KR100496260B1 - 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

(가) 적어도 50 몰%의 TiO2 침전물을 함유하는 무기 에스테르화 촉매의 형태로 티타늄 30 내지 200 ppmdml 존재하에 직접 에스테르화,(나) 포스포러스- 산소 화합물 형태의 포스포러스 10 내지 100 ppm 을 가함으로써 에스테르화 후 에스테르화 촉매를 차단하고, (다) 통상의 안티모니 폴리축합 촉매의 형태로 100 내지 300 ppm 안티모니 및 임의적으로 통상의 착색제의 존재하에서 예비 축합 및 폴리축합을 수행하여 5 ppm 이하의 아크로레인과 3 ppm 이하의 알릴 알코올을 함유하는 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 합성 방법이다.

Description

폴리프로필렌 테레프탈에이트의 제조방법
본 발명은 테레프탈산과 1,3-프로판디올로부터 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 제조에 관한 것이다.
1,3-프로판디올은 시장에서 저가격으로 대량 구매가 가능하고, 폴리프로필렌 테레프탈에이트는 장쇄 지그제그 분자구조를 가지는 미래형 플라스틱으로 폴리에틸렌 테레프탈에이트와 폴리부틸렌 테레프탈에이트의 중간 특성을 나타낸다. 그 양호한 용도로서는 섬유 및 성형의 전체 범위를 포함한다.
통상의 촉매를 사용하는 디메틸 테레프탈에이트를 기초로하는 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 제조는 미국 특허 제2,465,319 ; 4,611,049 및 5,340,909호 ; 독일 특허 (OLS) 1,954,527 호 등에 설명되어 있다. 테레프탈 산을 기재로 하는 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 합성의 예는 미국 특허 제5,340,909호에서 1,3 -프로판디올과 테레프탈산을 무촉매에서 에스테르화 또는 유기 티타늄 또는 주석 화합물의 존재하에서 에스테르화 하고 주석 촉매존재 중에서 폴리축합함으로서 얻는다.
폴리프로필렌 테레프탈에이트의 합성중에 아크로레인과 알릴 알코올은 열분해로 인한 부산물로서 필수적으로 형성되며 폴리축합 증기(미국특허 제4,611,049호 와 제5,459,229호)의 일부로 여겨지며 중합체의 일부로 남는다. 모든 이들 화합물은 독성이 높으며(아크로레인의 MAK[최대 허용 작업장 농도] 0.1ppm) 눈을 해치고 막을 점액성으로 한다.
본 발명의 목적은 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 아크로레인과 알릴 알코올 함량을 최소화하는 것이다. 특히 본 발명은 테레프탈산을 출발물로 하는 기술상태에 따르는 중합체로서 낮은 이크로레인 및 알릴 알코올 함량을 갖는 폴리프로필렌 테레프탈에이트 합성이 가능한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, (가) 적어도 50 몰%의 TiO2 침전물을 함유하는 무기 에스테르화 촉매의 형태로 티타늄 30 내지 200 ppm 존재하에 직접 에스테르화,(나) 포스포러스-산소 화합물 형태의 포스포러스 10 내지 100 ppm 을 가함으로써 에스테르화 후 에스테르화 촉매를 차단하고, (다) 통상의 안티모니 폴리축합 촉매의 형태로 100 내지 300 ppm 안티모니 및 임의적으로 통상의 착색제의 존재하에서 예비 축합 및 폴리축합을 수행하여 5 ppm 이하의 아크로레인과 3 ppm 이하의 알릴 알코올을 함유하는 폴리프로필렌 테레프탈에이트를 제조하는 방법을 제공한다.
출발물질로 통상적으로 폴리에스테르의 제조에 사용되는 급의 테레프탈산과 1,3-프로판디올을 사용한다. 테레프탈산과 1,3-프로판디올은 15몰% 까지의 전체 량의 다른 디카복실 산 및/또는 다른 디올로 대신 할 수 있다. 그 예로는 2,6-나프타랜 디카복실산, 1,4-시클로핵산 디카복실산, p-히드록시벤조인산, 에틸렌글리콜, 1,2-푸로판디올, 1,4-부탄디올, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜 및/또는 1,4-시클로핵산디메탄올을 포함한다.
