WO2016080762A1 - Phthalonitrile resin - Google Patents
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Definitions
- the present application relates to phthalonitrile resins, polymerizable compositions, prepolymers, composites, methods of making and uses thereof.
- the phthalonitrile resin can be used for various applications.
- a composite formed by impregnating a phthalonitrile resin into a filler such as glass fiber or carbon fiber may be used as a material for automobiles, airplanes, ships, and the like.
- the manufacturing process of the composite may include, for example, curing after mixing a filler and a prepolymer formed by a mixture of a phthalonitrile and a curing agent or a mixture thereof.
- Such contents are disclosed in Korean Patent No. 0558158 and the like.
- the monomer phthalonitrile or the polymerizable composition or prepolymer formed therefrom have appropriate meltability and fluidity, and a so-called process window is wide.
- the present application provides a phthalonitrile resin, a polymerizable composition, a prepolymer, a composite, a precursor of the composite, and a method and use of the preparation.
- the present application provides a phthalonitrile, a polymerizable composition and a prepolymer using the same, which exhibits excellent curability, exhibits a suitable processing temperature and a wide process window, and can form a composite of excellent physical properties.
- the present application is directed to phthalonitrile resins.
- the phthalonitrile resin may include a polymerized unit derived from the compound of formula (1).
- the term “polymerized unit derived from a compound” may refer to a skeleton of a polymer formed by polymerization or curing of the compound.
- R 1 to R 10 are each independently hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or a cyano group, at least two of R 1 to R 5 are cyano groups, and at least two of R 6 to R 10 are Is a cyano group, X 1 and X 2 are each independently an alkylene group, an alkylidene group, an oxygen atom or a sulfur atom, Ar 1 , Ar 2 and Ar 3 are the same or different aromatic divalent radicals, n is one or more Wherein m is one or more numbers, L 1 is an alkylene group or an alkylidene group, and L 2 is an alkylene group or alkylidene group substituted with a monovalent radical of formula (2):
- R 11 to R 15 are each independently hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or a cyano group, at least two of R 11 to R 15 are cyano groups, X 3 is an alkylene group, an alkylidene group, Is an oxygen atom or a sulfur atom, and Ar 4 is an aromatic divalent radical.
- alkyl group may be an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms, unless otherwise specified.
- the alkyl group may be linear, branched or cyclic and may be substituted by one or more substituents if necessary.
- alkoxy group in the present application may be an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms, unless otherwise specified.
- the alkoxy group may be linear, branched or cyclic and may be substituted by one or more substituents if necessary.
- aryl group in the present application may mean a monovalent moiety derived from a benzene ring, a compound containing a benzene ring, or a derivative of any one of the above, unless otherwise specified.
- the compound including the benzene ring it may mean a compound having a structure in which two or more benzene rings are condensed while sharing one or two carbon atoms, or are directly connected or connected by an appropriate linker.
- biphenyl, naphthalene, etc. can be illustrated.
- the aryl group may include, for example, 6 to 25, 6 to 20, or 6 to 12 carbon atoms.
- aryl group may include, but are not limited to, a phenyl group, benzyl group, biphenyl group or naphthalenyl group.
- the scope of the aryl group in the present application may include a functional group commonly referred to as an aryl group as well as a so-called aralkyl group or an arylalkyl group.
- aromatic divalent radical means a benzene ring, a compound containing a benzene ring, or a divalent moiety derived from any one of the above-mentioned derivatives unless otherwise specified.
- the aromatic divalent radical may include, for example, 6 to 25, 6 to 20, or 6 to 12 carbon atoms.
- Representative types of aromatic divalent radicals include, but are not limited to, phenylene groups.
- alkylene group or alkylidene group in the present application means an alkylene group or alkylidene group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms or 1 to 4 carbon atoms, unless otherwise specified. can do.
- the alkylene group or alkylidene group may be linear, branched or cyclic.
- the alkylene group or alkylidene group may be optionally substituted with one or more substituents.
- the substituent which may be optionally substituted with the alkyl group, alkoxy group, aryl group, aromatic divalent radical, alkylene group or alkylidene group, halogen, glycidyl group, epoxyalkyl group, glyci such as chlorine or fluorine Epoxy groups, such as a doxyalkyl group or an alicyclic epoxy group, acryloyl group, methacryloyl group, an isocyanate group, a thiol group, an alkyl group, an alkoxy group, or an aryl group etc. can be illustrated, but it is not limited to these.
- R 1 to R 10 are each independently hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or a cyano group, at least two of R 1 to R 5 are cyano groups, and at least two of R 6 to R 10 It is a cyano group.
- R 1 to R 10 which are not a cyano group are each independently hydrogen, an alkyl group, or an alkoxy group, or may be hydrogen or an alkyl group.
- R 3 , R 4 , R 8 and R 9 are cyano groups
- R 1 , R 2 , R 5 , R 6 , R 7 and R 10 are each independently hydrogen, an alkyl group, alkoxy It may be a group or an aryl group, hydrogen, an alkyl group, or an alkoxy group, or hydrogen or an alkyl group.
- X 1 and X 2 in Formula 1 are each independently an alkylene group, an alkylidene group, an oxygen atom or a sulfur atom, and in another example, may be an alkylene group, an alkylidene group or an oxygen atom, or may be an oxygen atom.
- Ar 1 , Ar 2, and Ar 3 in Formula 1 may be the same or different aromatic divalent radicals, and the aromatic divalent radical may be, for example, phenylene, but is not limited thereto.
- the substitution position of L 1 based on X 1 in Ar 1 of Formula 1 may be an ortho, meta, or para position, for example, a para position. have.
- the substitution position of L 2 based on L 1 in Ar 2 of Formula 1 may be an ortho, meta, or para position, for example, a para position.
- the substitution position of X 2 based on L 2 may be an ortho, meta, or para position, for example, a para position. have.
- N may be any number of one or more
- m may be any number of one or more.
- the fact that n and m are at least one at the same time allows the compound to exhibit excellent curing properties and to exhibit appropriate processing temperature and process window characteristics.
- n and m in the formula (1) at the same time at least 1, while maintaining the number of phthalonitrile groups participating in the curing reaction is appropriate, the structure of the overall compound can be maintained advantageously to the processing temperature and process window properties.
- m is 0, the number of phthalonitrile groups included in the compound of Formula 1 is limited, and at the same time, the structure of the core portion of the compound may exhibit symmetry. This results in an increase in processing temperature, such as melting temperature, and at the same time deteriorates process window characteristics.
- the structure of the compound of Formula 1 may exhibit symmetry that facilitates intermolecular overlap, and this symmetry causes an increase in crystallinity, resulting in processing temperature (ex. ) And deterioration of the process window characteristics can be induced.
- N in Formula 1 may be in the range of 1 to 10, 1 to 8, 1 to 6, 1 to 4, or 1 to 3, or 1 or 2 in another example.
- M in formula 1 may be in the range of 1 to 10, 1 to 8, 1 to 6, 1 to 4 or 1 to 3, or 1 or 2.
- L 1 may be an alkylene group or an alkylidene group
- L 2 may be an alkylene group or an alkylidene group substituted with the monovalent radical of Formula 2 above.
- R 11 to R 15 are each independently hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or a cyano group, and at least two of R 11 to R 15 are cyano groups.
- R 1 to R 5 which are not cyano groups are each independently hydrogen, an alkyl group or an alkoxy group, or may be hydrogen or an alkyl group.
- R 13 and R 14 are cyano groups, and R 11 , R 12 and R 15 are each independently hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group or an aryl group, a hydrogen, an alkyl group or an alkoxy group, or It may be hydrogen or an alkyl group.
- X 3 in Formula 2 is an alkylene group, an alkylidene group, an oxygen atom or a sulfur atom, and in another example, may be an alkylene group, an alkylidene group or an oxygen atom, or may be an oxygen atom.
- Ar 4 is an aromatic divalent radical
- the aromatic divalent radical may be, for example, phenylene, but is not limited thereto.
- the substitution position of X3 based on the site linked to L 2 of Formula 1 in Ar 4 of Formula 2 may be an ortho, meta, or para position, for example, para (para) location.
- Sign in formula (2) May mean that the site is linked to L in the general formula (1).
- Suitable compounds in one example are compounds in which X 1 and X 2 in formula 1 are oxygen atoms, Ar 1 , Ar 2 and Ar 3 are phenylene groups, n is 1 or 2 and m is 1 or 2 Can be.
- Ar 4 in Formula 2 may be a phenylene group, and X 3 may be an oxygen atom.
- the above descriptions may be applied to specific types of R1 to R15 and substitution positions of L 1 , L 2 , X 2 and X 3 in the phenylene group.
- the compound may provide a polymerizable composition and a prepolymer excellent in curability, exhibiting an appropriate processing temperature and a wide process window, and capable of forming a complex of excellent physical properties.
- the processing temperature of the compound may be, for example, in the range of 100 ° C. to 250 ° C. or 100 ° C. to 200 ° C.
- the term processing temperature in the present application may mean a temperature at which the compound, the following polymerizable composition or prepolymer including the same, and the like exist in a processable state.
- Such a processing temperature may be, for example, a softening point, a melting temperature (Tm) or a glass transition temperature (Tg). This range is advantageous for implementing a polymerizable composition or prepolymer that exhibits proper fluidity and processability, ensures a wide process window, and can form a composite of good physical properties.
- the compound of formula 1 can be synthesized according to the synthesis method of known organic compounds.
- the compound of Formula 1 may be reacted with a reaction known as a nitro displacement reaction, for example, a compound containing a hydroxy group and a compound containing a nitrile group in the presence of a basic catalyst or the like. Can be synthesized.
- the phthalonitrile resin may further include a polymerization unit of another phthalonitrile compound in addition to the polymerization unit of the compound of the formula (1).
- the kind of phthalonitrile compound that can be selected and used is not particularly limited, and known compounds known to be useful for the formation of phthalonitrile resins and the control of their physical properties can be applied. Examples of such compounds include U.S. Patent 4,408,035, U.S. Patent 5,003,039, U.S. Patent 5,003,078, U.S. Patent 5,004,801, U.S. Patent 5,132,396, U.S. Patent 5,139,054, U.S. Patent 5,208,318, U.S. Patent Compounds known from US Pat. No. 5,237,045, US Pat. No. 5,292,854, US Pat. No. 5,350,828, and the like can be exemplified, and various compounds known in the art other than those described above can be included in the examples.
