 화학식 3 에서, 상기 R2 및 R3 는 각각 독립적으로 치환될 수 있는 선형 또는 분지형의 C1 - C20 의 알킬, 치환될 수 있는 C6 - C20 의 아릴, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는6-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리 및 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개 이상의 고리이거나 또는 상기 군에서 선택되는 2 개 이상의 고리가 융합된 다환 고리이며, 상기 헤테로 고리는 N, O 및 S 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 치환은 C1 - C6 의 알킬 또는 C6 - C20 의 아릴에 의해 치환되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 2 에서, 상기 R1 은 H, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥타, 노닐, 데킬, 퓨란, 페닐, 바이페닐, 크리센, 페난스렌, 나프틸, 플루오레닐, 퀴놀린, 페릴렌, 피렌 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 R2 및 R3 는 각각 독립적으로 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥타, 노닐, 데킬, 퓨란, 페닐, 바이페닐, 크리센, 페난스렌, 나프틸, 플루오레닐, 퀴놀린, 페릴렌, 피렌, 피라졸, 피롤 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 2 로서 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 어느 하나를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:
Figure 112019115176599-pat00007
;
Figure 112019115176599-pat00012
.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 3 으로서 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 어느 하나를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:
Figure 112018097243176-pat00016
;
Figure 112018097243176-pat00017
.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 반응은 촉매 하에서 수행되는 것 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
삭제
삭제
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 촉매는 구아니딘계 촉매, 유기산 촉매, 카르복실산계 촉매, 니트릴계 촉매 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 촉매를 포함하는 것 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 반응은 50℃ 내지 120℃ 범위의 온도에서 수행되는 것 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 퓨란계 폴리카보네이트는 당류유기성 폐자원으로부터 수득한 5-(하이드록시메틸)푸르푸랄(5-hydroxymethylfurfural, 5-HMF)를 이용하여 제조한 퓨란 유도체와 이산화탄소 기반의 폴리머 플랫폼을 반응시켜서 합성하여 수득할 수 있다. 즉, 유기성 폐자원과 온실가스인 이산화탄소를 업사이클링하여 제조하여 친환경적으로 제조할 수 있다. 또한, 상기 퓨란계 폴리카보네이트를 폐기할 때, 비스페놀 A 와 같은 독성 물질이 유출되지 않아 오염발생을 줄일 수 있다.
본원에 따른 퓨란계 폴리카보네이트를 이용하여 친환경 멤브레인 소재를 만들 수 있다. 상기 멤브레인 소재를 이산화탄소 고투과성 분리막으로서 이용할 수 있어, 온실가스 감축을 위한 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 분리막을 제조할 수 있다.
나아가, 본원에 따른 퓨란계 폴리카보네이트는 우수한 단열성과 자외선 차단 효과를 가지는 동시에 가시광선의 투과율이 높아 유리를 대체하여 건축물에 사용될 수 있다. 상기 퓨란계 폴리카보네이트는 유리보다 절반 정도의 무게를 가지고 있어 건축물 설치시 비용이 절감될 수 있다. 또한, 단열성 및 자외선 차단 효과로 에너지를 절약할 수 있다.
본원에 따른 퓨란계 폴리카보네이트는 식물성 자원을 이용하기 때문에, 기존 방향족 폴리카보네이트와 달리 독성이 없고 친환경적이며, 지방족 폴리카보네이트처럼 생분해성을 가지며, 이에 따라 방향족 폴리카보네이트의 사용을 대체하여 환경문제를 해결하는데 기여할 수 있다.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 바이오매스 전환 퓨란계 다이올 및 이산화탄소 전환 카보네이트를 합성하여 친환경 폴리카보네이트 제조법을 나타낸 도면이다.
