KR100611547B1 - (차아)아인산 함유 폴리아미드 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안정화 폴리아미드 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 안정화제는 아인산 및 차아인산에서 선택되는 인 안정화제이다. 이것은 폴리아미드의 중합 전 또는 동안에 도입된다. 상기 안정화제의 사용은 발포 현상을 방지할 수 있다.
안정화 폴리아미드 조성물, 아인산, 차아인산

Description

(차아)아인산 함유 폴리아미드 조성물 {POLYAMIDE COMPOSITIONS CONTAINING (HYPO)PHOSPHOROUS ACID}
본 발명은 폴리아미드 기재 안정화 조성물의 제조 방법 및 상기 방법에 의해서 수득되는 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 조성물은 특히 합성 얀, 섬유 및 필라멘트를 제조하는데 사용될 수 있다.
폴리아미드는 얀, 섬유 및 필라멘트를 제조하는데 널리 사용되는 합성 중합체이다. 이들 섬유, 얀 및 필라멘트는 이어서 직물, 특히 염색 직물을 제조하는데 사용된다.
폴리아미드는 자외선, 열 또는 혹독한 기후와 같은 외부 조건이나 자연력에 놓일때 분해될 수 있다. 또한, 이의 제조 및/또는 성형 동안에 사용되는 열에 의해서도 분해가 일어날 수 있다. 이러한 불안정은 분해, 기계적 성질의 저하 및 색 변화의 경우에 나타난다. 일부 용도에서는, 이러한 문제가 중요할 수 있다.
폴리아미드의 안정성을 향상시키기 위해, 이를 첨가제와 배합하는 것이 공지되어 있다. 다수의 첨가제가 상기 목적으로 시판된다. 이들은 종종 작용 방법에 따라서, 산화방지제, 항-UV, UV 흡수제 등으로 분류된다.
폴리아미드를 안정화시키기 위해, 공지의 산화방지제는 특히 장애 페놀 단위를 함유하는 것들, 인 안정화제, 및 하나 이상의 장애 아민 단위를 함유하는 광 안정화제를 포함한다.
안정화를 위해, 공지의 포스파이트는 알킬 및/또는 아릴 라디칼로 치환된 포스파이트, 예컨대 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트를 포함한다. 이들 안정화제는 폴리아미드 제조 매질에 도입될 때, 설비 및 제조 물품의 손상 위험을 갖는 심각한 발포를 야기한다. 이러한 심각한 발포는 통상적인 소포제 존재하에서도 발생한다. 이러한 문제를 방지하기 위해, WO 9418364 호는, 예컨대 이들 안정화제를 용융 상태로 폴리아미드 및 안정화제의 마스터배치와 혼합하여 폴리아미드 매트릭스에 도입하는 것을 교시하고 있다.
발포 문제는 또한 다른 안정화 첨가제에서도 나타날 수 있다.
여러가지 기술적/경제적 이유로 인해, 종종 첨가제를 용융 상태로 혼합하는 것 이외의 방식으로 중합체에 도입하는 것이 바람직하다. 따라서, 종종 중합이 수행되기 전에 중합체 합성 매질에 이들 첨가제를 도입하는 것이 바람직하다. 이러한 도입 방법은 통상 용어 "합성 동안의 도입" 으로 명명된다. 상기 방법은 그 중에서도, 중합체내의 첨가제의 매우 양호한 분산의 수득 및, 때때로 중합체 재용융 작업의 방지를 가능하게 한다. 또한, 합성 동안의 안정화제의 도입은 폴리아미드의 제조 및/또는 성형 동안에 분해를 방지한다.
본 발명의 목적은 합성 동안에 도입되는 인 기재 첨가제를 포함하는 폴리아 미드 기재 안정화 조성물의 제조 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 인 안정화 첨가제가 아인산 및 차아인산에서 선택되며, 중합 단계 전 또는 동안에 폴리아미드 중합 매질에 도입됨을 특징으로 하는, 인 안정화 첨가제를 포함하는 폴리아미드 기재 안정화 조성물의 제조 방법을 제공한다. 조성물중의 상기 첨가제의 중량 비율은 바람직하게는 0.01∼0.04 % 이다.