- the phthalonitrile resin may include a polymer unit of the compound of Formula 1 or a polymer unit of a phthalonitrile compound including the compound as a main component.
- the inclusion of any component as a main component means that the component is 55% or more, 60% or more, 65% or more, 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more by weight. Or 95% or more.
- the upper limit of the ratio is not particularly limited and may be, for example, 100% or less, less than 100%, 95% or less, or 90% or less by weight.
- the polymer unit of the compound of Formula 1 may be a polymer unit formed by the reaction of the compound of Formula 1 and a curing agent.
- the type of curing agent that can be used in this case is not particularly limited as long as it can react with the compound of Formula 1 to form a polymer.
- any compound may be used as long as it is a compound known to be useful for forming a phthalonitrile resin. Can be.
- Such hardeners are known in various documents, including the US patents described above.
- an amine compound or a hydroxy compound such as an aromatic amine compound may be used as a curing agent.
- a hydroxy compound may mean a compound including at least one or two hydroxy groups in a molecule.
- Curing agents capable of curing the phthalonitrile compound to form a resin are variously known, and such curing agents can be applied to most of the present application.
- the present application also relates to polymerizable compositions.
- the polymerizable composition may include the compound of Formula 1 described above.
- the polymerizable composition may further include a curing agent together with the compound of Formula 1.
- the type of curing agent that can be used above is not particularly limited, and for example, a curing agent as described above can be used.
- the proportion of the curing agent in the polymerizable composition is not particularly limited.
- the ratio may be adjusted to ensure the desired curability in consideration of the ratio or type of the curable component such as the compound of Formula 1 included in the composition.
- the curing agent may be included in an amount of about 0.02 mol to 1.5 mol per mol of the compound of Formula 1 included in the polymerizable composition.
- the ratio is only an example of the present application.
- the ratio of the curing agent in the polymerizable composition is high, but the process window is narrow, and when the ratio of the curing agent is low, the curing property tends to be insufficient, so in view of this point, an appropriate ratio of curing agent can be selected. have.
- the polymerizable composition of the present application can exhibit an appropriate processing temperature and a wide process window while being excellent in curability.
- the processing temperature of the polymerizable composition may be in the range of 100 ° C to 250 ° C or 100 ° C to 200 ° C.
- the absolute value of the process window of the polymerizable composition i.e., the difference between the processing temperature (Tp) and the curing temperature (Tc) of the compound of Formula 1 and the curing agent (Tc) is 50 ° C or more, 70 ° It may be above C or above 100 ° C.
- the curing temperature (Tc) may be higher than the processing temperature. This range may be advantageous to secure appropriate processability in the process of producing a composite, for example, which will be described later using the polymerizable composition.
- the upper limit of the process window is not particularly limited, but for example, the absolute value of the difference (Tc-Tp) between the processing temperature (Tp) and the curing temperature (Tc) may be 300 ° C or less or 200 ° C or less. have.
- the polymerizable composition may further include various additives including other phthalonitrile compounds in addition to the compound of Chemical Formula 1.
- additives may include, but are not limited to, fillers or dispersants such as glass fibers, carbon fibers, graphene, or carbon nanotubes as described below.
- the polymerizable composition may include a compound of Formula 1 or a phthalonitrile compound including the compound as a main component. Accordingly, the polymerizable composition may contain at least 55%, at least 60%, at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80% of the compound of Formula 1 or the phthalonitrile compound including the compound by weight. 85% or more, 90% or more, or 95% or more.
- the upper limit of the ratio is not particularly limited and may be, for example, 100% or less, less than 100%, 95% or less, or 90% or less by weight.
- the present application also relates to a prepolymer formed by the reaction of the polymerizable composition, that is, the polymerizable composition comprising the compound of Formula 1 and a curing agent.
- prepolymer state refers to a state in which the compound of Formula 1 and a curing agent occur to some extent in the polymerizable composition (for example, a state in which polymerization of the A or B stage stage occurs), It can mean the state which can process a composite_body
- the prepolymer state may refer to a state in which polymerization of the polymerizable composition is performed to some extent.
- the prepolymer may also exhibit good curability, suitable processing temperatures and a wide process window.
- the prepolymer may exhibit stability over time even when stored at room temperature for a long time.
- the processing temperature of the prepolymer for example, glass transition temperature or melting temperature
- the absolute value of the process window of the prepolymer i.e. the difference (Tc-Tp) between the processing temperature (Tp) and the curing temperature (Tc) of the prepolymer
- the curing temperature Tc may be higher than the processing temperature Tp. This range may be advantageous to ensure appropriate processability using a prepolymer, for example, in the preparation of the composite described below.
- the upper limit of the process window is not particularly limited, but for example, the absolute value of the difference (Tc-Tp) between the processing temperature (Tp) and the curing temperature (Tc) may be 300 ° C or less or 200 ° C or less. have.
- the prepolymer may further comprise any known additive in addition to the above components.
- examples of such an additive may include, but are not limited to, the aforementioned fillers.
- the present application also relates to composites.
- the composite may include the phthalonitrile resin and filler described above.
- the composite formed as described above may include the phthalonitrile resin and the filler, and may be applied to various applications including, for example, durable materials such as automobiles, airplanes, or ships.
- filler is not particularly limited and may be appropriately selected in consideration of the intended use.
- Fillers that can be used include fibrous materials such as carbon fibers, aramid fibers, glass fibers or ceramic fibers, or carbon nanomaterials such as woven fabrics, nonwovens, strings or strings or carbon nanotubes or graphemes formed by the materials. Etc. may be exemplified, but is not limited thereto.
- the proportion of the filler is also not particularly limited and may be set in an appropriate range depending on the intended use.
- the present application also relates to a precursor for preparing the composite, which precursor may comprise, for example, the polymerizable composition and the filler described above, or may comprise the prepolymer and the filler described above.
- the composite can be prepared in a known manner using the precursor.
- the composite may be formed by curing the precursor.
- the precursor is a polymerizable composition comprising the compound of Formula 1 and a curing agent, or the filler, if necessary, in a state in which the prepolymer formed by temporarily curing the polymerizable composition is melted by heating or the like. It can mix and manufacture.
- the precursor prepared as described above may be molded into a desired shape and then cured to prepare the above-described composite.
- the polymerizable composition or prepolymer has an appropriate processing temperature and a wide process temperature, and excellent curing property, so that molding and curing can be efficiently performed in the process.
- a method of forming a prepolymer or the like, a method of mixing the prepolymer or the like with filler, processing and curing to prepare a composite, and the like may be performed according to a known method.
- DSC analysis was performed in a N2 flow atmosphere using a TA instrument Q20 system at a rate of temperature rise of 10 ° C / min from 35 ° C to 450 ° C.
- TGA analysis was performed using a TGA e850 instrument from Mettler-Toledo.
- the compound prepared in Preparation Example was analyzed in an N2 flow atmosphere while raising the temperature at a temperature increase rate of 10 ° C / min from 25 ° C to 800 ° C, in the case of the composition prepared in Examples or Comparative Examples of 375 ° C
- After post-curing at the temperature was analyzed in the N2 flow atmosphere while raising the temperature at a temperature rising rate of 10 ° C / min from 25 ° C to 900 ° C.
- results of NMR analysis for the compound of formula C are shown in FIG. 1.
- DSC analysis of the compound of Formula C showed that the processing temperature (softening point) was about 104 ° C.
- the residue at 800 ° C. was found to be as high as 42% by weight, indicating that it had excellent thermal stability.
- the compound of formula J (CA1) was obtained from TCI (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and used without further purification.
- the polymerizable composition may be melted at 150 ° C. and stirred for 5 minutes to prepare a prepolymer.
- the polymerizable composition may be melted at 240 ° C. and stirred for 5 minutes to prepare a prepolymer.
- the polymerizable composition may be melted at 240 ° C. and stirred for 5 minutes to prepare a prepolymer.
- Example 1 using a compound having a structure of m and n in the formula (1) while having three phthalonitrile groups, much lower processing compared to the case of Comparative Examples 1 and 2 having two phthalonitrile groups It can be seen that it is possible to prepare the prepolymer at a low temperature with a temperature, to secure a wide process window of 100 ° C. or more, and to exhibit excellent heat resistance.
- Comparative Example 3 it has three phthalonitrile groups as in the case of Example 1, but due to the symmetry of the core structure, the crystallinity is increased, thereby increasing the processing temperature, as a result the process window It was confirmed very narrowly.
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Abstract
Description
본 출원은 프탈로니트릴 수지, 중합성 조성물, 프리폴리머, 복합체, 그 제조 방법 및 용도에 대한 것이다.The present application relates to phthalonitrile resins, polymerizable compositions, prepolymers, composites, methods of making and uses thereof.
프탈로니트릴 수지는, 다양한 용도에 사용될 수 있다. 예를 들면, 프탈로니트릴 수지를 유리 섬유나 탄소 섬유 등과 같은 충전제에 함침시켜 형성되는 복합체(composite)는, 자동차, 비행기 또는 선박 등의 소재로 사용될 수 있다. 상기 복합체의 제조 과정은, 예를 들면, 프탈로니트릴과 경화제의 혼합물 또는 그 혼합물의 반응에 의해 형성되는 프리폴리머와 충전제를 혼합한 후에 경화시키는 과정을 포함할 수 있다. 이러한 내용은 한국등록특허 제0558158호 등에 개시되어 있다.The phthalonitrile resin can be used for various applications. For example, a composite formed by impregnating a phthalonitrile resin into a filler such as glass fiber or carbon fiber may be used as a material for automobiles, airplanes, ships, and the like. The manufacturing process of the composite may include, for example, curing after mixing a filler and a prepolymer formed by a mixture of a phthalonitrile and a curing agent or a mixture thereof. Such contents are disclosed in Korean Patent No. 0558158 and the like.