도 2 는 유기성 폐자원을 활용하여 다양한 퓨란계 폴리카보네이트 제작을 위한 폴리머 플랫폼 제조법을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 용어 "아릴"은 C6 - C30 의 방향족 탄화수소 고리기, 예를 들어, 페닐, 나프틸, 비페닐, 터페닐, 플루오렌, 페난트레닐, 트리페닐레닐, 페릴레닐, 크리세닐, 플루오란테닐, 벤조플루오레닐, 벤조트리페닐레닐, 벤조크리세닐, 안트라세닐, 스틸베닐, 파이레닐 등의 방향족 고리를 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 용어 "알킬"은 선형 또는 분지형의, 포화 또는 불포화의 C1 - C6 알킬을 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 또는 이들의 가능한 모든 이성질체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 명세서 전체에서, 용어 "할로겐"은 주기율표의 17 족 원소로서, 예를 들어, F, Cl, Br, 또는 I 를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하에서는 본원의 신규한 퓨란계 폴리카보네이트 및 이의 제조 방법에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 1 측면은, 하기 화학식 1 로서 표시되는 퓨란계 폴리카보네이트에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure 112018097243176-pat00019
상기 화학식 1 에서, 상기 R1 은 H, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형의 C1 - C20 의 알킬, 치환될 수 있는 C6 - C20 의 아릴, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리 및 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개 이상의 고리이거나 또는 상기 군에서 선택되는 2 개 이상의 고리가 융합된 다환 고리이며, 상기 헤테로 고리는 N, O 및 S 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 치환은 C1 - C6 의 알킬 또는 C6 - C20 의 아릴에 의해 치환되는 것이고, 상기 n 은 1 내지 10,000 인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 R1 은 H, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥타, 노닐, 데킬, 퓨란, 페닐, 바이페닐, 크리센, 페난스렌, 나프틸, 플루오레닐, 퀴놀린, 페릴렌, 피렌 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 퓨란계 폴리카보네이트는 하기 화합물 중 어느 하나를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:
Figure 112018097243176-pat00020
;
Figure 112018097243176-pat00021
.
상기 퓨란계 폴리카보네이트는 인체에 유해한 비스페놀, 포스젠 등과 같은 물질을 사용하여 합성한 것이 아니기 때문에 분해되었을 때에도 안전하다.
상기 퓨란계 폴리카보네이트는 당류유기성 폐자원으로부터 수득한 5-(하이드록시메틸)푸르푸랄(5-hydroxymethylfurfural, 5-HMF)를 이용하여 제조한 퓨란 유도체와 이산화탄소 기반의 폴리머 플랫폼을 반응시켜서 합성하여 수득할 수 있다. 즉, 유기성 폐자원과 온실가스인 이산화탄소를 업사이클링하여 제조하여 친환경적으로 제조할 수 있다.
또한, 상기 퓨란계 폴리카보네이트를 폐기할 때, 오염발생을 줄일 수 있다.
상기 퓨란계 폴리카보네이트를 이용하여 친환경 멤브레인 소재를 만들 수 있다. 상기 멤브레인 소재를 이산화탄소 고투과성 분리막으로서 이용할 수 있어, 온실가스 감축을 위한 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 분리막을 제조할 수 있다.
상기 퓨란계 폴리카보네이트는 우수한 단열성과 자외선 차단 효과를 가지는 동시에 가시광선의 투과율이 높아 유리를 대체하여 건축물에 사용될 수 있다. 상기 퓨란계 폴리카보네이트는 유리보다 절반 정도의 무게를 가지고 있어 건축물 설치시 비용이 절감될 수 있다. 또한, 단열성 및 자외선 차단 효과로 에너지를 절약할 수 있다.