테레프탈산을 1,3-프로판디올과 최소한 50몰% TiO2 침전물을 함유하는 무기 에스테르화 촉매 형태의 티타늄 30 내지 200 ppm 바람직하게는 50 내지 100 ppm 의 존재하에서 에스테르화한다. 본 발명에 따르면, 티타늄을 함유하는 무기 에스테르화 촉매는 TiO2 형태 만으로 함유하며 유기 티타늄 에스테르의 형태로는 함유하지 않는다.
유럽특허출원 제 96 103 659.7호(미국특허출원 08/617,562호에 대응)에 설명된 티탄일 설페이트의 열 가수분해에 의하여 얻어지는 수화이산화 티타늄이 적당하다. 특히, 50 내지 99몰%의 TiO2 와의 티타늄 이산화물-실리콘 이산화물 공침전물이 적합하다. 이런 공침전물은 WO 95/18839 및 유럽특허 제716,122 A호에 설명하고 있으나 여기에서는 전적으로 중축합 촉매로 사용하였다.
본 발명에 의거하는 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 낮은 아크로레인과 알릴 알코올의 함량을 달성하는 결정적 인자는 에스테르화의 말단 후 폴리축합이 시작하기전에 에스테르화 촉매의 비활성화 또는 차단으로 아인산, 인산, 포스폰산, 카복시포스폰산 및 그들의 화합물과 같은 인-산소 화합물의 형태로 10 내지 100 ppm, 바람직하게는 20 내지 60 ppm의 인을 바람직하기로는 예비 축합의 시작에서 가함으로서 달성되는 것이다. 이점에서 본 발명의 방법은 공지 기술에 따른 방법과 근본적으로 다르다. 예비 축합과 폴리축합은 안티모니 트리아세테이트와 같은 통상적인 폴리에스테르-가용성 안티모니 폴리축합 촉매의 형태로 존재하는 100-300, 바람직하게는 200 내지 250 ppm 의 존재하에서 일어난다. 폴리축합 촉매는 인화합물을 가할 때 동시에 가할 수 있으나 특히 양호한 투명도를 가지는 중합체가 요구될 때, 인화합물을 가하는 것이 완료된 직후까지 가하지 않는것이 좋다.
의도하는 목적에 따라, 폴리프로필렌 테레프탈에이트는 -4.0 내지 +4.0 의 범위의 CIELAB 색 값(color value) b* 에 대응하는 중성 투명 청미-백색을 가지게 된다. 이경우 착색제는 에스테르화의 시작이나 또는 폴리축합의 끝을 향할 때에 바람직하나 폴리축합의 종결 이전에 어느때나 반응 혼합물에 가한다. 착색제는 코발트아세테이트와 같은 폴리에스테르-가용성 코발트의 형태로 20 내지 60 ppm이 바람직하며 특히 30 내지 50 ppm의 코발트가 양호하다.
에스테르화, 예비 축합 및 폴리축합의 압력 온도 조건은 공지 기술의 상태와 대등하다. 또한 임의로 용융 폴리축합 및 입자화, 고체상 폴리축합이 수행될 수도 있다. 안료, 탈청제, 윤활제, 가교결합제 와 같은 통상의 첨가제도 가할 수 있다.
〔실시예〕
본 발명에 따른 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 합성을 설명하는 다음 실시예에서 특성 치는 다음과 같이 측정되었다.
고유점도(I.V.)는 25℃에서 페놀과 1,2-디클로로벤젠(중량부 3:2)의 혼합물 100ml에 0.5g의 폴리에스테르의 용액을 측정한 것이다.
COOH 말단 그룹 농도는 0.05 N 에탄올성 수산화나트륨 용액을 사용하여 브로모티몰 불루에 대한 o-크레졸과 클로로포름(중량부 70:30)의 혼합물중 폴리에스테르의 용액의 포토메트리 적정에 의하여 측정한다.