복합체의 제조 과정에 효과적으로 이루어지기 위해서는, 단량체인 프탈로니트릴 또는 그로부터 형성된 중합성 조성물이나 프리폴리머(prepolymer)가 적절한 용융성과 유동성을 가지고, 소위 프로세스 윈도우(process window)가 넓을 것이 요구된다.In order to be effective in the production process of the composite, it is required that the monomer phthalonitrile or the polymerizable composition or prepolymer formed therefrom have appropriate meltability and fluidity, and a so-called process window is wide.
또한, 상기 프탈로니트릴과 경화제의 혼합물이나 프리폴리머가 보이드(void)를 포함하거나, 가공 혹은 경화 과정에서 보이드를 생성할 경우에 복합체의 물성의 저하가 발생할 수 있으므로, 이러한 문제도 고려되어야 한다.In addition, when the mixture or prepolymer of the phthalonitrile and the curing agent contains voids or when voids are generated during processing or curing, such problems may also be considered.
본 출원은 프탈로니트릴 수지, 중합성 조성물, 프리폴리머, 복합체, 상기 복합체의 전구체 및 상기의 제조 방법과 용도를 제공한다.The present application provides a phthalonitrile resin, a polymerizable composition, a prepolymer, a composite, a precursor of the composite, and a method and use of the preparation.
본 출원에서는 우수한 경화성을 나타내고, 적절한 가공 온도와 넓은 프로세스 윈도우(process window)를 나타내며, 우수한 물성의 복합체를 형성할 수 있는 프탈로니트릴, 그를 사용한 중합성 조성물 및 프리폴리머를 제공한다.The present application provides a phthalonitrile, a polymerizable composition and a prepolymer using the same, which exhibits excellent curability, exhibits a suitable processing temperature and a wide process window, and can form a composite of excellent physical properties.
본 출원은 프탈로니트릴 수지에 대한 것이다. 상기 프탈로니트릴 수지는, 하기 화학식 1의 화합물 유래의 중합 단위를 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 소정 화합물 유래의 중합 단위는 그 화합물의 중합 내지 경화에 의해 형성된 폴리머의 골격을 의미할 수 있다.The present application is directed to phthalonitrile resins. The phthalonitrile resin may include a polymerized unit derived from the compound of formula (1). In the present application, the term “polymerized unit derived from a compound” may refer to a skeleton of a polymer formed by polymerization or curing of the compound.
[화학식 1][Formula 1]
화학식 1에서 R1 내지 R10는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 알콕시기, 아릴기 또는 시아노기이고, R1 내지 R5 중 적어도 2개는 시아노기이며, R6 내지 R10 중 적어도 2개는 시아노기이고, X1 및 X2는 각각 독립적으로 알킬렌기, 알킬리덴기, 산소 원자 또는 황 원자이며, Ar1, Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이한 방향족 2가 라디칼이고, n은 1 이상의 수이며, m은 1 이상의 수이고, L1은 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, L2는 하기 화학식 2의 1가 라디칼로 치환된 알킬렌기 또는 알킬리덴기이다:In Formula 1, R 1 to R 10 are each independently hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or a cyano group, at least two of R 1 to R 5 are cyano groups, and at least two of R 6 to R 10 are Is a cyano group, X 1 and X 2 are each independently an alkylene group, an alkylidene group, an oxygen atom or a sulfur atom, Ar 1 , Ar 2 and Ar 3 are the same or different aromatic divalent radicals, n is one or more Wherein m is one or more numbers, L 1 is an alkylene group or an alkylidene group, and L 2 is an alkylene group or alkylidene group substituted with a monovalent radical of formula (2):
[화학식 2][Formula 2]
화학식 2에서 R11 내지 R15는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 알콕시기, 아릴기 또는 시아노기이되, R11 내지 R15 중 적어도 2개는 시아노기이고, X3는 알킬렌기, 알킬리덴기, 산소 원자 또는 황 원자이며, Ar4는 방향족 2가 라디칼이다.In Formula 2, R 11 to R 15 are each independently hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or a cyano group, at least two of R 11 to R 15 are cyano groups, X 3 is an alkylene group, an alkylidene group, Is an oxygen atom or a sulfur atom, and Ar 4 is an aromatic divalent radical.
본 출원에서 용어 알킬기는 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기일 수 있다. 상기 알킬기는 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형일 수 있으며, 필요한 경우에 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.In the present application, the term alkyl group may be an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms, unless otherwise specified. The alkyl group may be linear, branched or cyclic and may be substituted by one or more substituents if necessary.
본 출원에서 용어 알콕시기는 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기일 수 있다. 상기 알콕시기는 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형일 수 있으며, 필요한 경우에 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다.The term alkoxy group in the present application may be an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms, unless otherwise specified. The alkoxy group may be linear, branched or cyclic and may be substituted by one or more substituents if necessary.
본 출원에서 용어 아릴기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 벤젠 고리, 벤젠 고리를 포함하는 화합물 또는 상기 중 어느 하나의 유도체로부터 유래된 1가 잔기를 의미할 수 있다. 상기에서 벤젠 고리를 포함하는 화합물로는, 2개 이상의 벤젠 고리가 하나 또는 2개의 탄소 원자를 공유하면서 축합되어 있거나, 직접 연결된 구조 또는 적절한 링커에 의해 연결되어 있는 구조의 화합물을 의미할 수 있다. 상기와 같은 화합물로는, 비페닐이나 나프탈렌 등이 예시될 수 있다. 상기 아릴기는, 예를 들면, 6개 내지 25개, 6개 내지 20개 또는 6개 내지 12개의 탄소 원자를 포함할 수 있다. 아릴기의 구체적인 종류로는 페닐기, 벤질기, 비페닐기 또는 나프탈레닐기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 출원에서 아릴기의 범주에는 통상적으로 아릴기로 호칭되는 관능기는 물론 소위 아르알킬기(aralkyl group) 또는 아릴알킬기 등도 포함될 수 있다.The term aryl group in the present application may mean a monovalent moiety derived from a benzene ring, a compound containing a benzene ring, or a derivative of any one of the above, unless otherwise specified. As the compound including the benzene ring, it may mean a compound having a structure in which two or more benzene rings are condensed while sharing one or two carbon atoms, or are directly connected or connected by an appropriate linker. As such a compound, biphenyl, naphthalene, etc. can be illustrated. The aryl group may include, for example, 6 to 25, 6 to 20, or 6 to 12 carbon atoms. Specific examples of the aryl group may include, but are not limited to, a phenyl group, benzyl group, biphenyl group or naphthalenyl group. In addition, the scope of the aryl group in the present application may include a functional group commonly referred to as an aryl group as well as a so-called aralkyl group or an arylalkyl group.
본 출원에서 용어 방향족 2가 라디칼은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 상기 아릴기의 정의에서 기술한 벤젠 고리, 벤젠 고리를 포함하는 화합물 또는 상기 중 어느 하나의 유도체로부터 유래된 2가 잔기를 의미할 수 있다. 상기 방향족 2가 라디칼은, 예를 들면, 6개 내지 25개, 6개 내지 20개 또는 6개 내지 12개의 탄소 원자를 포함할 수 있다. 방향족 2가 라디칼의 대표적인 종류로는 페닐렌기를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present application, the term aromatic divalent radical means a benzene ring, a compound containing a benzene ring, or a divalent moiety derived from any one of the above-mentioned derivatives unless otherwise specified. Can be. The aromatic divalent radical may include, for example, 6 to 25, 6 to 20, or 6 to 12 carbon atoms. Representative types of aromatic divalent radicals include, but are not limited to, phenylene groups.
본 출원에서 용어 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기 또는 알킬리덴기를 의미할 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 임의적으로 하나 이상의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.The term alkylene group or alkylidene group in the present application means an alkylene group or alkylidene group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms or 1 to 4 carbon atoms, unless otherwise specified. can do. The alkylene group or alkylidene group may be linear, branched or cyclic. In addition, the alkylene group or alkylidene group may be optionally substituted with one or more substituents.
본 출원에서 상기 알킬기, 알콕시기, 아릴기, 방향족 2가 라디칼, 알킬렌기 또는 알킬리덴기에 임의적으로 치환되어 있을 수 있는 치환기로는, 염소 또는 불소 등의 할로겐, 글리시딜기, 에폭시알킬기, 글리시독시알킬기 또는 지환식 에폭시기 등의 에폭시기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 티올기, 알킬기, 알콕시기 또는 아릴기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present application, as the substituent which may be optionally substituted with the alkyl group, alkoxy group, aryl group, aromatic divalent radical, alkylene group or alkylidene group, halogen, glycidyl group, epoxyalkyl group, glyci such as chlorine or fluorine Epoxy groups, such as a doxyalkyl group or an alicyclic epoxy group, acryloyl group, methacryloyl group, an isocyanate group, a thiol group, an alkyl group, an alkoxy group, or an aryl group etc. can be illustrated, but it is not limited to these.
화학식 1에서 R1 내지 R10는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 알콕시기, 아릴기 또는 시아노기이되, R1 내지 R5 중 적어도 2개는 시아노기이며, R6 내지 R10 중 적어도 2개는 시아노기이다. 다른 예시에서 시아노기가 아닌 R1 내지 R10은, 각각 독립적으로 수소, 알킬기 또는 알콕시기이거나, 수소 또는 알킬기일 수 있다. 하나의 예시에서 화학식 1에서는 R3, R4, R8 및 R9가 시아노기이고, R1, R2, R5, R6, R7 및 R10은, 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 알콕시기 또는 아릴기이거나, 수소, 알킬기 또는 알콕시기이거나, 또는 수소 또는 알킬기일 수 있다.In Formula 1, R 1 to R 10 are each independently hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or a cyano group, at least two of R 1 to R 5 are cyano groups, and at least two of R 6 to R 10 It is a cyano group. In another example, R 1 to R 10 which are not a cyano group are each independently hydrogen, an alkyl group, or an alkoxy group, or may be hydrogen or an alkyl group. In one example, in Formula 1, R 3 , R 4 , R 8 and R 9 are cyano groups, and R 1 , R 2 , R 5 , R 6 , R 7 and R 10 are each independently hydrogen, an alkyl group, alkoxy It may be a group or an aryl group, hydrogen, an alkyl group, or an alkoxy group, or hydrogen or an alkyl group.
