KR100409115B1 - 개선된색상의폴리에스테르수지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디올과 방향족 디카르복실산의 중축합반응에 의해 얻어진 수지의 제조시, 9,10-안트라퀴논-2-히드록시-4-p-톨루이딘으로 이루어지거나 안트라퀴논 화합물의 흡수 스펙트럼에 상당하는 흡수 스펙트럼을 갖는 보라색 토너를 수지중에 혼입시킴으로써 얻어지는 개선된 색상을 갖는 방향족 폴리에스테르 수지에 관한 것이다.

Description

개선된 색상의 폴리에스테르 수지
본 발명은 개선된 색 특성을 갖는 폴리에스테르 수지에 관한 것이다.
공지된 바와 같이, 폴리에스테르 수지의 제조 방법, 특히 섬유, 필름 및 식품용기용 중공체를 제조하는데 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 이것의 공중합체의 제조방법은 사용된 출발 물질이 테레프탈산인지 또는 대표적인 디메틸에스테르인지에 따라 좌우되는 에스테르화반응 또는 트랜스 에스테르화반응을 통해 일어나고, 후속하여 최종 응용에 적절한 중합도를 달성시키기 위한 용융상태 중축합반응을 따른다.
앞서 언급한 중축합반응은 연속법 또는 배치법(batch)으로 수행될 수 있다. 일반적으로 이것은 반응 혼합물을 760 내지 0.5mmHg의 감압하에서 250 내지 300℃의 온도로 60 내지 200분의 잔류 시간 동안 가열함으로써 수행된다.
이러한 방법 조건하에서, 평균 분자량을 증가시키고 고온에서의 잔류시간의 반응 매스의 점도를 증가시킴으로써, 이미 형성된 에스테르 결합의 분자간 결합 파괴 및 사슬 말단의 히드록실기를 분자내 파괴시키는 열적 분해 현상이 현저하게 높이 발생되어 비닐 에스테르기가 형성되고 카르복실말단기가 증가된다.
비닐에스테르 말단기의 형성결과로서, 중합체는 발생하는 분해현상의 조건에 따라 연노랑색 또는 진노랑색을 나타낸다.
최적의 중합조건에도 불구하고, 색조절을 하기 위해 열적 안정제(인산, 아인산 및 이것의 유도체)의 첨가, 중합 촉매(들)의 유형 및 양의 선택, 중합에 의해 나타나는 노란색 흡수띠를 더 낮은 진동수쪽으로 이동시킬 수 있는 청색의 2가 코발트염(Co(CH3COO)2· 2H2O, COCl2, 헵탄산코발트 등)의 첨가는 필수적이었다.
색 조절제로서 코발트염의 사용 방법은 문헌중에 폭넓게 기재되어 있다. 변환시 중합체를 기술적으로 여과시키지 않아도 되는 80종류의 응용, 즉 식품용기에 있어서 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 고도 개발은, 주로 테레프탈산코발트의 불용성 잔기의 형성으로 인한 청색 토너로서 코발트염의 사용 및 이러한 화합물의 비용 상승의 문제점을 부각시켰다. 언급된 문제점을 극복하기 위해, 코발트염과 동일한 기능을 가지며, 중합체에서 나타나는 노란색의 흡수띠를 더 낮은 진동수쪽으로 이동시키는 기능을 갖는 청색토너와 적색토너의 혼합물로 이루어진 중합체중에 용해가능한 염료의 사용방법이 개시되었다.
미국 특허 제 5 235 027호에는 2가지 토너(각각 ESTOFIL BLUE S-RBL 및 ESTOFIL RED-S-GFP)의 동시적 사용방법이 기재되어 있다. 실제로, 중합체 색(Col L, Col b, Col a)을 조절하기 위해 Col b(청색-황색 규모)에만 영향을 미치는 청색토너 한가지만을 사용하는 것은 불충분하며, Col a를 조절하기 위한 적색토너의 첨가가 요구된다.
만약 이러한 토너의 사용이 중합체 색 조절의 문제를 충분히 해결한다면(특히 적색 토너의 첨가는 Col a를 향상시킨다), 배치법 및 더욱 현저하게는 연속중합법 처리 동안 중합체 색상의 수준에 대한 안정성 문제가 발생하지 않는다.
이러한 불안정성은 주로 당해 토너가 일반적으로 에틸렌 글리콜로 되어있지만 통상의 공급 반응 매체중에 용해되지 않고 현탁액을 형성한다는 사실로부터 기인한다.