CIELAB 색 값은 건조 케비넷 중에서 150±5℃에서 1 시간동안 결정화 한 폴리에스테르 펠리트에 대하여 측정한다. 색값은 각각 트리스티물러스 색도계 중에서 각각의 앞에서 3 포토셀로, 적색 필터, 청 필터 또는 녹색 필터로 폴리에스테르 시료의 색을 측정하여서 측정한다. 그 결과를 다음 식:
b*=200·33
을 사용하는 CIELAB에 따라서 분석하였다.
폴리에스테르 중에 물리적으로 용해된 유리 아크로레인과 알릴 알코올의 양은 다음과 같이 측정한다; 분석할 폴리에스테르를 액체 질소로 냉각 후 분쇄하여 0.4mm 보다 작은 체별 류분을 분석에 사용하였다. 측정할 2.0g의 폴리에스테르 시료를 격막이 있는 20ml 병에 넣고 병을 밀봉하고 60 분간 170℃에 둔다. 시료를 격막을 통하여 병의 가스 공간으로부터 취하고 사스크로마토그라피에 의하여 아크로레인과 알릴 알코올 함량을 측정하였다.
비교예 1 내지 4 와 실시예 5 내지 7
테레프탈산 1 중량부를 다음표에 든 1,3-프로판디올(1,3-PD)의 양(중량부)과 합쳐서 페이스트를 형성한 다음 에스테르화 촉매와 임의의 초산 코발트 테트라히드레이트 착색제를 앞의 유사한 베치로부터 얻은 에스테르화 생성물에 함께 가한다. 혼합물을 반응 생성 수의 양이 감소(최소한 98.8%의 에스테르화도)한 것이 확인될 때 까지 에스테르화 한다.
비교예 1,3 과 4에서 예비축합은 에스테르화가 완료된 후 즉시 개시되며 반면에 비교예 2에서는 폴리축합 촉매가 예비축합 전에 투입된다. 실시예 5 내지 7에서는 에스테르화 된 후 반응혼합물에 인산을 먼저 가한후 예비축합 시작전에 폴리축합 촉매를 가하였다. 실시예 7 에 약 150 ppm 의 안티모니 만을 여기에서 가하고 나머지 약 100ppm을 많은 시간 후에 가하였다.
압력 100 내지 50 mbar(절대)에서 약 40분 예비축합 후, 폴리축합(PC)을 1 mbar 이하 진공으로 낮추어 개시한다. 폴리축합 온도를 257℃ 내지 265℃로 하는 것을 제외하고는 비교예 2 와 3에서 온도를 약 270℃, 또는 260℃ 내지 270℃로 하였다. 표에서 들은 폴리축합 시간은 주어진 조건하에서의 중합체의 최대 가능한 점도에 대한 것으로 즉, 만일 폴리축합을 이 중합체의 고유점도(I.V.)를 지나서도 계속하면 분해반응의 우세 때문에 다시 점도가 저하한다.
수득되는 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 다른 조건과 품질 값은 다음 표와 같다.