화학식 1에서 X1 및 X2는 각각 독립적으로 알킬렌기, 알킬리덴기, 산소 원자 또는 황 원자이고, 다른 예시에서 알킬렌기, 알킬리덴기 또는 산소 원자이거나, 산소 원자일 수 있다.X 1 and X 2 in Formula 1 are each independently an alkylene group, an alkylidene group, an oxygen atom or a sulfur atom, and in another example, may be an alkylene group, an alkylidene group or an oxygen atom, or may be an oxygen atom.
화학식 1에서 Ar1, Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이한 방향족 2가 라디칼이며, 상기 방향족 2가 라디칼은 예를 들면, 페닐렌일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 화학식 1의 Ar1에서 X1을 기준으로 한 L1의 치환 위치는 오소(ortho), 메타(meta) 또는 파라(para) 위치일 수 있고, 예를 들면, 파라(para) 위치일 수 있다. 또한, 화학식 1의 Ar2에서 L1을 기준으로 한 L2의 치환 위치는, 오소(ortho), 메타(meta) 또는 파라(para) 위치일 수 있고, 예를 들면, 파라(para) 위치일 수 있다. 또한, 화학식 1의 Ar3에서 L2를 기준으로 한 X2의 치환 위치는 오소(ortho), 메타(meta) 또는 파라(para) 위치일 수 있고, 예를 들면, 파라(para) 위치일 수 있다.Ar 1 , Ar 2, and Ar 3 in Formula 1 may be the same or different aromatic divalent radicals, and the aromatic divalent radical may be, for example, phenylene, but is not limited thereto. In addition, the substitution position of L 1 based on X 1 in Ar 1 of Formula 1 may be an ortho, meta, or para position, for example, a para position. have. In addition, the substitution position of L 2 based on L 1 in Ar 2 of Formula 1 may be an ortho, meta, or para position, for example, a para position. Can be. In addition, in Ar 3 of Formula 1, the substitution position of X 2 based on L 2 may be an ortho, meta, or para position, for example, a para position. have.
화학식 1에서 n은 1 이상의 임의의 수이고, m은 1 이상의 임의의 수일 수 있다. n과 m이 동시에 1 이상인 것에 의해 상기 화합물은, 우수한 경화성을 나타내는 동시에 적절한 가공 온도 및 프로세스 윈도우(process window) 특성을 나타낼 수 있다. 화학식 1에서 n과 m이 동시에 1 이상이면, 경화 반응에 참여하는 프탈로니트릴기의 개수가 적합하게 유지되면서, 전체적인 화합물의 구조가 가공 온도 및 프로세스 윈도우 특성에 유리하게 유지될 수 있다. 예를 들어, m이 0인 경우에 화학식 1의 화합물이 포함하는 프탈로니트릴기의 수가 제한됨과 동시에 화합물의 코어 부분의 구조가 대칭성을 나타낼 수 있고, 이러한 대칭성은 결정성의 상승을 유발하여 결과적으로 용융 온도와 같은 가공 온도의 상승을 초래하는 동시에 프로세스 윈도우 특성도 악화시킨다. 한편, 화학식 1에서 n이 0인 경우에는 화학식 1의 화합물의 구조가 분자간 포개짐이 용이하게 되는 대칭성을 나타낼 수 있고, 이러한 대칭성은 결정성의 상승을 유발하여, 결과적으로 가공 온도(ex. 용융 온도)의 상승 및 프로세스 윈도우 특성의 악화를 유도할 수 있다.N may be any number of one or more, and m may be any number of one or more. The fact that n and m are at least one at the same time allows the compound to exhibit excellent curing properties and to exhibit appropriate processing temperature and process window characteristics. When n and m in the formula (1) at the same time at least 1, while maintaining the number of phthalonitrile groups participating in the curing reaction is appropriate, the structure of the overall compound can be maintained advantageously to the processing temperature and process window properties. For example, when m is 0, the number of phthalonitrile groups included in the compound of Formula 1 is limited, and at the same time, the structure of the core portion of the compound may exhibit symmetry. This results in an increase in processing temperature, such as melting temperature, and at the same time deteriorates process window characteristics. On the other hand, when n is 0 in Formula 1, the structure of the compound of Formula 1 may exhibit symmetry that facilitates intermolecular overlap, and this symmetry causes an increase in crystallinity, resulting in processing temperature (ex. ) And deterioration of the process window characteristics can be induced.
화학식 1의 n은, 다른 예시에서는 1 내지 10, 1 내지 8, 1 내지 6, 1 내지 4 또는 1 내지 3의 범위 내이거나, 혹은 1 또는 2일 수 있다.N in Formula 1 may be in the range of 1 to 10, 1 to 8, 1 to 6, 1 to 4, or 1 to 3, or 1 or 2 in another example.
화학식 1의 m은 다른 예시에서는 1 내지 10, 1 내지 8, 1 내지 6, 1 내지 4 또는 1 내지 3의 범위 내이거나, 혹은 1 또는 2일 수 있다.M in formula 1 may be in the range of 1 to 10, 1 to 8, 1 to 6, 1 to 4 or 1 to 3, or 1 or 2.
화학식 1에서 L1은 알킬렌기 또는 알킬리덴기이고, L2는 상기 화학식 2의 1가 라디칼로 치환되어 있는 알킬렌기 또는 알킬리덴기일 수 있다.In Formula 1, L 1 may be an alkylene group or an alkylidene group, and L 2 may be an alkylene group or an alkylidene group substituted with the monovalent radical of Formula 2 above.
화학식 2에서 R11 내지 R15는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 알콕시기, 아릴기 또는 시아노기이되, R11 내지 R15 중 적어도 2개는 시아노기이다. 다른 예시에서 시아노기가 아닌 R1 내지 R5는, 각각 독립적으로 수소, 알킬기 또는 알콕시기이거나, 수소 또는 알킬기일 수 있다. 하나의 예시에서 화학식 2에서는 R13 및 R14가 시아노기이고, R11, R12 및 R15는, 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 알콕시기 또는 아릴기이거나, 수소, 알킬기 또는 알콕시기이거나, 또는 수소 또는 알킬기일 수 있다.In Formula 2, R 11 to R 15 are each independently hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or a cyano group, and at least two of R 11 to R 15 are cyano groups. In another example, R 1 to R 5 which are not cyano groups are each independently hydrogen, an alkyl group or an alkoxy group, or may be hydrogen or an alkyl group. In one example, in Formula 2, R 13 and R 14 are cyano groups, and R 11 , R 12 and R 15 are each independently hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group or an aryl group, a hydrogen, an alkyl group or an alkoxy group, or It may be hydrogen or an alkyl group.
화학식 2에서 X3는 알킬렌기, 알킬리덴기, 산소 원자 또는 황 원자이고, 다른 예시에서 알킬렌기, 알킬리덴기 또는 산소 원자이거나, 산소 원자일 수 있다.X 3 in Formula 2 is an alkylene group, an alkylidene group, an oxygen atom or a sulfur atom, and in another example, may be an alkylene group, an alkylidene group or an oxygen atom, or may be an oxygen atom.
한편, 화학식 2에서 Ar4는 방향족 2가 라디칼이며, 상기 방향족 2가 라디칼은 예를 들면, 페닐렌일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 화학식 2의 Ar4에서 화학식 1의 L2에 연결되는 부위를 기준으로 하는 X3의 치환 위치는 오소(ortho), 메타(meta) 또는 파라(para) 위치일 수 있고, 예를 들면, 파라(para) 위치일 수 있다. Meanwhile, in Formula 2, Ar 4 is an aromatic divalent radical, and the aromatic divalent radical may be, for example, phenylene, but is not limited thereto. In addition, the substitution position of X3 based on the site linked to L 2 of Formula 1 in Ar 4 of Formula 2 may be an ortho, meta, or para position, for example, para (para) location.
화학식 2에서 부호 는 그 부위가 화학식 1의 L에 연결되는 것을 의미할 수 있다.Sign in formula (2) May mean that the site is linked to L in the general formula (1).
하나의 예시에서 적합한 상기 화합물은, 화학식 1에서 X1 및 X2가 산소 원자이고, Ar1, Ar2 및 Ar3는 페닐렌기이며, n은 1 또는 2이고, m은 1 또는 2인 화합물일 수 있다. 상기와 같은 구조에서 화학식 2에서 Ar4는 페닐렌기이고, X3는 산소 원자일 수 있다. 이러한 화합물에서 R1 내지 R15의 구체적인 종류와 상기 페닐렌기에서의 L1, L2, X2 및 X3의 치환 위치에 대해서는 상기 기술한 내용이 적용될 수 있다. Suitable compounds in one example are compounds in which X 1 and X 2 in formula 1 are oxygen atoms, Ar 1 , Ar 2 and Ar 3 are phenylene groups, n is 1 or 2 and m is 1 or 2 Can be. In the above structure, Ar 4 in Formula 2 may be a phenylene group, and X 3 may be an oxygen atom. In the above compounds, the above descriptions may be applied to specific types of R1 to R15 and substitution positions of L 1 , L 2 , X 2 and X 3 in the phenylene group.
화학식 1과 같은 구조의 화합물은, 벌키(bulky)한 구조 및 늘어난 프리 볼륨(free volumne)을 가지고, 적절한 가공 온도를 나타낸다. 또한, 경화성 관능기에 해당하는 프탈로니트릴 구조의 수가 적어도 3개여서 후술하는 경화제의 반응성이 우수하다.Compounds of the same structure as Formula 1 have a bulky structure and increased free volumne, and exhibit an appropriate processing temperature. Moreover, since the number of the phthalonitrile structures corresponding to a curable functional group is at least 3, the reactivity of the hardening | curing agent mentioned later is excellent.
이에 따라 상기 화합물은, 경화성이 우수하고, 적절한 가공 온도와 넓은 프로세스 윈도우(process window)를 나타내며, 우수한 물성의 복합체를 형성할 수 있는 중합성 조성물 및 프리폴리머를 제공할 수 있다.Accordingly, the compound may provide a polymerizable composition and a prepolymer excellent in curability, exhibiting an appropriate processing temperature and a wide process window, and capable of forming a complex of excellent physical properties.