한가지 바람직한 양태에 있어서, 중합 단계 전 또는 동안에 폴리아미드 중합 매질에 도입되는 1 종 이상의 다른 안정화 첨가제를 사용하는 것이 가능하다. 상기 추가의 첨가제는 장애 페놀 산화방지제 및 하나 이상의 장애 아민 단위를 함유하는 광 안정화제 (장애 아민 광 안정화제, HALS) 에서 선택된다. 또한, 이들 2 종의 첨가제와 상기 인 안정화제의 배합물을 사용하는 것도 가능하다. 아인산 및 차아인산에서 선택되는 인 안정화제의 존재는 또다른 개개의 첨가제에 기인한 발포를 추가로 감소시킨다.
하나 이상의 장애 아민 단위를 함유하는 광 안정화제는 폴리아미드의 광 안정성을 향상시키고, 폴리아미드가 염색되거나 착색 안료를 포함할 때 색 휘도의 감소를 방지한다.
본 발명에 따른 폴리아미드 제조 방법은 인 안정화제, 및 적절한 경우 다른 안정화 첨가제가, 중합 단계가 적절히 개시되기 전에 중합 매질에 도입되는 한, 모든 공지 방법에서 선택될 수 있다. 첨가제를 도입하기 전에, 낮은 축중합도를 갖는 생성물을 형성하는 것이 가능하다.
2 종 이상의 안정화 첨가제를 사용하는 경우, 이들은 중합 단계전에 상기 방 법의 각각의 단계에서 연속적으로, 또는 동시에 중합 매질에 도입될 수 있다.
하나 이상의 장애 아민 단위를 함유하는 광 안정화제는 바람직하게는 4-아미노-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-카르복시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 및 2 또는 3 개의 카르보닐 작용기를 함유하며, 장애 아민 단위 (상기 단위는 하나의 카르보닐 작용기에 결합된 기의 부분임) 를 함유하는 하나 이상의 기를 포함하는 하기 화학식 I
Figure 112003023294546-pct00001
(식중, p 는 0 또는 1 이고, R1 및 R2 는 동일 또는 상이한 기로서, 이들중 하나 이상은 장애 아민 단위를 함유한다.)
의 방향족 화합물에서 선택된다. 카르보닐 작용기는 아미드, 에스테르 또는 에스테르-아미드기의 부분일 수 있다.
p 가 0 이면, 상기 첨가제는 하기 화학식 II 또는 III 을 가질 수 있다:
Figure 112003023294546-pct00002
Figure 112003023294546-pct00003
[식중, R1 및 R2 는 하나 이상이 장애 아민 단위를 함유하는 동일 또는 상이한 기, C1-18 알콕시에서 선택될 수 있는 입체 장애 아민 단위를 함유하지 않는 기, 할로겐, C1-5 알콕시, 카르보닐기, 카르바밀기 또는 알콕시카르보닐기로 치환될 수 있는 아미노알킬, 및 C3-5 에폭시드이고;
입체 장애 아민 단위를 함유하는 기(들)은 하기 화학식 IV
Figure 112003023294546-pct00004
(식중, R 및 R' 는 수소, C1-12 알킬, C1-8 알콕시, 식 -COR3 (R3 은 수소 및 C1-6 알킬에서 선택됨) 의 기, 페닐, 기 -COO (C1-4 알킬), 식 NR5R6 (R5 및 R6 은 수소, C1-12 알킬, C5 또는 C6 시클로알킬, 페닐, 알킬페닐 (알킬은 C1-12 임) 에서 독립적으로 선택되거나, 또는 이들이 결합되는 질소 원자와 함께, 산소 원자 또는 또다른 질소 원자를 포함할 수 있는 5∼7 원자의 고리를 형성하고, 바람직하게는 피페리딘 또는 모르폴린류로부터의 기를 형성함) 의 기에서 독립적으로 선택된다.)