본원의 제 2 측면은 하기 화학식 2 로서 표시되는 화합물을 하기 화학식 3 또는 화학식 4 로서 표시되는 화합물과 반응시키는 것을 포함하는, 퓨란계 폴리카보네이트의 제조 방법에 대한 것이다:
[화학식 2]
Figure 112018097243176-pat00022
;
상기 화학식 2 에서, 상기 R1 은 H, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형의 C1 - C20 의 알킬, 치환될 수 있는 C6 - C20 의 아릴, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리 및 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개 이상의 고리이거나 또는 상기 군에서 선택되는 2 개 이상의 고리가 융합된 다환 고리이며, 상기 헤테로 고리는 N, O 및 S 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 치환은 C1 - C6 의 알킬 또는 C6 - C20 의 아릴에 의해 치환되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다;
[화학식 3]
Figure 112018097243176-pat00023
;
[화학식 4]
Figure 112019115176599-pat00061
;
상기 화학식 3 에서, 상기 R2 및 R3 는 각각 독립적으로 치환될 수 있는 선형 또는 분지형의 C1 - C20 의 알킬, 치환될 수 있는 C6 - C20 의 아릴, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리 및 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개 이상의 고리이거나 또는 상기 군에서 선택되는 2 개 이상의 고리가 융합된 다환 고리이며, 상기 헤테로 고리는 N, O 및 S 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 치환은 C1 - C6 의 알킬 또는 C6 - C20 의 아릴에 의해 치환되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 2 측면에 따른 퓨란계 폴리카보네이트의 제조 방법에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 2 에서, 상기 R1 은 H, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥타, 노닐, 데킬, 퓨란, 페닐, 바이페닐, 크리센, 페난스렌, 나프틸, 플루오레닐, 퀴놀린, 페릴렌, 피렌 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 R2 및 R3 는 각각 독립적으로 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥타, 노닐, 데킬, 퓨란, 페닐, 바이페닐, 크리센, 페난스렌, 나프틸, 플루오레닐, 퀴놀린, 페릴렌, 피렌, 피라졸, 피롤 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 2 로서 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 어느 하나를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:
Figure 112019115176599-pat00062
;
Figure 112019115176599-pat00063
.
삭제
상기 화학식 2 로서 표시되는 화합물은 당류유기성 폐자원으로부터 수득한 5-(하이드록시메틸)푸르푸랄(5-hydroxymethylfurfural, 5-HMF)를 이용하여 수득할 수 있다.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따라 바이오매스 전환 퓨란계 다이올 및 이산화탄소 전환 카보네이트를 합성하여 친환경 폴리카이보네이트 제조법을 나타낸 도면이다.
구체적으로, 유기성 폐자원인 5-HMF 를 환원(reduction), 수소화반응(hydrogenation), 축합반응(condensation), 아세틸화반응(acetalization) 등을 통해 상기 화학식 2 로서 표시되는 화합물을 수득할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 3 으로서 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 어느 하나를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다:
Figure 112018097243176-pat00034
;
Figure 112018097243176-pat00035
삭제
삭제
상기 화학식 3 또는 4 로서 표시되는 화합물은 이산화탄소 기반의 폴리머 플랫폼을 통해 합성한 것으로서, 온실가스인 이산화탄소의 감축을 하는 효과를 달성할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 반응은 촉매 하에서 수행되는 것 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 촉매는 구아니딘계 촉매, 유기산 촉매, 카르복실산계 촉매, 니트릴계 촉매 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 촉매를 포함하는 것 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 촉매는 Pd, Pt, Ni, Rh, Ti, Zr, Hf, V, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Ru, Os, Ir 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 반응은 50℃ 내지 120℃ 범위의 온도에서 수행되는 것 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1 : CDI 를 이용한 퓨란폴리카보네이트(Furan-polycarbonate)의 합성
실시예 1-(1): 비스-카보닐-이미다졸-퓨란(Bis-carbonyl imidazole furan)의 합성
Figure 112018097243176-pat00037
BHMF (2,5-Bis(hydroxymethyl)furan) 1.0 g (1 eq, 7.8 mmol)를 50 ml 둥근바닥플라스크에 넣고 진공 건조한 후 질소가스를 채웠다. 상기 반응용기에 에틸아세테이트 19 ml를 넣어 녹였다. 이 후 질소조건에서 CDI (1,1'-carbonyldiimidazole) 3.16 g (2.5 eq, 19.5 mmol)을 조금씩 넣어준다. 이 때 일부분을 넣어준 뒤 용액이 투명해지면 더 넣어주는 방식으로 추가했다. 4 시간 뒤 생겨난 하얀색 가루를 필터 해주고 에테르로 씻어주었다. 이후 얻어낸 가루를 하루동안 진공건조 하여 비스-카보닐-이미다졸-퓨란 1.85 g (수율 = 75 %)을 수득하였다. (1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 8.14 (s, 2H), 7.43-7.42 (m, 2H), 7.07 (m, 2H), 6.59 (s, 2H), 5.38 (s, 4H)