하나의 예시에서 상기 화합물의 가공 온도는, 예를 들면, 100°C 내지 250°C 또는 100°C 내지 200°C의 범위 내에 있을 수 있다. 본 출원에서 용어 가공 온도는, 상기 화합물, 그를 포함하는 하기 중합성 조성물 또는 프리폴리머 등이 가공 가능한 상태로 존재하는 온도를 의미할 수 있다. 이러한 가공 온도는, 예를 들면, 연화점, 용융 온도(Tm) 또는 유리전이온도(Tg)일 수 있다. 이러한 범위는 적절한 유동성과 가공성을 나타내고, 넓은 프로세스 윈도우가 확보되며, 우수한 물성의 복합체를 형성할 수 있는 중합성 조성물 또는 프리폴리머을 구현하는 것에 유리하다.In one example, the processing temperature of the compound may be, for example, in the range of 100 ° C. to 250 ° C. or 100 ° C. to 200 ° C. The term processing temperature in the present application may mean a temperature at which the compound, the following polymerizable composition or prepolymer including the same, and the like exist in a processable state. Such a processing temperature may be, for example, a softening point, a melting temperature (Tm) or a glass transition temperature (Tg). This range is advantageous for implementing a polymerizable composition or prepolymer that exhibits proper fluidity and processability, ensures a wide process window, and can form a composite of good physical properties.
화학식 1의 화합물은 공지의 유기 화합물의 합성법에 따라 합성할 수 있다. 예를 들면, 화학식 1의 화합물은, 소위 니트로 치환(nitro displacement) 반응으로 공지되어 있는 반응, 예를 들면, 히드록시기를 포함하는 화합물 및 니트릴기를 포함하는 화합물을 염기성 촉매 등이 존재 하에서 반응시키는 방식으로 합성할 수 있다.The compound of formula 1 can be synthesized according to the synthesis method of known organic compounds. For example, the compound of Formula 1 may be reacted with a reaction known as a nitro displacement reaction, for example, a compound containing a hydroxy group and a compound containing a nitrile group in the presence of a basic catalyst or the like. Can be synthesized.
상기 프탈로니트릴 수지는, 상기 화학식 1의 화합물의 중합 단위에 추가로 다른 프탈로니트릴 화합물의 중합 단위를 포함할 수도 있다. 이러한 경우에 선택 및 사용될 수 있는 프탈로니트릴 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 프탈로니트릴 수지의 형성 및 그 물성의 조절에 유용한 것으로 알려진 공지의 화합물이 적용될 수 있다. 이러한 화합물의 예로는, 미국 특허 제4,408,035호, 미국 특허 제5,003,039호, 미국 특허 제5,003,078호, 미국 특허 제5,004,801호, 미국 특허 제5,132,396호, 미국 특허 제5,139,054호, 미국 특허 제5,208,318호, 미국 특허 제5,237,045호, 미국 특허 제5,292,854호 또는 미국 특허 제5,350,828호 등에서 공지되어 있는 화합물이 예시될 수 있으며, 상기 문헌들에 의한 것 외에도 업계에서 공지되어 있는 다양한 화합물이 상기 예시에 포함될 수 있다.The phthalonitrile resin may further include a polymerization unit of another phthalonitrile compound in addition to the polymerization unit of the compound of the formula (1). In this case, the kind of phthalonitrile compound that can be selected and used is not particularly limited, and known compounds known to be useful for the formation of phthalonitrile resins and the control of their physical properties can be applied. Examples of such compounds include U.S. Patent 4,408,035, U.S. Patent 5,003,039, U.S. Patent 5,003,078, U.S. Patent 5,004,801, U.S. Patent 5,132,396, U.S. Patent 5,139,054, U.S. Patent 5,208,318, U.S. Patent Compounds known from US Pat. No. 5,237,045, US Pat. No. 5,292,854, US Pat. No. 5,350,828, and the like can be exemplified, and various compounds known in the art other than those described above can be included in the examples.
하나의 예시에서 상기 프탈로니트릴 수지는 상기 화학식 1의 화합물의 중합 단위 또는 상기 화합물을 포함한 프탈로니트릴 화합물의 중합 단위를 주성분으로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 어떤 성분을 주성분으로 포함한다는 것은, 상기 성분을 중량을 기준으로 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상 포함하는 경우를 의미할 수 있다. 상기 비율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 중량을 기준으로 100% 이하, 100% 미만, 95% 이하 또는 90% 이하일 수 있다.In one example, the phthalonitrile resin may include a polymer unit of the compound of Formula 1 or a polymer unit of a phthalonitrile compound including the compound as a main component. In the present specification, the inclusion of any component as a main component means that the component is 55% or more, 60% or more, 65% or more, 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more by weight. Or 95% or more. The upper limit of the ratio is not particularly limited and may be, for example, 100% or less, less than 100%, 95% or less, or 90% or less by weight.
상기 프탈로니트릴 수지에서 상기 화학식 1의 화합물의 중합 단위는, 상기 화학식 1의 화합물과 경화제의 반응에 의해 형성되는 중합 단위일 수 있다. 이러한 경우 사용될 수 있는 경화제의 종류는 화학식 1의 화합물과 반응하여 고분자를 형성할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 소위 프탈로니트릴 수지의 형성에 유용한 것으로 알려진 화합물이라면 어떠한 화합물도 사용할 수 있다. 이러한 경화제는 상기 기술한 미국 특허들을 포함한 다양한 문헌에 알려져 있다.In the phthalonitrile resin, the polymer unit of the compound of Formula 1 may be a polymer unit formed by the reaction of the compound of Formula 1 and a curing agent. The type of curing agent that can be used in this case is not particularly limited as long as it can react with the compound of Formula 1 to form a polymer. For example, any compound may be used as long as it is a compound known to be useful for forming a phthalonitrile resin. Can be. Such hardeners are known in various documents, including the US patents described above.
하나의 예시에서는 경화제로서 방향족 아민 화합물과 같은 아민 화합물 또는 히드록시 화합물을 사용할 수 있다. 본 출원에서 히드록시 화합물은, 분자 내에 적어도 하나 또는 두 개의 히드록시기를 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 프탈로니트릴 화합물을 경화시켜 수지를 형성할 수 있는 경화제는 다양하게 공지되어 있고, 이러한 경화제는 본 출원에서 대부분 적용될 수 있다.In one example, an amine compound or a hydroxy compound such as an aromatic amine compound may be used as a curing agent. In the present application, a hydroxy compound may mean a compound including at least one or two hydroxy groups in a molecule. Curing agents capable of curing the phthalonitrile compound to form a resin are variously known, and such curing agents can be applied to most of the present application.
본 출원은 또한 중합성 조성물에 대한 것이다. 중합성 조성물은, 상기 기술한 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다. 중합성 조성물은 상기 화학식 1의 화합물과 함께 경화제를 추가로 포함할 수 있다.The present application also relates to polymerizable compositions. The polymerizable composition may include the compound of Formula 1 described above. The polymerizable composition may further include a curing agent together with the compound of Formula 1.
상기에서 사용될 수 있는 경화제의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 이미 기술한 것과 같은 경화제를 사용할 수 있다.The type of curing agent that can be used above is not particularly limited, and for example, a curing agent as described above can be used.
중합성 조성물에서 경화제의 비율은 특별히 제한되지 않는다. 상기 비율은, 예를 들면, 조성물에 포함되어 있는 화학식 1의 화합물 등의 경화성 성분의 비율이나 종류 등을 고려하여 목적하는 경화성이 확보될 수 있도록 조절될 수 있다. 예를 들면, 경화제는 중합성 조성물에 포함되어 있는 화학식 1의 화합물 1몰 당 약 0.02몰 내지 1.5몰 정도로 포함되어 있을 수 있다. 그렇지만, 상기 비율은 본 출원의 예시에 불과하다. 통상 중합성 조성물에서 경화제의 비율이 높아지만, 프로세스 윈도우가 좁아지는 경향이 있고, 경화제의 비율이 낮아지면, 경화성이 불충분해지는 경향이 있으므로, 이러한 점 등을 고려하여 적절한 경화제의 비율이 선택될 수 있다.The proportion of the curing agent in the polymerizable composition is not particularly limited. For example, the ratio may be adjusted to ensure the desired curability in consideration of the ratio or type of the curable component such as the compound of Formula 1 included in the composition. For example, the curing agent may be included in an amount of about 0.02 mol to 1.5 mol per mol of the compound of Formula 1 included in the polymerizable composition. However, the ratio is only an example of the present application. Usually, the ratio of the curing agent in the polymerizable composition is high, but the process window is narrow, and when the ratio of the curing agent is low, the curing property tends to be insufficient, so in view of this point, an appropriate ratio of curing agent can be selected. have.
본 출원의 중합성 조성물은, 경화성이 우수하면서, 적절한 가공 온도와 넓은 프로세스 윈도우(process window)를 나타낼 수 있다. The polymerizable composition of the present application can exhibit an appropriate processing temperature and a wide process window while being excellent in curability.
하나의 예시에서 상기 중합성 조성물의 가공 온도, 즉 용융 온도 또는 유리전이온도는, 100°C 내지 250°C 또는 100°C 내지 200°C의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 경우에 상기 중합성 조성물의 프로세스 원도우, 즉 상기 가공 온도(Tp)와 상기 화학식 1의 화합물과 경화제의 경화 온도(Tc)의 차이(Tc - Tp)의 절대값은 50°C 이상, 70°C 이상 또는 100°C 이상일 수 있다. 하나의 예시에서 상기 경화 온도(Tc)가 상기 가공 온도에 비하여 높을 수 있다. 이러한 범위는 중합성 조성물을 사용하여, 예를 들어 후술하는 복합체를 제조하는 과정에서 적절한 가공성을 확보하는 것에 유리할 수 있다. 상기에서 프로세스 윈도우의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 상기 가공 온도(Tp)와 경화 온도(Tc)의 차이(Tc - Tp)의 절대값은 300°C 이하 또는 200°C 이하일 수 있다.In one example, the processing temperature of the polymerizable composition, that is, the melting temperature or the glass transition temperature, may be in the range of 100 ° C to 250 ° C or 100 ° C to 200 ° C. In this case, the absolute value of the process window of the polymerizable composition, i.e., the difference between the processing temperature (Tp) and the curing temperature (Tc) of the compound of Formula 1 and the curing agent (Tc) is 50 ° C or more, 70 ° It may be above C or above 100 ° C. In one example, the curing temperature (Tc) may be higher than the processing temperature. This range may be advantageous to secure appropriate processability in the process of producing a composite, for example, which will be described later using the polymerizable composition. In the above, the upper limit of the process window is not particularly limited, but for example, the absolute value of the difference (Tc-Tp) between the processing temperature (Tp) and the curing temperature (Tc) may be 300 ° C or less or 200 ° C or less. have.
