KR100234519B1 - 투명성이 우수한 공중합 폴리에스터 수지의 제조방법 및 그 성형물 - Google Patents

투명성이 우수한 공중합 폴리에스터 수지의 제조방법 및 그 성형물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 테레프탈산에 대하여 비선형 공중합 모노머 10 내지 70 중량부, 전체 디에시드에 대하여 에틸렌글리콜 100 내지 140 중량부를 사용하여 얻어지는 공중합 폴리에스터 수지에 대하여 촉매 100 내지 140ppm, 안정제 10내지 200ppm 및 자외선안정제 100 내지 400ppm을 반응기에 투입하여 에스테르화 반응시켜 얻어지는 공중합 폴리에스터 수지의 제조방법 및 이 수지로부터 제조되는 투명성이 우수한 두께 2 내지 10㎜의 후판 쉬트를 제공하는 것으로 투명성 및 광택이 우수하여 각종 식품, 공업제품, 잡화, 의료용기 등의 포장재, 파일홀더 등의 문방구로 이용할 수 있다.

Description

투명성이 우수한 공중합 폴리에스터 수지의 제조방법 및 그 성형물
본 발명은 투명성이 우수한 폴리에스터 수지의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 높은 결정성을 낮추고 투명성을 향상시키기 위하여 비선형의 공중합 모노머를 공중합함으로써 성형후 냉각시 결정화가 거의 일어나지 않아 냉풍에 의한 급냉등의 후처리를 거치지 않고도 높은 투명성을 갖는 공중합 폴리에스터 수지의 제조방법 및 이 수지조성물로부터 제조되는 투명성이 우수한 성형물에 관한 것이다.
폴리에틸렌테레프탈레이트로 대표되는 폴리에스터 수지는 우수한 물리적, 화학적 특성을 지니고 있어 섬유, 필름, 쉬트, 병, 용기 등의 성형품에 널리 사용되고 있는데, 특히 필름이나 쉬트는 전기적 특성, 기계적특성 및 열적 특성이 우수하고 가공특성이 양호하여 각종 식품, 공업제품, 잡화, 의료기기, 포장재 등의 기재로서 널리 사용되고 있다. 따라서 그 사용범위에서도 알 수 있듯이 투명성이 요구된다.
일반적으로 폴리에스터 수지의 투명성은 수지내에 존재하는 결정에 의해 좌우되는데 필름이나 쉬트 성형시 제품내에 결정화가 진행하면 투명성은 떨어지게 된다.
이와 같은 결정화로 인한 투명성 저하를 방지하기 위하여 쉬트 제조시 급냉을 시키거나 새로운 공중합 모노머를 첨가하여 결정화를 억제시키는 방법이 제안되어 있다. 일본 특개평7-156349호에는 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합시 소량의 시클로헥산디메탄올 또는 이소프탈산을 사용하여 다층 콘테이너를 제조하는 방법을 제안하고 있으며, 일본 특개평8-104743호에는 산 성분으로 나프탈렌 디카르복실산을, 디올 성분으로 시클로헥산디메탄올을 공중합 모노머롤 사용하여 쉬트와 필름을 제조하였다. 또한, 일본 특개평5-59163호에는 파라자일렌글리콜을 공중합하여 제조하는 방법을 제안하고 있는데 이와 같은 방법들은 결정화를 억제하여 투명성을 얻을 수는 있으나 성형에 있어서 투명한 박판 쉬트의 성형은 가능하지만 후판 쉬트의 성형이 어려운 문제점이 있고, 공중합 모노머의 가격고가로 인한 공업적인 생산이 어렵고, 성형 수축율이 커서 성형성이 불량한 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 보완하기 위한 것으로, 폴리에스터 공중합시 비선형 공중합 모노머를 사용함으로써 투명성 및 성형성이 우수한 공중합 폴리에스터 수지의 제조방법 및 이 조성물로부터 제조되는 투명성이 우수한 쉬트를 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 테레프탈산에 대하여 비선형 공중합 모노머 10 내지 70 중량부, 전체 디에시드에 대하여 에틸렌글리콜 100 내지 140 중량부를 사용하여 얻어지는 공중합 폴리에스터 수지에 대하여 촉매 100 내지 400ppm, 산화방지제 10 내지 200ppm 및 자외선안정제 100 내지 400ppm을 반응기에 투입하여 에스테르화 반응시키는 공중합 폴리에스터 수지의 제조방법 및 이 수지로부터 제조되는 투명성이 우수한 두께 2 내지 10㎜의 후판 쉬트를 제공하는 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 폴리에스터 수지의 투명성 향상을 위해 비선형 공중합 모노머를 테레프탈산에 대하여 10 내지 70 중량부를 투입하였는데, 더욱 바람직하기로는 15 내지 50중량부이다. 투입량이 10중량부 미만이면 수지의 결정화도가 커져 후판 쉬트의 성형시 불투명하게 되며, 70중량부를 초과하면 기계적 물성이 저하된다.
본 발명에 사용되는 비선형 공중합 모노머로는 이소프탈산, 프탈산, 나프탈렌디카르복실산, 비페닐디카르복실산, 페닐렌디옥시아세트산 등과 이들의 알킬에스터 유도체 등이 사용될 수 있다.
디에시드로는 이소프탈산 이외에도 1, 4-시클로헥산, 프탈산, 2, 5-, 2, 6-, 또는 2, 7-나프탈렌 디카르복실산, 쑥신산, 세바크산, 아젤라산, 수베르산, 피멜산 글루타르산이나 이들의 디알킬 에스터화물을 사용하거나 혼합하여 사용할 수 있으며 디올성분으로는 디에틸렌 글리콜, 1, 2-, 1, 3-프로판디올, 1, 4-부탄디올, 네오펜틸글리콜, 1, 6-헥산디올, 1, 4-시클로헥산디올, 1, 4-시클로헥산 디메탄올, 비스페놀 A, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라 메틸렌 에테르 글리콜 등을 단독으로 사용하거나 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 중합시 사용하는 촉매에 있어서, 디에시드와 디올의 직접 에스테르 반응시 물이 유출되므로 반응촉매로는 물에 의해 가수분해 되지 않아야 하며, 또한 공중합 폴리에스터에 불용일 경우에 촉매 자신이 결정핵의 역할을 할 수 있으므로 공중합 폴리에스터에 가용인 촉매를 사용하여야 한다. 따라서 본 발명에서는 하기식(Ⅰ) 또는 (Ⅱ)로 나타낼 수 있는 주석계화합물을 촉매로 사용하였다.
Figure kpo00001
여기서, R1, R2, R3, R4는 C4내지 C9의 알킬화합물, Cl 혹은 F이다.
좀더 상세하게는 모노 부틸 틴 옥사이드(Mono-n-butyltin oxide), 디부틸 틴옥사이드(Di-n-butyltin oxide), 디부틸 틴 디클로라이드(Di-n-butyltin dichloride), 모노옥틸틴 옥사이드(Mono-n-octyltin oxide), 디옥틸 틴 옥사이드(Di-n-octyltin oxide), 디옥틸 틴 디클로라이드(Di-n-octylitn dichloride) 및 트리 부틸 틴 플로라이드(Tri-n-butyltin fluoride) 등을 사용할 수 있다.