실시예번호 1,3-프로판디올 중량부 에스테르화 촉매 착색제 H3PO4 PC 촉매 PC 시간 폴리프로필렌테레프탈에이트
형식 ppm Ti ppm Co ppm P 형식 ppmSb 혹은 Ti 분 고유점도dL/g COOHmeq/kg 아크로레인 ppm 알릴알코올 ppm 색도 b*
1 0.567 TiO2: SiO2 50 - - - - 171 0.926 14 10 1.7 10.4
2 0.641 TiO2 150 - - TiO2 130 120 0.802 23 〉10 - 3.2
3 0.656 Ti(OBu)4 75 - - SbAc3 200 67 0.890 10 40 3.8 10.7
4 0.567 TiO2: SiO2 50 - - SbAc3 200 113 0.918 14 11 1.4 8.8
5 0.567 TiO2: SiO2 50 20 40 SbAc3 200 163 0.919 17 5 1.7 5.9
6 0.567 TiO2: SiO2 50 40 40 SbAc3 250 162 0.912 19 4 2.0 -0.5
7 0.567 TiO2: SiO2 50 40 60 SbAc3 250 153 0.635 16 3 2.4 -1.2
TiO2:SiO2= 독일 악조사에 의해 공급되는 80 몰%의 TiO2 으로 공침전시킨 티타늄 디옥사이드-실리콘 디옥사이드
TiO2= 독일 사크틀밴 케미에 의하여 공급되는 약 2 중량% 소디움과 약 6 중량%의 물을 갖는 수화 티타늄 디옥사이드
Ti(OBu)4= 티타늄 테트라부틸에이트
SbAc3 = 안티몬 트리아세테이트
상기 표에서와 같이 티타늄 테트라부틸에이트(비교예 3)가 높은 아크로레인과 알릴 알코올 함량을 가지는 황미 변색 생성물이 된다. 또한, 본 발명에 의하는 촉매 티타늄 디옥시드-실리콘 디옥시드 공침전물은 촉매 활성이 높으나 순수 티타늄 디옥시드 침전물(비교예 2) 보다 중합체의 더 큰 퇴색성을(착색제 없이) 나타낸다. 그러나 퇴색은 적당한 양의 착색제를 가하여 수정할 수 있으며 따라서 문제없이(실시예 6,7) +0.5 이하의 b* 색도치를 갖는 폴리에스테르를 생성할 수 있다.
본 발명에 따르는 에스테르화 촉매로서 알릴 알코올 함량은 폴리축합 촉매의 형식에 관계없이 폴리축합이 만족되기 전에 촉매를 비활성화하지않고 달성할 수 있으며 한편으로 아크로레인 함량은 티타늄 테트라부틸에이트를 사용할 때보다 낮으나 최소 10ppm 아크로레인으로 아직 상당히 높다(비교예 1,2,4). 5ppm 이하의 아크로레인으로 폴리프로필렌 테레프탈에이트를 얻기 위하여 본 발명에 따라 TiO2 기초의 에스테르화 촉매를 인-산소 화합물(비교예 4와 비교한 실시예 5)를 가함으로써 폴리축합 전에 완전히 차단하며 폴리축합 촉매를 무 티타늄(free of titanium)으로 하여야 한다.
본 발명은 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 아크로레인과 알릴 알코올 함량을 최소화하는 것이다. 특히 본 발명은 테레프탈산을 출발물로 하는 기술상태에 따르는 중합체로서 낮은 아크로레인 및 알릴 알코올 함량을 갖는 폴리프로필렌 테레프탈에이트 합성이 가능한 방법을 제공한다.

Claims (7)

  1. (가) 적어도 50 몰%의 TiO2 침전물을 함유하는 무기 에스테르화 촉매의 형태로 티타늄 30 내지 200 ppm 존재하에 직접 에스테르화,(나) 포스포러스- 산소 화합물 형태의 포스포러스 10 내지 100 ppm 을 가함으로써 에스테르화 후 에스테르화 촉매를 차단하고, (다) 통상의 안티모니 폴리축합 촉매의 형태로 100 내지 300 ppm 안티모니 및 임의적으로 통상의 착색제의 존재하에서 예비 축합 및 폴리축합을 수행하여 5 ppm 이하의 아크로레인과 3 ppm 이하의 알릴 알코올을 함유하는 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 합성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    착색제는 폴리에스테르-용해성 코발트 화합물의 형태의 20 내지 60 ppm 코발트로서 구성되는 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 합성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    폴리축합촉매는 인화합물의 추가가 끝난후에 가하는 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 합성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    에스테르화 촉매는 티탄일 설페이트의 열 가수분해에 의하여 수득한 수화 티타늄 디옥시드를 사용하는 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 합성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    에스테르화 촉매는 50 내지 99 몰%의 TiO2와의 티타늄 디옥시드-실리콘 디옥시드 공침전물인 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 합성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    폴리프로필렌 테레프탈에이트는 전체로 15 몰% 까지의 다른 디카복실 산, 디올 또는 양자를 갖는 공중합체인 폴리프로필렌 테레프탈에이트의 합성 방법.
  7. 5 ppm 이하의 아크로레인과 3 ppm 이하의 알릴 알코올을 함유하는 폴리프로필렌 테레프탈에이트.
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