중합성 조성물은 상기 화학식 1의 화합물 외에 다른 프탈로니트릴 화합물 등을 포함한 다양한 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 예로는 후술하는 바와 같은 유리 섬유, 탄소 섬유, 그래핀(graphene) 또는 탄소 나노튜브와 같은 충전제 또는 분산제 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The polymerizable composition may further include various additives including other phthalonitrile compounds in addition to the compound of Chemical Formula 1. Examples of such additives may include, but are not limited to, fillers or dispersants such as glass fibers, carbon fibers, graphene, or carbon nanotubes as described below.
하나의 예시에서 상기 중합성 조성물은 상기 화학식 1의 화합물 또는 상기 화합물을 포함한 프탈로니트릴 화합물을 주성분으로 포함할 수 있다. 따라서, 상기 중합성 조성물은 상기 화학식 1의 화합물 또는 그 화합물을 포함한 프탈로니트릴 화합물을 중량을 기준으로 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상 포함할 수 있다. 상기 비율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 중량을 기준으로 100% 이하, 100% 미만, 95% 이하 또는 90% 이하일 수 있다. In one example, the polymerizable composition may include a compound of Formula 1 or a phthalonitrile compound including the compound as a main component. Accordingly, the polymerizable composition may contain at least 55%, at least 60%, at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80% of the compound of Formula 1 or the phthalonitrile compound including the compound by weight. 85% or more, 90% or more, or 95% or more. The upper limit of the ratio is not particularly limited and may be, for example, 100% or less, less than 100%, 95% or less, or 90% or less by weight.
본 출원은 또한, 상기 중합성 조성물, 즉 상기 화학식 1의 화합물 및 경화제를 포함하는 중합성 조성물의 반응에 의해 형성되는 프리폴리머(prepolymer)에 대한 것이다.The present application also relates to a prepolymer formed by the reaction of the polymerizable composition, that is, the polymerizable composition comprising the compound of Formula 1 and a curing agent.
본 출원에서 용어 프리폴리머 상태는, 상기 중합성 조성물 내에서 화학식 1의 화합물과 경화제가 어느 정도의 일어난 상태(예를 들면, 소위 A 또는 B 스테이지 단계의 중합이 일어난 상태)이나, 완전히 중합된 상태에는 이르지 않고, 적절한 유동성을 나타내어, 예를 들면, 후술하는 바와 같은 복합체의 가공이 가능한 상태를 의미할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 프리폴리머 상태는, 상기 중합성 조성물의 중합이 어느 정도 진행된 상태를 의미할 수 있다.In the present application, the term prepolymer state refers to a state in which the compound of Formula 1 and a curing agent occur to some extent in the polymerizable composition (for example, a state in which polymerization of the A or B stage stage occurs), It can mean the state which can process a composite_body | complex mentioned later, for example, showing appropriate fluidity, without reaching | attaining it. In one example, the prepolymer state may refer to a state in which polymerization of the polymerizable composition is performed to some extent.
상기 프리폴리머 역시 우수한 경화성, 적절한 가공 온도 및 넓은 프로세스 윈도우(process window)를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 프리폴리머는, 상온에서 장기간 보관되는 경우에도 경시적으로 안정성을 나타낼 수 있다.The prepolymer may also exhibit good curability, suitable processing temperatures and a wide process window. In addition, the prepolymer may exhibit stability over time even when stored at room temperature for a long time.
예를 들면, 상기 프리폴리머의 가공 온도, 예를 들어, 유리전이온도 또는 용융 온도는, 100°C 내지 250°C 또는 100°C 내지 200°C의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 경우에 상기 프리폴리머의 프로세스 원도우, 즉 상기 가공 온도(Tp)와 상기 프리폴리머의 경화 온도(Tc)의 차이(Tc - Tp)의 절대값은 50°C 이상, 70°C 이상 또는 100°C 이상일 수 있다. 하나의 예시에서 상기 경화 온도(Tc)가 상기 가공 온도(Tp)에 비하여 높을 수 있다. 이러한 범위는 프리폴리머를 사용하여, 예를 들어 후술하는 복합체를 제조하는 과정에서 적절한 가공성을 확보하는 것에 유리할 수 있다. 상기에서 프로세스 윈도우의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 상기 가공 온도(Tp)와 경화 온도(Tc)의 차이(Tc - Tp)의 절대값은 300°C 이하 또는 200°C 이하일 수 있다.For example, the processing temperature of the prepolymer, for example, glass transition temperature or melting temperature, may be in the range of 100 ° C to 250 ° C or 100 ° C to 200 ° C. In this case the absolute value of the process window of the prepolymer, i.e. the difference (Tc-Tp) between the processing temperature (Tp) and the curing temperature (Tc) of the prepolymer, should be at least 50 ° C, at least 70 ° C or at least 100 ° C. Can be. In one example, the curing temperature Tc may be higher than the processing temperature Tp. This range may be advantageous to ensure appropriate processability using a prepolymer, for example, in the preparation of the composite described below. In the above, the upper limit of the process window is not particularly limited, but for example, the absolute value of the difference (Tc-Tp) between the processing temperature (Tp) and the curing temperature (Tc) may be 300 ° C or less or 200 ° C or less. have.
프리폴리머는 상기 성분 외에 공지의 임의의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 예로는 전술한 충전제 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The prepolymer may further comprise any known additive in addition to the above components. Examples of such an additive may include, but are not limited to, the aforementioned fillers.
본 출원은 또한 복합체(composite)에 대한 것이다. 상기 복합체는 상기 기술한 프탈로니트릴 수지 및 충전제를 포함할 수 있다. 상기 기술한 바와 같이, 본 출원의 화학식 1의 화합물을 통해 우수한 경화성, 적절한 가공 온도와 넓은 프로세스 윈도우(process window)의 달성이 가능하며, 이에 따라 다양한 충전제를 포함하는 우수한 물성의 소위 강화 수지 복합체(reinforced polymer composite)를 용이하게 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 복합체는 상기 프탈로니트릴 수지와 충전제를 포함할 수 있고, 예를 들면, 자동차, 비행기 또는 선박 등의 내구재 등을 포함한 다양한 용도에 적용될 수 있다.The present application also relates to composites. The composite may include the phthalonitrile resin and filler described above. As described above, through the compound of Formula 1 of the present application, it is possible to achieve excellent curing properties, proper processing temperature and wide process window, and thus, a so-called reinforced resin composite having excellent physical properties including various fillers ( Reinforced polymer composite can be easily formed. The composite formed as described above may include the phthalonitrile resin and the filler, and may be applied to various applications including, for example, durable materials such as automobiles, airplanes, or ships.
충전제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 목적하는 용도를 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 사용될 수 있는 충전제로는 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 유리 섬유 또는 세라믹 섬유 등과 같은 섬유상 물질, 또는 그 물질에 의해 형성된 직포, 부직포, 끈 또는 줄이나 탄소 나노튜브 또는 그래핀(grapheme)과 같은 탄소 나노 물질 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The type of filler is not particularly limited and may be appropriately selected in consideration of the intended use. Fillers that can be used include fibrous materials such as carbon fibers, aramid fibers, glass fibers or ceramic fibers, or carbon nanomaterials such as woven fabrics, nonwovens, strings or strings or carbon nanotubes or graphemes formed by the materials. Etc. may be exemplified, but is not limited thereto.
충전제의 비율도 특별히 제한되는 것은 아니며, 목적하는 용도에 따라 적정 범위로 설정될 수 있다.The proportion of the filler is also not particularly limited and may be set in an appropriate range depending on the intended use.
본 출원은 또한, 상기 복합체를 제조하기 위한 전구체에 대한 것이고, 상기 전구체는 예를 들면, 상기 기술한 중합성 조성물과 상기 충전제를 포함하거나, 혹은 상기 기술한 프리폴리머와 상기 충전제를 포함할 수 있다. The present application also relates to a precursor for preparing the composite, which precursor may comprise, for example, the polymerizable composition and the filler described above, or may comprise the prepolymer and the filler described above.
복합체는 상기 전구체를 사용한 공지의 방식으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 복합체는 상기 전구체를 경화시켜서 형성할 수 있다. The composite can be prepared in a known manner using the precursor. For example, the composite may be formed by curing the precursor.
하나의 예시에서 상기 전구체는, 상기 화학식 1의 화합물 및 경화제를 포함하는 중합성 조성물이나, 상기 중합성 조성물이 가경화되어 형성되는 상기 프리폴리머를 가열 등에 의해 용융시킨 상태에서, 필요한 경우에 상기 충전제와 배합하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기와 같이 제조된 전구체를 목적하는 형상으로 성형한 후에 경화시켜서 전술한 복합체의 제조가 가능하다. 상기 중합성 조성물 또는 프리폴리머는 적절한 가공 온도와 넓은 프로세스 온도를 가지고, 경화성이 탁월하여 상기 과정에서 성형 및 경화가 효율적으로 수행될 수 있다.In one example, the precursor is a polymerizable composition comprising the compound of Formula 1 and a curing agent, or the filler, if necessary, in a state in which the prepolymer formed by temporarily curing the polymerizable composition is melted by heating or the like. It can mix and manufacture. For example, the precursor prepared as described above may be molded into a desired shape and then cured to prepare the above-described composite. The polymerizable composition or prepolymer has an appropriate processing temperature and a wide process temperature, and excellent curing property, so that molding and curing can be efficiently performed in the process.