이와 같은 주석계화합물의 함량은 공중합 폴리에스터 수지에 대하여 100 내지 400ppm을 사용하는데, 바람직하게는 150 내지 200ppm이다. 주석계화합물의 함량이 100ppm 미만이면 촉매의 효과가 없어 반응시간이 지연되고 이로 인하여 황변 현상이 생기며, 400ppm 초과하여 사용하면 이들간의 응집이 생겨 결정화제의 역할을 하게 되므로 원하는 물성을 얻을 수 없게 된다.
산화방지제로는 인계 화합물 및 페놀계 안정제를 사용할 수 있다. 인계 화합물로서는 트리메틸 포스페이트, 트리페닐 포스페이트, 시바가이기사의 이가포스 168(Tris(2, 4-di-tert butylphenyl)phosphite) 및 이가포스 P-EPQ(Tetrakis-(2, 4-di-butylphenyl)-4, 4'-byphenylene diphosphohite) 등을 사용할 수 있고, 페놀계 안정제로는 시바가이기사의 이가녹스245(Triethyleneglycol-bis-3-(3-tert.butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl)propionate), 이가녹스259(1, 6-Hexane-diol-3(3, 5-di-tert.butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 이가녹스565(2, 4-Bis-(n-otylthio)-6-(4'-hydroxy-3', 5'-di-tert.butyl-anilino-1, 3, 5-triazine), 이가녹스1010(Pentaerithrityl-tetrakis[3-(3, 5-di-tert.butyl-4-hydroxyphenyl)propionate]), 이가녹스1035(2, 2'Thiodiethyl-bis[3, 5-di-tert.butyl-4-hydroxyphenyl)propionate]), 이가녹스1076(Octadecyl-3-(3, 5-di-tert.butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 이가녹스1098(N, N'-hexamethylene-bis-3-(3, 5-di-tert.butyl-4-hydroxyphenyl)propioamide), 이가녹스1222(3, 5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzyl phosphonic acid, diethyl ester), 이가녹스1330(1, 3, 5-Trimethyl-2, 4, 6-tris(3, 5-di-tert.butyl-4-hydroxybenzyl)benzene) 등을 사용할 수 있다. 또한, 자외선안정제(Hindered Amine Light Stabillizer)로는 시바가이기사의 티누빈234(2-(2'-hydroxy-3, 5'-di(1, 1-dimethylbenzyl-phenyl)-benzotriazole), 티누빈P(2-(2'-hydroxy-3', 5'-di-tert.butylphenyl)benzotriazole), 티누빈326(2-(2'-hydroxy-3'-terbutyl-5'-methylphenyl)-5-chloro-benzotriazole)등의 벤조트리아졸계 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
이렇게 제조한 극한점도 0.5 내지 1.4dl/g인 공중합 폴리에스터 수지를 통상의 칩상태로 만든 후 투명성이 우수한 두께 2 내지 10㎜인 쉬트를 얻을 수 있다.
본 발명에서의 쉬트제조는 일반적인 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리염화 비닐쉬트 성형법에 의하여 수득할 수 있는데, 본 발명에 따른 수지 조성물을 사용함으로써 성형 후 급냉 등의 과정이 필요하지 않는 이점이 있다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
[실시예 1]
테레프탈산 930.66g, 이소프탈산 930.66g, 에틸렌글리콜 744.84g 및 모노부틸틴옥사이드 0.72g, 티누빈 234 1.12g을 투입하여 1시간 교반하여 균일하게 분산된 슬러리를 제조하였다. 이를 200∼270℃로 가열하여 약2시간 동안 교반 하였다. 이를 230∼300℃로 승온하여 테트라부틸타이탄에이트 0.6g, 트리메틸 포스페이트 0.15g을 에티렌글리콜에 녹여 넣은 후 감압하여 고진공하에서 2시간동안 중축합하였다. 중축합 후 질소를 이용하여 진공을 푼 후 생성된 폴리머를 일반적인 방법에 의해 칩으로 만들었다. 이렇게 제조된 칩을 250℃에서 압출성형하여 두께가 2㎜∼10㎜인 쉬트를 제조한 후 물성을 평가하여 표1에 나타내었다.
[실시예 2]
테레프탈산 1107.53g, 이소프탈산 553.77g으로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 쉬트를 제조한 후 물성을 평가하여 표1에 나타내었다.
[실시예 3]
테레프탈산 1245.98g, 이소프탈산 415.33g으로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 쉬트를 제조한 후 물성을 평가하여 표1에 나타내었다.
[실시예 4]
테레프탈산 1392.04g, 이소프탈산 332.26g으로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 쉬트를 제조한 후 물성을 평가하여 표1에 나타내었다.
[비교예 1]
테레프탈산 1348.42g, 이소프탈산 276.88g으로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 쉬트를 제조한 후 물성을 평가하여 표1에 나타내었다.
이소프탈산의 함량이 실시예 1과 비교하여 적은량으로 비결정성이 아닌 결정성 폴리머가 되어 불투명이 됨을 알 수 있다.
Figure kpo00002
*1 : DSC 상에 나타나지 않음을 나타낸다.
[물성평가방법]
극한점도 : 제조한 공중합폴리에스터 수지를 페놀과 1, 1, 2, 2-테트라클로로에탄(60/40중량부)용액에 녹여 25℃에서 우벨로데점도계로 측정하였다.
투명도 : 제조한 공중합폴리에스터 수지를 압출하여 두께 2∼10㎜의 쉬트를 만들어 UN/VIS분광 광도계로 측정하였다.
용융온도 : 제조한 공중합폴리에스터 수지 5∼10㎎을 PERKINELMER DSC7으로 20℃/분으로 측정하였다.
본 발명에 의하여 제조되는 공중합 폴리에스터 수지조성물은 투명성이 우수하고 압출, 사출성형등으로 제조되는 성형물도 투명성 및 광택이 우수하여 각종 식품, 공업제품, 잡화, 의료용기 등의 포장재, 파일홀더 등과 같은 문방구로 이용될 수 있다.