의 화합물에서 선택될 수 있다.].
광 안정화제의 한가지 바람직한 화합물은 하기 화학식 V
Figure 112003023294546-pct00005
(식중, R'2 는 C1-20 알킬, C1-20 아미노알킬, C1-20 치환 아미노알킬, C1-20 히드록시알킬, C1-20 알켄, C1-20 치환 알켄, 알콕시알킬기, C1-20-옥시-N-C 1-20-알킬기, C1-10-N-시클로알킬기, 기 -COR4 (R4 는 수소, C1-6 알킬, 페닐, 기 C1-20COO (H 또는 C1-4 알킬) 에서 선택됨) 로 치환된 C1-10-N-시클로알킬기에서 선택되고, R' 는 상기 화학식 IV 에 대한 정의와 같다.)
의 화합물이다.
광 안정화제는 더욱 바람직하게는 하기 화학식 VI
Figure 112003023294546-pct00006
의 화합물이다.
상기 첨가제는, 예컨대 Clariant 사에서 상표명 Nylostab S-EED 로 시판된다.
조성물중의 광 안정화 첨가제의 비율은 유리하게는 0.15∼0.5 중량% 이다.
화학식 VI 의 광 안정화제는 바람직하게는 물, 카프로락탐 또는 물/카프로락탐 혼합물중의 현탁액 또는 용액 형태로 중합 매질에 도입된다. 용액 또는 현탁액중의 중량 농도는, 예컨대 5∼50 % 일 수 있다. 물보다 카프로락탐을 더 함유하는 물과 카프로락탐의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 도입, 현탁액 또는 용액의 형태는 도입시의 온도 및 압력 조건에 부분적으로 의존할 수 있다.
산화방지제는 바람직하게는 알킬화 모노페놀, 알킬화 히드록시퀴논, 알킬리덴비스페놀, 알킬 장애를 갖는 벤질 화합물, 아실아미노페놀, 및 β-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피온산의 에스테르에서 선택된다. 특히, 예컨대 CIBA 사에서 상표명 IRGANOX 1330 으로 시판되는 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)벤젠, 및 예컨대 CIBA 사에서 상표명 IRGANOX 1098 로 시판되는 N,N'-헥사메틸렌 비스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시히드로신남아미드)가 언급된다.
조성물중의 상기 두번째 첨가제의 비율은 유리하게는 0.10∼0.30 중량% 이다.
폴리아미드 기재 안정화 조성물은 상기 언급한 첨가제외에, 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 이들 첨가제는 혼합하여 중합 매질에 도입하거나, 또는 혼합하여 용융 단계에 도입할 수 있다. 상기 첨가제의 예로는, 조성물에 무광택 및/또는 착색 외관을 제공할 목적의 안료 또는 탈광택제, 난연제 및 기타 안정화제가 언급된다.
본 발명의 한가지 특별한 양태에 있어서, 상기 조성물은 이산화티탄 또는 황 화아연 기재 입자 형태의 탈광택제를 포함한다. 조성물중의 상기 입자의 농도는 0.01∼3 중량% 일 수 있다. 1 % 초과가 유리하다. 탈광택제는 바람직하게는 중합 단계 전 또는 동안에 중합 매질에 도입된다. 상기 양태에 있어서, 입자는 유리하게는 수성 현탁액 형태로 도입된다. 이산화티탄 기재 입자는 유리하게는 코팅된다. 상기 코팅은, 예컨대 알루미나 및/또는 산화망간을 경우에 따라 갖는 실리카 기재 코팅을 포함할 수 있다.
본 발명의 방법으로 제조된 조성물은 락탐 및/또는 아미노산으로부터 중합에 의해 수득되는 유형의 폴리아미드, 또는 디카르복실산과 디아민의 축중합에 의해 수득되는 유형의 폴리아미드 기재일 수 있다. 상기 조성물은 바람직하게는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 및 이들 폴리아미드 기재의 혼련물 또는 공중합체 기재이다. 특히, 카프로락탐을 포함하는 액체중의 용액 또는 분산액 형태로 중합 매질에 도입되는 화학식 VI 의 안정화제를 사용하는 경우, 폴리아미드 6,6/6 공중합체를 포함할 수 있다.