상기 과정에서 프리폴리머 등을 형성하는 방법, 그러한 프리폴리머 등과 충전제를 배합하고, 가공 및 경화시켜 복합체를 제조하는 방법 등은 공지된 방식에 따라 진행될 수 있다.In the above process, a method of forming a prepolymer or the like, a method of mixing the prepolymer or the like with filler, processing and curing to prepare a composite, and the like may be performed according to a known method.
본 출원에서는 경화성이 우수하고, 적절한 가공 온도와 넓은 프로세스 윈도우(process window)를 나타내며, 우수한 물성의 복합체를 형성할 수 있는 프탈로니트릴, 그를 사용한 중합성 조성물 및 프리폴리머를 제공할 수 있다. In the present application, it is possible to provide a phthalonitrile, a polymerizable composition using the same, and a prepolymer having excellent curability, exhibiting an appropriate processing temperature and a wide process window, and capable of forming a complex of excellent physical properties.
도 1은 제조예 1에서 제조된 화합물(PN1)에 대한 NMR 분석 결과이다.1 is an NMR analysis result of the compound (PN1) prepared in Preparation Example 1.
도 2는 제조예 2에서 제조된 화합물(PN2)에 대한 NMR 분석 결과이다.2 is an NMR analysis result of the compound (PN2) prepared in Preparation Example 2.
도 3은 제조예 3에서 제조된 화합물(PN3)에 대한 NMR 분석 결과이다.3 is a result of NMR analysis for the compound (PN3) prepared in Preparation Example 3.
도 4는 제조예 3에서 제조된 화합물(PN3)에 대한 NMR 분석 결과이다.4 is a result of NMR analysis for the compound (PN3) prepared in Preparation Example 3.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원의 프탈로니트릴 수지 등을 구체적으로 설명하지만, 상기 수지 등의 범위가 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the phthalonitrile resin and the like of the present application will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the scope of the resin and the like is not limited to the following Examples.
1. NMR(Nuclear magnetic resonance) 분석1. NMR (Nuclear magnetic resonance) analysis
제조예 1 내지 3에서 합성된 화합물에 대한 NMR 분석은 Agilent사의 500 MHz NMR 장비를 사용하여 제조사의 매뉴얼대로 수행하였다. NMR의 측정을 위한 샘플은 화합물을 DMSO(dimethyl sulfoxide)-d6에 용해시켜 제조하였다.NMR analysis of the compounds synthesized in Preparation Examples 1 to 3 was performed according to the manufacturer's manual using Agilent's 500 MHz NMR equipment. Samples for the measurement of NMR were prepared by dissolving the compound in dimethyl sulfoxide (dSO) -d6.
2. DSC(Differential scanning calorimetry) 분석2. Differential scanning calorimetry (DSC) analysis
DSC 분석은, TA instrument사의 Q20 시스템을 사용하여 35°C에서 450°C까지 10°C/분의 승온 속도로 승온하면서 N2 flow 분위기에서 수행하였다.DSC analysis was performed in a N2 flow atmosphere using a TA instrument Q20 system at a rate of temperature rise of 10 ° C / min from 35 ° C to 450 ° C.
3. TGA(Thermogravimetric Analysis) 분석3. Thermogravimetric Analysis (TGA) analysis
TGA 분석은 Mettler-Toledo사의 TGA e850 장비를 사용하여 수행하였다. 제조예에서 제조된 화합물의 경우 25°C에서 800°C까지 10°C/분의 승온 속도로 승온하면서 N2 flow 분위기에서 분석하였고, 실시예 또는 비교예에서 제조된 조성물의 경우는 375°C의 온도에서 후경화시킨 후에 25°C에서 900°C까지 10°C/분의 승온 속도로 승온하면서 N2 flow 분위기에서 분석하였다.TGA analysis was performed using a TGA e850 instrument from Mettler-Toledo. In the case of the compound prepared in Preparation Example was analyzed in an N2 flow atmosphere while raising the temperature at a temperature increase rate of 10 ° C / min from 25 ° C to 800 ° C, in the case of the composition prepared in Examples or Comparative Examples of 375 ° C After post-curing at the temperature was analyzed in the N2 flow atmosphere while raising the temperature at a temperature rising rate of 10 ° C / min from 25 ° C to 900 ° C.
제조예 1. 화합물(PN1)의 합성Preparation Example 1 Synthesis of Compound (PN1)
하기 화학식 A의 화합물(CAS No. 110726-28-8) 38.2 g 및 100 mL의 DMF(dimethyl formamide)를 3넥 RBF(3 neck round-bottom flast)에 투입하고, 상온에서 교반하여 용해시켰다. 상기에 하기 화학식 B의 4-니트로 프탈로니트릴 46.7 g을 추가하고, DMF 50 g을 추가한 후 교반하여 용해시켰다. 이어서 탄산칼륨 56.0 g 및 DMF 50 g을 함께 투입한 후에 교반하면서 온도를 85°C까지 승온하였다. 5 시간 정도 반응시킨 후에 상온까지 냉각시킨다. 냉각된 반응 용액을 0.2N 염산 수용액에 부어 중화 침전하였다. 필터링 후에 물로 세척하였다. 그 후, 필터링된 반응물을 100°C의 진공 오븐에서 하루 동안 건조시켰다. 물과 잔류 용매를 제거한 후에 하기 화학식 C의 화합물(PN1)을 85중량%의 수율로 수득하였다.38.2 g of a compound of Formula A (CAS No. 110726-28-8) and 100 mL of DMF (dimethyl formamide) were added to a three neck round-bottom flast (RBF), followed by stirring at room temperature to dissolve. To this was added 46.7 g of 4-nitrophthalonitrile of formula B, 50 g of DMF was added, followed by stirring to dissolve. Then 56.0 g of potassium carbonate and 50 g of DMF were added together, and then the temperature was raised to 85 ° C. while stirring. After reacting for about 5 hours, the mixture is cooled to room temperature. The cooled reaction solution was poured into 0.2N aqueous hydrochloric acid to neutralize precipitate. After filtering it was washed with water. The filtered reaction was then dried in a vacuum oven at 100 ° C. for one day. After removing the water and the residual solvent, the compound of formula C (PN1) was obtained in a yield of 85% by weight.
[화학식 A][Formula A]
[화학식 B][Formula B]
[화학식 C][Formula C]
화학식 C의 화합물에 대한 NMR 분석 결과는 도 1에 나타나 있다. 화학식 C의 화합물에 대하여 DSC 분석 결과 그 가공 온도(연화점)는 약 104°C 정도였다. TGA 분석 시에는 800°C에서의 잔여물(residue)이 42 중량% 정도로 높게 나타나서, 우수한 열안정성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.Results of NMR analysis for the compound of formula C are shown in FIG. 1. DSC analysis of the compound of Formula C showed that the processing temperature (softening point) was about 104 ° C. In the TGA analysis, the residue at 800 ° C. was found to be as high as 42% by weight, indicating that it had excellent thermal stability.
제조예 2. 화합물(PN2)의 합성Preparation Example 2 Synthesis of Compound (PN2)
하기 화학식 D의 화합물 27.9 g 및 100 mL의 DMF(dimethyl formamide)를 3넥 RBF(3 neck round-bottom flast)에 투입하고, 상온에서 교반하여 용해시켰다. 상기에 제조예 1에서 사용한 화학식 B의 4 니트로 프탈로니트릴 51.9 g을 추가하고, DMF 50 g을 추가한 후 교반하여 용해시켰다. 이어서 탄산칼륨 62.2 g 및 DMF 50 g을 함께 투입한 후에 교반하면서 온도를 85°C까지 승온하였다. 5 시간 정도 반응시킨 후에 상온까지 냉각시킨다. 냉각된 반응 용액을 0.2N 염산 수용액에 부어 중화 침전하였다. 필터링 후에 물로 세척하였다. 그 후, 필터링된 반응물을 100°C의 진공 오븐에서 하루 동안 건조시켰다. 물과 잔류 용매를 제거한 후에 하기 화학식 E의 화합물(PN2)을 83중량%의 수율로 수득하였다.27.9 g of Compound D and 100 mL of DMF (dimethyl formamide) were added to a three neck round-bottom flast (RBF), and the mixture was stirred at room temperature to dissolve. 51.9 g of 4 nitro phthalonitrile of the formula (B) used in Preparation Example 1 was added, and 50 g of DMF was added, followed by stirring to dissolve. Then 62.2 g of potassium carbonate and 50 g of DMF were added together, and then the temperature was raised to 85 ° C. while stirring. After reacting for about 5 hours, it is cooled to room temperature. The cooled reaction solution was poured into 0.2N aqueous hydrochloric acid to neutralize precipitate. After filtering it was washed with water. The filtered reaction was then dried in a vacuum oven at 100 ° C. for one day. After removing water and residual solvent, compound (PN2) of the formula (E) was obtained in a yield of 83% by weight.
[화학식 D][Formula D]
[화학식 E][Formula E]
상기 화학식 E의 화합물에 대한 NMR 분석 결과는 도 2에 나타나 있다. 상기 화합물에 대한 분석 결과는 표 1에 정리되어 있다.The NMR analysis of the compound of Formula E is shown in FIG. 2. The analytical results for the compound are summarized in Table 1.