Claims (3)

  1. 테레프탈산과 에틸렌글리콜의 직접 에스터화 반응에 의한 폴리에스터 수지의 제조에 있어서, 테레프탈산 100중량부에 대하여 이소프탈산, 프탈산, 나프탈렌디카르복실산, 비페닐디카르복실산, 페닐렌디옥시아세트산 및 이들의 알킬에스터 유도체로 구성되는 군으로부터 1종 이상 선택된 비선형 모노머 10 내지 70중량부; 와 상기 테레프탈산과 비선형 모노머로 이루어진 전체 디에시드 100중량부에 대하여 에틸렌글리콜 100 내지 140 중량부; 를 혼합하고, 식(Ⅰ) 또는 (Ⅱ)로 표시되는 주석계 화합물을 촉매로 첨가하여 직접 에스테르화 반응시킨 후 축합중합하는 것을 특징으로 하는 투명성이 우수한 공중합 폴리에스터 수지의 제조방법.
    Figure kpo00003
    여기서, R1, R2, R3, R4는 C4내지 C9의 알킬화합물, Cl 혹은 F이다.
  2. 제1항에 있어서, 주석계화합물 촉매는 모노 부틸 틴 옥사이드(Mono-n-butyltin oxide), 디부틸 틴 옥사이드(Di-n-butyltin oxide), 디부틸 틴 디클로라이드(Di-n-butyltin dichloride); 모노옥틸틴 옥사이드(Mono-n-octyltin oxide), 디옥틸 틴 옥사이드(Di-n-octyltin oxide), 디옥틸 틴 디클로라이드(Di-n-octyltin dichloride) 및 트리 부틸 틴 플로라이드(Tri-n-butyltin fluoride)로 부터 선택되는 것을 특징으로 하는 투명성이 우수한 공중합 폴리에스터 수지의 제조방법.
  3. 제1항의 폴리에스터 수지 조성물로 성형된 두께 2 내지 10㎜의 투명 쉬트 성형물.
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