한가지 특별한 양태에 있어서, 조성물은 폴리아미드 6,6 기재이다. 한가지 유리한 제조 방법은, 바람직하게는 용액 형태의 헥사메틸렌디암모늄 아디페이트염 50∼70 중량% 염 농도로부터 출발한다. 상기 방법은 연속식 또는 배치식이며, 물 증발의 제 1 단계 및 축중합에 의한 중합의 제 2 단계를 포함한다.
조성물은 고화 및 재용융의 중재 단계없이, 중합 직후에 얀, 섬유 및 필라멘트로 성형될 수 있다. 조성물은 또한 과립으로 성형될 수 있으며, 과립은 예컨대 성형품을 제조하거나, 얀, 섬유 또는 필라멘트를 제조하기 위한 나중의 제한된 성형을 위해 재용융된다.
본 발명의 방법으로 수득되는 조성물로부터 성형되는 얀, 섬유 및 필라멘트는 용융 방사에 의해 제조된다; 상기 조성물은 하나 이상의 구멍을 포함하는 다이를 통해 용융 상태로 압출된다.
모든 용융 방사 기술이 사용될 수 있다. 필라멘트는 하나의 연속 단계로 또는 간헐적으로, 멀티필라멘트 얀 또는 조사 형태로 연신 또는 드래프트될 수 있으며, 풀먹이기, 텍스쳐 가공, 세팅 등의 각종 처리를 할 수 있다.
멀티필라멘트 얀의 제조에는, 특히 3,500 m/분 초과의 방사 속도의 고속 방사 방법이 언급된다. 상기 방법은 종종 용어 POY (부분 배향 얀), FOY (완전 배향 얀) 및 SDY (스핀드로 얀) 로 명명된다. 이들 얀은 또한 이들의 의도하는 용도에 따라 텍스쳐 가공될 수 있다. 상기 방법으로 수득되는 얀은 특히 직포 또는 편포의 제조에 적합하다.
섬유를 제조하기 위해서, 필라멘트는 함께, 예컨대 방사 직후 또는 간헐적으로, 연신, 텍스쳐 가공 및 절단 직후에 슬라이버 또는 웨브 형태로 될 수 있다. 수득된 섬유는 부직포 얀 또는 방적사를 제조하는데 사용될 수 있다.
조성물은 또한 플록 토우를 제조하는데 사용될 수 있다.
얀, 섬유 및 필라멘트, 및 상기 얀, 섬유 및 필라멘트로부터 수득된 제품은 염색될 수 있다. 특히, 배스 염색 또는 제트 염색 방법이 언급된다. 바람직한 염색은 산, 금속화 또는 비금속화 염색이다.
본 발명의 조성물은 빛에 대한 색 정착이 우수한 제품을 수득하게 한다. 조성물은 또한 세정에 대한 염색의 향상된 정착의 수득을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 상세한 내용 및 잇점은 오직 예시로만 하기에 주어지는 실시예를 통해서 더욱 명확히 이해될 것이다.
실시예 1
62 중량% 농도의 헥사메틸렌디암모늄 아디페이트염 수용액 3,590 ㎏ 에 하기의 성분을 첨가하여 폴리아미드 66 기재 공중합체를 제조한다:
- 25 % 아세트산 수용액 3,940 g
- 40 % 아인산 수용액 1,000 g
- Rhodia Silcolapse 5020 소포제 300 g
- 카프로락탐 40 ℓ, 물 10 ℓ, Clariant 사에서 시판되는 Nylostab SEED 6 ㎏, Ciba 사에서 시판되는 Irganox 1098 3 ㎏ 을 혼합한 분산액.