특히, 에스토필 레드 S-GFP의 현탁액은 경화시간이 매우 느리기때문에, 산업적 처리의 통상의 조작 조건하에서, 중합체 품질을 올바르게 유지시키기 위해 청색/적색 비를 사전결정된 수치로 유지시키기가 상당히 어렵다.
보라색 토너는 중합체에서 이미 형성된 색상을 보정하는데 사용된다. 보라색 토너는 압출시 중합체에 첨가된다. 용융된 중합체중의 토너의 평균잔류시간은 용융 중축합동안에 중합체의 잔류시간보다 훨씬 짧다. 중축합동안의 온도 조건은 압출시 이용된 온도보다 훨씬 높다.
또한, 대부분의 응용을 위한 중합체는 고체상태로 중축합처리되므로 고유점도가 증가된다. 처리 온도는 일반적으로 180 내지 23O℃의 범위내에 있고, 잔류 시간은 길다(수 시간).
앞서 제시한 열적 조건에 의해, 수지제조시 미리 첨가된 토너는 구조적으로 변형되어 흡수능력을 스펙트럼의 바람직한 영역으로 변화시킨다.
수지제조시 미리 첨가된 보라색 토너의 사용은 청색 및 적색 토너의 사용으로 얻을 수 있는 가요성을 허용하지 않는다.
용융 상태의 에스테르화반응 또는 트랜스에스테르화반응 또는 중축합혼합물에 9, 10-안트라퀴논-2-히드록시-4-p-톨루이딘 구조를 갖는 안트라퀴논 염료중에서 선택된 보라색 토너를 첨가함으로써 용융상태 중축합반응 과정에 폴리에스테르 수지의 분해반응에 의해 야기되는 바람직하지 못한 색상을 조절할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
중축합반응 과정시 토너를 존재시킴으로써 색상 a에 대한 -2.5 내지 0.0 및 색상 b에 대한 -6 내지 0.5 범위의 헌터 색(Hunter color)을 얻을 수 있다.
특히 적당한 보라색 토너는 산도즈사(Sandoz)에서 시판되는, 9, 10-안트라퀴논-2-히드록시-4-p-톨루이딘 구조를 갖는 보라색의 산도플라스트(Sandoplast) RBS-FP이다. 사용할 수 있는 보락색 토너는 산도플라스트 RBS-FP 보라색의 흡수 스펙트럼에 상당하는 흡수 스펙트럼을 갖는 것 외에도, 1시간 이상의 잔류 시간 동안에 약 250 내지 300℃의 범위로 온도가 변화되는 중축합 조건하에서 안정해야만 한다.
열적 안정성을 증명하기에 적당한 시험으로서, 20분 동안 300℃의 온도로 조작하면서 0.05중량% 농도의 결정성 폴리스티렌에 있어 색상을 유지시키는 토너의 용량을 시험한다.
토너에 있어 추가로 요구되는 성질은 에틸렌 글리콜 또는 수지의 제조시 사용되는 유사한 글리콜중에 충분히 용해되어야 한다는 것과 조작조건, 특히 수지 제조 동안에 온도를 변화시킴으로써 형성되는 바람직하지 못한 색상을 폭넓게 커버할수 있어야 한다는 것이다.
2 내지 12개의 탄소원자를 갖는 지방족 디올 및 방향족 디카르복실산을 출발물질로한 수지의 제조 반응은 공지된 기술에 따라 수행된다. 바람직한 중축합 촉매는 Sb 화합물(Sb2O3, Sb-트리아세테이트)로 이루어진다.
다른 촉매는, 예를 들면 Ti 및/또는 Ge의 화합물로 이루어진다.
디메틸테레프탈레이트 및 유사한 알킬 에스테르를 출발 물질로한 수지의 제조에 있어, 아세트산아연 유형의 화합물이 에스테르화교환반응 촉매로서 사용될 수 있다.
유기 아인산염 또는 인산염과 같은 열적 안정제가 예비 중합체를 안정화시키기에 충분한 양으로 혼입된다.
용융상태 중축합반응 온도는 일반적으로 150 내지 300℃이다. 이 온도는 진공(0.5 내지 수 mmHg)하에서 조작된다.
이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
실시예 1
보라색 산도플라스트 RSB-FP 토너 0.01부를 에틸렌 글리콜(EG) 100부중에 분산시켰다(분산액 A). 이 분산액을 50rpm속도로 움직이는 날개형 교반기가 장착된 교반용기중에 넣고, 하기 기재된 과정으로 10 PET 배치물을 제조할 때 사용하였다.
