KR100655839B1 - 고-점도 폴리에스테르의 제조 방법 - Google Patents

고-점도 폴리에스테르의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보다 약 산성의 말단 기를 함유하는 고-점도 폴리에스테르의 제조 방법에 관한 것이다. 저-점도 폴리에스테르 및 옥사졸린으로 이루어진 마스터배치를 제조하고, 이어서 이를 보다 고-점도의 폴리에스테르와 혼합한다. 이어서, 이 혼합물 (건조 블렌드)를 추가로 가공한다.
폴리에스테르, 고-점도, 건조 블렌드

Description

고-점도 폴리에스테르의 제조 방법 {Method for Producing Highly Viscous Polyesters}
본 발명은 저-점도 폴리에스테르 및 옥사졸린으로부터 마스터배치를 제조하고, 이어서 이를 보다 고-점도의 폴리에스테르와 혼합하고 이 혼합물 (건조 블렌드)를 추가로 가공하는, 산 말단기의 함량이 감소된 고-점도 폴리에스테르의 제조 방법에 관한 것이다.
카르복실 말단기가 마스킹된 폴리에스테르는 이미 알려져 있다. 카르복실 말단기를 마스킹하기 위해 카르복실기와 반응하는 다양한 화합물을 사용한다.
자유 카르복실 말단기를 갖는 폴리에스테르는 옥사졸린과 반응하여 개환될 수 있다는 것이 알려져 있다 (US-A 4 351 936, DE-A 42 25 627). 예를 들면, 2-위치가 치환된 △2-옥사졸린은 카르복실기와 반응하여 아미노에탄올의 에스테르-아미드를 생성한다 (Chem. Rev. 71, 483 - 505, 1971 및 Angew. Chem. 78, 913 - 927, 1966).
카르복실기를 마스킹하는 또다른 방법은 자유 카르복실 말단기를 갖는 폴리에스테르를 에폭시드와 반응시켜 카르복실기로부터 에스테르기를 형성하는 것을 포함한다 (BP 1 139 379). 또한, 카르보디이미드와의 반응에 의해 카르복실기를 마 스킹하는 것도 알려져 있다 (US-A 3 193 522, US-A 3 193 523, US-A 38 35 098). 상기 문헌에서는 우선 카르복실기로부터 모노아실화된 우레아를 형성하고, 이를 추가로 전위 반응시켜 안정화시킨다. 나중에 언급한 두가지 방법의 심각한 단점은 마스킹제 및 전위 및 개열 반응에 의해 형성된 생성물의 독성이 비교적 높다는 것이며, 이로 인해 마스킹 반응을 수행할 때 특별한 안전 예방 조치의 준수가 요구된다.
또한, 폴리카르보네이트와의 반응에 의해 폴리에스테르의 카르복실 말단기를 마스킹하는 것도 알려져 있다 (US-A 35 63 847, EP 0 486 916 B1). 이 경우 폴리카르보네이트 단위는 에스테르 기를 통해 폴리에스테르 분자에 결합된다.
마스킹 반응의 목적은 폴리에스테르 중의 자유 카르복실기의 수를 줄이는 것이다. 카르복실 말단기의 수가 감소된 폴리에스테르는 가수분해에 대해 현저하게 개선된 안정성을 나타낸다. 또한, 산 말단기의 함량이 감소된 폴리에스테르는 기계적 응력하에 보다 양호한 열안정성 및 내약품성을 나타낸다. 다관능성 마스킹제를 사용하여 폴리에스테르의 분자량을 증가시킬 수도 있다.
예를 들면, 옥사졸린으로 카르복실 말단기를 마스킹하는 하기 방법이 알려져 있다.
1. 폴리에스테르 수지의 제조 중에, 목적하는 분자량을 달성한 후 용융 중축합 반응의 종료시점에 마스킹제를 첨가한다.
2. 마스킹제를 폴리에스테르 입상체와 혼합하고 후속 컴파운딩 단계에 의해 폴리에스테르에 혼입한다.