최종 온도가 245 ℃ 인 1.85 ㎫ 의 상승 압력에서 약 45 분의 증류 단계, 최종 온도 260 ℃ 에서 1.85 ㎫ 로부터 0.1 ㎫ 로의 약 35 분의 감압 단계, 및 최종 온도가 270 ℃ 인 약 30 분의 가공 단계와 함께, 증발기내에서 상기 용액의 농축 단계, 교반 오토클레이브 반응기내에서 축중합 단계를 포함하는 표준 방법에 따라서 폴리아미드를 제조한다.
압력하에서의 증류 단계 동안, 6 분후, 코팅된 이산화티탄 입자의 25 중량% 수성 분산액 128 ㎏ 을 첨가한다.
감압 단계 동안 발포는 관찰되지 않는다. 폴리아미드 6 단위 2.0 중량% 와 이산화티탄 1.6 중량% 를 함유하는 폴리아미드 6,6 기재 공중합체가 수득된다.
상기 코폴리아미드를 스핀드로 방법으로 방사한다. 권취 속도는 4,500 m/분이다. 수득된 얀의 선 밀도는 78 dtex/68 필라멘트이다. 얀의 강도는 42 cN/tex 이고, 파단 변형률은 38 % 이다.
얀으로부터 편포를 제조한다. Clariant 사에서 시판되는 Sandozine MRN 2 g/ℓ, Sirrix AR 2 g/ℓ및 탄산나트륨 2 g/ℓ로 이루어진 세정 조성물의 존재하에 상기 편포를 60 ℃ 에서 20 분간 세정한다. 이어서, 편포를 190 ℃ 에서 45 초간 열 고정한다.
하기 성분의 존재하에 pH 6 에서 45 분간 98 ℃ 에서 편포를 침지 염색한다:
- Ciba 사에서 시판되는 염료
- Irgalan yellow 3 RV 250 % 0.0247 중량%
- Irgalan bordeaux EL 200 % 0.0170 중량%
- Irgalan grey 200 % 0.2220 중량%
- 균염제 2 중량%, CHT 사에서 시판되는 C14
- 나트륨 아세테이트 0.5 g/ℓ
Xenotest 450 장치를 사용하여 표준 DIN 75202 에 따라 4 주기에 걸쳐서 편포의 광 정착을 테스트한다 (FAKRA 테스트). 4 주기후, 등급은 6∼7 이다.
실시예 2 (비교예)
첨가제 없이, 실시예 1 의 방법으로 코폴리아미드를 제조한다. 등급은 5 이다.
실시예 3
임의의 발포를 관찰할 수 있도록 창문을 구비한 300 ㎖ 반응기내에서 폴리아미드 6,6 기재 조성물을 제조하였다. 실시예 1 과 유사한 방법으로, 용액중의 헥사메틸렌디암모늄 아디페이트염으로부터 폴리아미드를 제조한다. 발포에 대한 감도면에서, 감압 단계를 10 분 이내로 수행하여 실시예 1 의 조건과 유사한 조건하에서 실행되도록 한다. 제조 동안, 하기의 첨가제를 첨가한다:
- 코팅된 이산화티탄 입자 (수득되는 조성물에 대해 1.6 중량%). 상기 입자는 1.85 ㎫ 의 상승 압력 개시 5 분후에 첨가된다.
- 용액중 아인산: 헥사메틸렌디암모늄 아디페이트염 용액에 첨가됨
- Clariant 사에서 시판되는 Nylostab SEED, Ciba 사에서 시판되는 Irganox 1098, Irgafos 168 (인 안정화제), Irgafos 12 (인 안정화제). 이들 생성물은 감압 단계 동안에 150 ℃ 에서 용융 카프로락탐에 도입된다.
여러가지 첨가제, 및 또한 상이한 배합물을 테스트한다. 그 결과를 하기 표 1 에 나타낸다.