제조예 3. 화합물(PN3)의 합성Preparation Example 3 Synthesis of Compound (PN3)
하기 화학식 F의 화합물 50.4 g 및 150 mL의 DMF(dimethyl formamide)를 3넥 RBF(3 neck round-bottom flast)에 투입하고, 상온에서 교반하여 용해시켰다. 상기에 제조예 1에서 사용한 화학식 B의 4-니트로 프탈로니트릴 51.9 g을 추가하고, DMF 50 g을 추가한 후 교반하여 용해시켰다. 이어서 탄산칼륨 62.2 g 및 DMF 50 g을 함께 투입한 후에 교반하면서 온도를 85°C까지 승온하였다. 5 시간 정도 반응시킨 후에 상온까지 냉각시킨다. 냉각된 반응 용액을 0.2N 염산 수용액에 부어 중화 침전하였다. 필터링 후에 물로 세척하였다. 그 후, 필터링된 반응물을 100°C의 진공 오븐에서 하루 동안 건조시켰다. 물과 잔류 용매를 제거한 후에 하기 화학식 G의 화합물(PN3)을 87중량%의 수율로 수득하였다. 50.4 g of the compound of Formula F and 150 mL of DMF (dimethyl formamide) were added to a three neck round-bottom flast (RBF), followed by stirring at room temperature to dissolve. 51.9 g of 4-nitrophthalonitrile of the formula (B) used in Preparation Example 1 was added thereto, and 50 g of DMF was added thereto, followed by stirring to dissolve it. Then 62.2 g of potassium carbonate and 50 g of DMF were added together, and then the temperature was raised to 85 ° C. while stirring. After reacting for about 5 hours, the mixture is cooled to room temperature. The cooled reaction solution was poured into 0.2N aqueous hydrochloric acid to neutralize precipitate. After filtering it was washed with water. The filtered reaction was then dried in a vacuum oven at 100 ° C. for one day. After removing water and residual solvent, compound (PN3) of formula G was obtained in a yield of 87% by weight.
[화학식 F]Formula F]
[화학식 G][Formula G]
상기 화학식 G의 화합물에 대한 NMR 분석 결과는 도 3에 나타나 있다. 상기 화합물에 대한 분석 결과는 표 1에 정리되어 있다.The NMR analysis of the compound of Formula G is shown in FIG. 3. The analytical results for the compound are summarized in Table 1.
제조예 4. 화합물(PN4)의 합성Preparation Example 4 Synthesis of Compound (PN4)
하기 화학식 H의 화합물 27.6 g 및 100 mL의 DMF(dimethyl formamide)를 3넥 RBF(3 neck round bottom flask)에 투입하고, 상온에서 교반하여 용해시켰다. 상기에 제조예 1의 화학식 B의 화합물 46.7 g을 추가로 투입하고, DMF 50 g을 추가한 후에 교반하여 용해시켰다. 이어서, 탄산칼륨 56.0 g 및 DMF 50 g을 함께 투입하고, 교반하면서 온도를 85°C까지 승온하였다. 5 시간 정도 반응시킨 후에 상온까지 냉각시켰다. 냉각된 반응 용액을 0.2 N 염산 수용액으로 중화 침전시키고, 필터링 후에 물로 세척하였다. 그 후, 필터링된 반응물을 100°C의 진공 오븐에서 하루 동안 건조시키고, 물과 잔류 용매를 제거하여 하기 화학식 I의 화합물(PN4)을 약 87중량%의 수율로 수득하였다. 27.6 g of Compound (H) and 100 mL of DMF (dimethyl formamide) were added to a three neck round bottom flask (RBF), and the mixture was stirred at room temperature to dissolve. 46.7 g of the compound of Chemical Formula B of Preparation Example 1 was further added thereto, and 50 g of DMF was added thereto, followed by stirring to dissolve it. Subsequently, 56.0 g of potassium carbonate and 50 g of DMF were added together, and the temperature was raised to 85 ° C. while stirring. After reacting for about 5 hours, the mixture was cooled to room temperature. The cooled reaction solution was neutralized precipitated with 0.2 N aqueous hydrochloric acid solution and washed with water after filtration. Thereafter, the filtered reaction was dried in a vacuum oven at 100 ° C. for one day, and water and residual solvent were removed to obtain a compound of formula (I) (PN4) in a yield of about 87% by weight.
[화학식 H][Formula H]
[화학식 I][Formula I]
상기 화학식 I의 화합물에 대한 NMR 분석 결과는 도 4에 나타나 있다. 상기 화합물에 대한 분석 결과는 표 1에 정리되어 있다.The NMR analysis of the compound of Formula I is shown in FIG. 4. The analytical results for the compound are summarized in Table 1.
제조예 5. 화합물(CA1)의 합성Preparation Example 5 Synthesis of Compound (CA1)
하기 화학식 J의 화합물(CA1)은 TCI(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)사의 시판 제품을 입수하여, 추가 정제 없이 사용하였다.The compound of formula J (CA1) was obtained from TCI (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and used without further purification.
[화학식 J][Formula J]
제조예 1 내지 4의 화합물(PN1, PN2, PN3, PN4)에 대한 DSC 및 TGA 분석 결과는 하기 표 1에 정리되어 있다.DSC and TGA analysis results for the compounds of Preparation Examples 1 to 4 (PN1, PN2, PN3, PN4) are summarized in Table 1 below.
[표 1]TABLE 1
실시예 1.Example 1.
제조예 1의 화학식 C의 화합물(PN1)에 상기 화학식 C의 화합물의 사용량 대비 6 몰%의 제조예 5의 화합물(CA1)을 첨가하고, 잘 혼합하여 중합성 조성물을 제조하였다. 상기 조성물에 대하여 DSC와 TGA 분석을 수행한 결과는 하기 표 2에 기재되어 있다. 상기 중합성 조성물을 150°C에서 용융하여 5분간 교반하여 프리폴리머를 제조할 수 있다.6 mole% of the compound of Preparation Example 5 (CA1) was added to the compound (PN1) of Formula C in Preparation Example 1, and mixed well to prepare a polymerizable composition. The results of performing DSC and TGA analysis on the composition are listed in Table 2 below. The polymerizable composition may be melted at 150 ° C. and stirred for 5 minutes to prepare a prepolymer.
비교예 1.Comparative Example 1.
제조예 2의 화학식 E의 화합물(PN2)에 상기 화학식 E의 화합물의 사용량 대비 6 몰%의 제조예 5의 화합물(CA1)을 첨가하고, 잘 혼합하여 중합성 조성물을 제조하였다. 상기 조성물에 대하여 DSC와 TGA 분석을 수행한 결과는 하기 표 2에 기재되어 있다. 상기 중합성 조성물을 240°C 에서 용융하여 5분간 교반하여 프리폴리머를 제조할 수 있다.6 mole% of the compound of Preparation Example 5 (CA1) was added to the compound (PN2) of Formula E in Preparation Example 2, and mixed well to prepare a polymerizable composition. The results of performing DSC and TGA analysis on the composition are listed in Table 2 below. The polymerizable composition may be melted at 240 ° C. and stirred for 5 minutes to prepare a prepolymer.
비교예 2.Comparative Example 2.
제조예 3의 화학식 G의 화합물(PN3)에 상기 화학식 G의 화합물의 사용량 대비 6 몰%의 제조예 5의 화합물(CA1)을 첨가하고, 잘 혼합하여 중합성 조성물을 제조하였다. 상기 조성물에 대하여 DSC와 TGA 분석을 수행한 결과는 하기 표 2에 기재되어 있다. 상기 중합성 조성물을 240°C 에서 용융하여 5분간 교반하여 프리폴리머를 제조할 수 있다.6 mole% of the compound of Preparation Example 5 (CA1) was added to the compound of Formula G (PN3) in Preparation Example 3, and mixed well to prepare a polymerizable composition. The results of performing DSC and TGA analysis on the composition are listed in Table 2 below. The polymerizable composition may be melted at 240 ° C. and stirred for 5 minutes to prepare a prepolymer.
비교예 3.Comparative Example 3.
제조예 4의 화학식 I의 화합물(PN4)에 상기 화학식 I의 화합물의 사용량 대비 6 몰%의 제조예 5의 화합물(CA1)을 첨가하고, 잘 혼합하여 중합성 조성물을 제조하였다. 상기 조성물에 대하여 DSC와 TGA 분석을 수행한 결과는 하기 표 2에 기재되어 있다. 상기 중합성 조성물을 240°C 에서 용융하여 5분간 교반하여 프리폴리머를 제조할 수 있다.To the compound of formula (I) of Preparation Example 4 (PN4) 6 mol% of compound of Preparation Example 5 (CA1) was added to the amount of the compound of formula (I) and mixed well to prepare a polymerizable composition. The results of performing DSC and TGA analysis on the composition are listed in Table 2 below. The polymerizable composition may be melted at 240 ° C. and stirred for 5 minutes to prepare a prepolymer.
실시예 및 비교예의 조성물에 대하여 DSC와 TGA 분석을 수행한 결과는 하기 표 2에 기재되어 있다.The results of performing DSC and TGA analysis on the compositions of Examples and Comparative Examples are shown in Table 2 below.
[표 2]TABLE 2
표 2의 결과로부터 본 출원의 화학식 1의 화합물을 사용한 경우에 비교예 대비 낮은 가공 온도를 보이면서, 현격히 넓은 프로세스 윈도우를 나타내는 것을 확인할 수 있다.From the results of Table 2, when using the compound of Formula 1 of the present application, it can be seen that showing a significantly wider process window, while showing a lower processing temperature than the comparative example.
즉, 3개의 프탈로니트릴기를 가지면서, 화학식 1에서 m과 n이 1인 구조의 화합물을 사용한 실시예 1의 경우, 2개의 프탈로니트릴기를 가지는 비교예 1 및 2의 경우에 비하여 훨씬 낮은 가공 온도를 가져서 저온에서 프리폴리머의 제조가 가능하고, 100°C 이상의 넓은 프로세스 윈도우가 확보되며, 우수한 내열 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다.That is, in the case of Example 1 using a compound having a structure of m and n in the formula (1) while having three phthalonitrile groups, much lower processing compared to the case of Comparative Examples 1 and 2 having two phthalonitrile groups It can be seen that it is possible to prepare the prepolymer at a low temperature with a temperature, to secure a wide process window of 100 ° C. or more, and to exhibit excellent heat resistance.
또한, 비교예 3의 경우, 실시예 1의 경우와 같이 3개의 프탈로니트릴기를 가지나, 코어부 구조의 대칭성으로 인하여, 결정성이 높아지고, 그에 따라 가공 온도가 크게 증가하였으며, 그 결과 프로세스 윈도우도 매우 좁게 확인되었다.In addition, in the case of Comparative Example 3, it has three phthalonitrile groups as in the case of Example 1, but due to the symmetry of the core structure, the crystallinity is increased, thereby increasing the processing temperature, as a result the process window It was confirmed very narrowly.
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