상기 언급한 방법의 단점은 축합도가 낮은 저-점도 폴리에스테르의 안정화에만 적합하다는 것이다. 기술상의 역학적 이유때문에, 중합도가 큰 고-점도 폴리에스테르 (분자량이 크다)는 대개 고상에서의 후-축합에 의해 저-점도 폴리에스테르 기재 수지로부터 제조된다. 폴리에스테르의 용융을 수반하는 추가 가공 단계는 후-축합에 의해 얻어진 폴리에스테르의 분자량을 감소시키며, 따라서 기계적 및 물리적 특성이 열화된다.
컴파운딩에 의해 옥사졸린 마스킹제를 폴리에스테르에 혼입하는 것으로 기재한 방법의 또다른 단점은 통상적인 컴파운딩 단계에 소요되는 시간동안 카르복실 말단기 함량의 적정한 감소를 수행하기에는 옥사졸린, 특히 상기 문헌에서는 페닐-치환된 옥사졸린의 반응성이 불만족스럽다는 것이다.
본 발명에서는 분자량의 감소없이 카르복실 말단기의 함량이 감소되고 가수분해에 대한 안정성이 개선된 고-점도 폴리에스테르 수지의 제조 방법을 찾아내었다. 또한, 본 발명에 따른 폴리에스테르는 기계적 응력하에 보다 양호한 열안정성 및 내약품성을 나타낸다.
본 발명에 따른 방법의 장점 중 하나는 옥사졸린을 고-점도 폴리에스테르에 혼입할 경우, 폴리에스테르에 손상을 입히는 고-점도 폴리에스테르의 추가 용융 단계가 요구되지 않는다는 것이다. 동시에, 용융 상태에서의 2 차례의 가공 단계까지 카르복실 말단기를 마스킹하기 위한 충분하게 긴 반응 시간이 마스킹제 (옥사졸린)에 제공된다. 본 발명의 방법의 또다른 장점은 다관능성 옥사졸린이 사용될 때 고-점도 폴리에스테르의 분자량이 증가된다는 것이다.
즉, 본 발명은 저-점도 폴리에스테르와 옥사졸린 화합물의 마스터배치를 보다 고-점도의 폴리에스테르와 혼합하여 건조 블렌드를 형성하고, 이어서 이 건조 블렌드를 추가로 가공하는 것을 특징으로 하는 고-점도 폴리에스테르의 제조 방법을 제공한다. 본 명세서에서 건조 블렌드란 고상 열가소성수지 (입상 또는 분말상)의 물리적 혼합물을 의미한다.
저-점도 폴리에스테르 및 옥사졸린 화합물의 마스터배치는 개별 성분을 혼합하고, 이어서 혼합물을 컴파운딩함으로써 제조된다. 개별 성분의 혼합은 통상적으로 0 내지 50℃ 범위의 온도 (바람직하게는 실온)에서 수행한다. 컴파운딩 작업은 통상적으로 170 내지 380℃, 바람직하게는 200 내지 220℃의 온도에서 수행한다.
보다 고-점도의 폴리에스테르를 저-점도 폴리에스테르 및 옥사졸린의 마스터배치와 혼합하여 건조 블렌드를 형성하는 것은 실온 미만 및 실온을 초과하는 온도 모두에서 수행할 수 있다. 0 내지 50℃ 범위의 온도가 가능하다. 혼합은 바람직하게는 실온에서 수행한다. 이 혼합물 (건조 블렌드)의 장점 중 하나는 안정하여 혼합물이 분리되지 않는다는 것이다.
보다 고-점도의 폴리에스테르와 마스터배치의 혼합물 (건조 블렌드)의 추가 가공은 통상의 방법, 예를 들면 컴파운딩, 압출, 취입 성형, 압출 취입 성형, 사출 성형, 혼련 또는 칼렌더링에 의해 통상적으로 200 내지 300℃의 온도에서 수행되며, 상기 온도 범위는 가공 기술에 따라서 채택된다.
혼합물 (건조 블렌드)를 추가로 가공하여 모든 형태의 입상체, 반제품 (예를 들면, 필름, 케이블 피복 재료, 시이트, 이형재, 도관) 또는 성형품을 얻는다.
고-점도 및 저-점도 폴리에스테르의 상대 용액 점도는 고-점도 및 저-점도 폴리에스테르의 상대 용액 점도의 차이가 0.05 이상, 바람직하게는 0.1 이상, 특히 0.15 이상이 되도록 선택한다.