Irganox 198 Irgafos 168 Irgafos 12 H3PO3 Nylostab 발포 정도
0.15 % / / / / 1
/ 0.15 % / / / 1
/ / / / 0.3 % 1
0.15 % / 0.15 % / 0.3 % 3
0.15 % / / 0.02 % 0.3 % 0

첨가제의 양은 수득되는 조성물에 대한 중량으로 표시된다. 발포 정도는 반응기내의 발포의 높이로 평가된다: 발포가 없으면 0, 대규모 발포는 3.
아인산은 다른 첨가제의 존재에 의해 유도되는 발포를 억제함이 관찰된다.

Claims (18)

  1. 적어도 하기 화합물이 중합 단계 전 또는 동안에 폴리아미드 중합 매질에 도입되는 폴리아미드 기재 안정화 조성물의 제조 방법:
    아인산 및 차아인산으로부터 선택되는 인 안정화 첨가제, 및
    장애 페놀 산화방지제 및 하나 이상의 장애 아민 단위를 함유하는 광 안정화제로부터 선택되는 하나의 다른 안정화 첨가제.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 조성물이 다른 안정화 첨가제로서 하기를 포함함을 특징으로 하는 방법:
    - 알킬화 모노페놀, 알킬화 히드록시퀴논, 알킬리덴 비스페놀, 알킬 장애를 갖는 벤질 화합물, 아실아미노페놀, 및 β-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피온산의 에스테르에서 선택되는 산화방지제, 및/또는
    - 하나 이상의 입체 장애 아민 단위 (상기 단위는 하나의 카르보닐 작용기에 결합된 기의 부분임) 가 결합된 2 또는 3 개의 카르보닐 작용기를 함유하는 방향족 화합물, 4-아미노-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘 및 4-카르복시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘에서 선택되는, 하나 이상의 장애 아민 단위를 함유하는 광 안정화제.
  4. 제 3 항에 있어서, 하나 이상의 장애 아민 단위를 함유하는 광 안정화제가 하기 화학식 VI 의 화합물임을 특징으로 하는 방법:
    [화학식 VI]
    Figure 112003023294546-pct00007
  5. 제 1 항에 있어서, 조성물이 폴리아미드 중합 단계전에 도입되는 이산화티탄 기재 입자를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 이산화티탄 기재 입자의 중량 비율이 조성물의 질량에 대해 1 중량% 초과임을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 이산화티탄 기재 입자가 코팅됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 하나 이상의 장애 아민 단위를 함유하는 광 안정화제가 물, 카프로락탐 및 이의 혼합물에서 선택되는 액체중의 용액 또는 현탁액에 도입됨을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 폴리아미드가 폴리아미드 6, 폴리아미드 6,6 및 이의 공중합체에서 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 폴리아미드가 헥사메틸렌디암모늄 아디페이트의 수중 용액으로부터 제조되는 폴리아미드 6,6 이고, 상기 방법이 물 증발 단계, 이후의 축중합 단계를 포함하며, 장애 아민을 함유하는 광 안정화제의 용액 또는 현탁액이 상기 증발 단계 전에 도입됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 폴리아미드 6,6 기재 조성물의 비연속적 제조 방법을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항에 따른 방법으로 수득 가능한 폴리아미드 기재 조성물.
  13. 제 12 항에 있어서, 아인산 및 차아인산에서 선택되는 첨가제를 0.01∼0.04 중량% 포함함을 특징으로 하는 조성물.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 하나 이상의 장애 아민 단위를 함유하는 광 안정화제 0.15∼0.5 중량% 와 장애 페놀 산화방지제 0.10∼0.30 중량% 를 포함함을 특징으로 하는 조성물.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 이산화티탄 기재 입자를 포함함을 특징으로 하는 조성물.
  16. 제 15 항에 있어서, 이산화티탄 기재 입자가 코팅됨을 특징으로 하는 조성물.
  17. 제 12 항 또는 제 13 항에 따른 조성물을 성형하여 수득되는 얀, 섬유 및 필라멘트.
  18. 제 17 항에 따른 얀, 섬유 및 필라멘트로부터 수득되는 직포, 편포, 부직포 또는 플록 염색 제품.
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