PET 제조과정
오토클레이브(autoclave)중에서, 테레프탈산(TPA) 100부와 EG 44.8부, 분산액 A 2.4부 및 Sb2O30.032부를 혼합하였다. 이 혼합물을 1.5bar의 압력에서 260℃ 이하로 가열하면서 에스테르화반응에 의해 형성된 물을 충전된 증류칼럼으로 제거하였다. 190분의 평균 반응시간 후에, 제조된 올리고머 혼합물을 1mmHg 이하의 감압하에서 280℃까지 가열하였다.
170분의 평균 중합시간후에, 하기의 특성을 갖는 중합체를 얻었다:
고유점도(IV) dℓ/g 0.600 ± 0.01
색상 75 ± 1
색상 b -6 ± 1
색상 a -1 ± 0.5
비교예 1
레드 에스토필 SGFP 0.005부 및 블루 SRBL 0.005부를 함유하는 분산액을 실시예 1에 기재된 과정을 이용하여 제조하였다. 이 분산액을 실시예 1과 동일한 과정으로 10 배치물의 제조시 사용하였다. 에스테르화반응 및 중합반응의 평균 시간은 각각 190분 및 170분이었다.
하기의 평균 특성을 갖는 중합체를 제조하였다.
고유점도(IV) dℓ/g 0.600 ± 0.01
색상 L 74 ± 2
색상 b -4.5 ± 2
색상 a -2 ± 1
실시예 1에 관련하여, 특히 장시간 저장한 토너 분산액을 사용하여 수행된 마지막 배치물의 경우, 색상 L이 감소하면서 색상 b 및 a는 증가하였다.
분석
60/40 중량비의 페놀과 테트라클로로에탄 혼합물 100mℓ중에 중합체 0.5g를 용해시킨 용액중에서 고유점도를 ASTM 4603.86에 따라 25℃에서 측정하였다.
헌터 색 등급 a 및 b의 측정은 공지된 방법에 따라, 150℃에서 1시간동안 결정화시킨 중합체 입자상에서 측정하였다.
보라색 토너는, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 및 테레프탈산으로부터 유도된 20% 이하의 단위체가 이소프탈탄, 2,6-나프탈렌 디카르복실산 및 이들의 혼합물과 같은 방향족 디카르복실산으로부터 유도된 단위체로 치환된 공중합체, 및 추가로 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리알킬렌테레프탈레이트의 색상을 변형시키기 위해 사용된다.
이러한 수지는 압출성형 및 사출성형에 의한 섬유 및 필름제조용, 또는 예컨대 기호 음료 용기와 같은 물품을 제조하기 위해 사용된다.

Claims (6)

  1. 용융상태의 에스테르화반응 또는 에스테르화교환반응과 후속하는 중축합반응으로 수지를 제조하면서, 9, 10-안트라퀴논-2-히드록A-4-p-톨루이딘에 상당하는 흡착 스펙트럼을 갖고 0.05 중량% 농도의 폴리스티렌 결정중에서 300℃에서 20분 초과 동안 열적으로 안정한 보라색 토너를 첨가하여 수득된 방향족 폴리에스테르 수지로서, 색상 a에 대해 -2.5 내지 0.0 및 색상 b에 대해 -6 내지 0.5의 헌터 색 수치(Hunter color values)를 갖는 방향족 폴리에스테르 수지.
  2. 제 1항에 있어서, 안트라퀴논 화합물이 9, 10-안트라퀴논-2-히드록시-4-p-톨루이딘임을 특징으로 하는 방향족 폴리에스테르 수지.
  3. 제 1항에 있어서, 토너가 9, 10-안트라퀴논-2-히드록시-4-p-톨루이딘에 상당하는 흡수 스펙트럼을 갖고 0.05 중량% 농도의 폴리스티렌 결정중에서 300℃에서 20분 초과 동안 열적으로 안정한 안트라퀴논 화합물임을 특징으로 하는 방향족 폴리에스테르 수지.
  4. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 테레프탈산으로부터 20몰% 이하의 단위체가 이소프탈산 및 2,6-나프탈렌 디카르복실산으로부터 선택된 방향족 디카르복실산으로부터 유도된 단위체로 치환된 에틸렌테레프탈레이트 공중합체, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 이들의 혼합물로부터 선택됨을 특징으로 하는 방향족 폴리에스테르 수지.
  5. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 따른 수지로부터 제조된 제품.
  6. 제 4항에 따른 수지로부터 제조된 제품.
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