또한, 본 발명에 따른 효과는 점도차가 현저하게 보다 클수록 나타난다. ηrel의 차이가 0.7인 것을 일례로 언급할 수 있다.
대체로, 저-점도 폴리에스테르는 1.90 미만, 바람직하게는 1.75 미만의 상대 용액 점도 (ηrel)를 갖는다.
대체로, 보다 고-점도의 폴리에스테르는 1.50 초과, 바람직하게는 1.75를 초과하는 상대 용액 점도를 갖는다.
상대 용액 점도 (ηrel)는 25℃의 온도에서 페놀/오르토-디클로로벤젠 (1:1 중량부)의 1 리터 당 5g의 중합체로 측정한다.
마스터배치 중 옥사졸린 화합물의 함량은 대체로 5 내지 60 중량%, 바람직하게는 10 내지 40 중량% (마스터배치를 기준으로)이다.
고-점도 폴리에스테르 중 옥사졸린 화합물의 함량은 건조 블렌드의 가공 후 폴리에스테르 및 마스터배치를 기준으로 통상적으로 0.02 내지 10, 바람직하게는 0.05 내지 5, 특히 0.1 내지 2 중량%이다.
옥사졸린 화합물은 1종 또는 혼합물을 첨가할 수 있다.
첨가가능한 옥사졸린 화합물은, 예를 들면 DE-A 4 129 908, DE-A 42 25 627 및 WO 96/11 978에 언급되어 있는 것들이다. 따라서, 이와 관련하여 상기 특허 출 원의 개시사항을 본 발명의 개시사항에 포함시킨다.
WO 96/11 978의 14면 최종 단락부터 17면 하단부까지, 및 DE-A 41 29 980의 5면 20줄에서 66줄까지에 기재된 옥사졸린을 사용하는 것이 바람직하다.
특히 바람직한 옥사졸린은 하기 화학식의 모노옥사졸린의 호변 이성체 형태
Figure 112001005548096-pct00001
Figure 112001005548096-pct00002
Figure 112001005548096-pct00003
및 화학식 IV의 비스옥사졸린이다.
Figure 112001005548096-pct00004
상기 식에서,
치환체 R2 내지 R6는 서로 독립적으로 하기의 의미를 가질 수 있다.
수소 원자, 알킬, 알케닐, 아릴, 히드록시알킬, 히드록시아릴, 알콕시알킬, 알콕시아릴, 알킬 에스테르, 아릴 에스테르, 아실옥시알킬, 아실옥시아릴, 할로겐알킬, 할로겐아릴, 니트로알킬, 니트로아릴, 벤즈아미도알킬, 벤즈아미도아릴, 히드록시아미노카르보닐, 퍼할로알킬, 퍼할로아릴, 할로겐, 아미노, 비닐 또는 메르캅토기, 여기서 알킬 라디칼은 각각의 경우에 탄소수 1 내지 22이고, 알케닐 라디칼은 탄소수 2 내지 22이며 아릴 라디칼은 탄소수 6 내지 14이다.
또한, 상이한 옥사졸린의 혼합물을 사용할 수도 있다. 모노옥사졸린 중에서 2-옥사졸린, 특히
R2는 알킬, 알케닐 또는 히드록시알킬이고,
R3, R4는 알킬, 히드록시알킬 또는 알콕시알킬이고,
R5, R6는 수소 원자 또는 알킬 또는 히드록시알킬기 (여기서 알킬 라디칼은 바람직하게는 탄소수 1 내지 18이고 알킬렌 라디칼은 탄소수 2 내지 18임)인 것이 바람직하다.
화학식 IV의 비스옥사졸린 중에는, 특히 대칭 구조이고 (즉, R7 = R11, R8 = R12, R9 = R13 및 R10 = R14) 방향족 고리상의 메타 또는 파라-위치에 있는 화합물을 들 수 있다. 구체적으로, 2,2'-p-페닐렌-비스(4,4'-디메틸-2-옥사졸린), 2,2'-p-페닐렌-비스(4-페닐-2-옥사졸린), 2,2'-m-페닐렌-비스(2-옥사졸린), 2,2'-m-페닐렌-비스(4-메틸-2-옥사졸린), 2,2'-m-페닐렌-비스(4,4'-디메틸-2-옥사졸린) 및 2,2'-m-페닐렌-비스(4-페닐-2-옥사졸린)을 들 수 있고, 2,2'-p-페닐렌-비스(2-옥사졸린) 및 2,2'-m-페닐렌-비스(2-옥사졸린)이 특히 바람직하다.