실시예 1-(2): 퓨란폴리카보네이트의 합성
Figure 112018097243176-pat00038
세슘플로라이드(CsF) 0.0118 g (5 mol%, 0.078 mmol)를 반응용기에 넣어준 후 진공상태에서 플레임드라이(flame dry)한 후 질소가스를 채웠다. 이후 BHMF(2,5-Bis(hydroxymethyl)furan) 0.2 g (1 eq, 1.56 mmol)와 상기 실시예 1-(1)단계에서 얻은 비스-카보닐-이미다졸-퓨란 0.518 g (1.05 eq, 1.64 mmol)와 용매 에틸아세테이트 0.4 ml를 상기 반응용기에 넣은 뒤 60℃에서 12 시간동안 교반시켰다. 이 후 만들어진 고체를 클로로폼에 녹인 후 메탄올에 침전을 잡아 퓨란폴리카보네이트(Mw : 36 K, Tg : 17℃)를 얻어냈다. (1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 6.41 (s, 2H), 5.08 (s, 4H))
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 하기 화학식 2 로서 표시되는 화합물을 하기 화학식 3 또는 4 로서 표시되는 화합물과 반응시켜 반응물을 형성하는 단계; 및
    하기 화학식 2 로서 표시되는 화합물을 상기 반응물과 추가로 반응시키는 단계;
    를 포함하는, 퓨란계 폴리카보네이트의 제조 방법:
    [화학식 2]
    Figure 112020021984279-pat00042
    ;
    (상기 화학식 2 에서,
    상기 R1 은 H, 치환될 수 있는 선형 또는 분지형의 C1 - C20 의 알킬, 치환될 수 있는 C6 - C20의 아릴, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리 및 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개 이상의 고리이거나 또는 상기 군에서 선택되는 2 개 이상의 고리가 융합된 다환 고리이며,
    상기 헤테로 고리는 N, O 및 S 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며,
    상기 치환은 C1 - C6 의 알킬 또는 C6 - C20 의 아릴에 의해 치환되는 것임);
    [화학식 3]
    Figure 112020021984279-pat00043
    ;
    [화학식 4]
    Figure 112020021984279-pat00064
    ;
    (상기 화학식 3 에서,
    상기 R2 및 R3 는 각각 독립적으로 치환될 수 있는 선형 또는 분지형의 C1 - C20 의 알킬, 치환될 수 있는 C6 - C20 의 아릴, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 고리, 치환될 수 있는 5-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리 및 치환될 수 있는 6-원 불포화 또는 방향족 헤테로 고리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개 이상의 고리이거나 또는 상기 군에서 선택되는 2 개 이상의 고리가 융합된 다환 고리이며,
    상기 헤테로 고리는 N, O 및 S 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며,
    상기 치환은 C1 - C6 의 알킬 또는 C6 - C20 의 아릴에 의해 치환되는 것임).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 R1 은 H, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥타, 노닐, 데킬, 퓨란, 페닐, 바이페닐, 크리센, 페난스렌, 나프틸, 플루오레닐, 퀴놀린, 페릴렌, 피렌 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인, 퓨란계 폴리카보네이트의 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 R2 및 R3 는 각각 독립적으로 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥타, 노닐, 데킬, 퓨란, 페닐, 바이페닐, 크리센, 페난스렌, 나프틸, 플루오레닐, 퀴놀린, 페릴렌, 피렌, 피라졸, 피롤 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것인, 퓨란계 폴리카보네이트의 제조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 화학식 2 로서 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 어느 하나를 포함하는 것인, 퓨란계 폴리카보네이트의 제조 방법:
    Figure 112019115176599-pat00065
    ;
    Figure 112019115176599-pat00066
    .
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 화학식 3 으로서 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 어느 하나를 포함하는 것인, 퓨란계 폴리카보네이트의 제조 방법:
    Figure 112018097243176-pat00054
    ;
    Figure 112018097243176-pat00055
    .
  9. 삭제
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 반응은 촉매 하에서 수행되는 것인, 퓨란계 폴리카보네이트의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 촉매는 구아니딘계 촉매, 유기산 촉매, 카르복실산계 촉매, 니트릴계 촉매 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 촉매를 포함하는 것인, 퓨란계 폴리카보네이트의 제조 방법.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 반응은 50℃ 내지 120℃ 범위의 온도에서 수행되는 것인, 퓨란계 폴리카보네이트의 제조 방법.
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