폴리에스테르로 폴리알킬렌 테레프탈레이트를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 폴리알킬렌 테레프탈레이트는 방향족 디카르복실산 또는 그의 반응성 유도체 (예를 들면, 디메틸 에스테르 또는 무수물)과 지방족, 지환족 또는 방향지방족 디올의 반응 생성물 또는 이들 반응 생성물의 혼합물이다.
바람직한 폴리알킬렌 테레프탈레이트는 테레프탈산 (또는 그의 반응성 유도체)와 탄소수 2 내지 10의 지방족 또는 지환족 디올로부터 공지된 방법 (Kunststoff-Handbuch, vol. VIII, p.695 이하 참조, Carl-Hanser-Verlag, Munich 1973)에 의해 제조될 수 있다.
바람직한 폴리알킬렌 테레프탈레이트는 디카르복실산을 기준으로 80 몰% 이상, 바람직하게는 90 몰% 이상의 테레프탈산 라디칼 및 디올 성분을 기준으로 80 몰% 이상, 바람직하게는 90 몰% 이상의 에틸렌 글리콜, 프로판-1,3-디올 및(또는) 부탄-1,4-디올 라디칼을 함유한다.
바람직한 폴리알킬렌 테레프탈레이트는 테레프탈산 라디칼에 추가하여 탄소수 8 내지 14의 다른 방향족 디카르복실산 라디칼 또는 탄소수 4 내지 12의 지방족 디카르복실산 라디칼, 예를 들면 프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌-2,6-디카르복실산, 4,4'-디페닐디카르복실산, 숙신산, 아디프산 또는 세바크산, 아젤라산 또는 시클로헥산디아세트산 라디칼을 최대 20 몰% 이하로 함유할 수 있다.
바람직한 폴리알킬렌 테레프탈레이트는 에틸렌 글리콜 라디칼 및 부탄-1,4-디올 라디칼에 추가하여, 탄소수 3 내지 12의 다른 지방족 디올 또는 탄소수 6 내지 21의 지환족 디올, 예를 들면 프로판-1,3-디올, 2-에틸프로판-1,3-디올, 네오펜틸글리콜, 펜탄-1,5-디올, 헥산-1,6-디올, 시클로헥산-1,4-디메탄올, 3-메틸펜탄-2,4-디올, 2-메틸펜탄-2,4-디올, 2,2,4-트리메틸펜탄-1,3-디올 및 2,2,4-트리메틸펜탄-1,6-디올, 2-에틸헥산-1,3-디올, 2,2-디에틸프로판-1,3-디올, 헥산-2,5-디올, 1,4-디-(β-히드록시에톡시)-벤젠, 2,2-비스-(4-히드록시시클로헥실)-프로판, 2,4-디히드록시-1,1,3,3-테트라메틸-시클로부탄, 2,2-비스-(3-β-히드록시에톡시페닐)-프로판 및 2,2-비스-(4-히드록시프로폭시페닐)-프로판 (DE-OS 24 07 674, 24 07 776, 27 15 932)의 라디칼을 20 몰% 이하로 함유할 수 있다.
폴리알킬렌 테레프탈레이트는 비교적 소량의 3- 또는 4-가 알콜 또는 3- 또는 4-가 카르복실산, 예를 들면 DE-OS 19 00 270 및 US-A 3 692 744에 기재된 것들을 혼입함으로써 분지될 수 있다. 바람직한 분지화제의 예로는 트리메스산, 트리 멜리트산, 트리메틸올에탄 및 트리메틸올프로판 및 펜타에리트리톨이 있다.
산 성분을 기준으로 1 몰% 이하의 분지화제를 사용하는 것이 권장된다.
특히 바람직한 폴리알킬렌 테레프탈레이트는 테레프탈산 및 그의 반응성 유도체 (예를 들면, 디알킬 에스테르)와 에틸렌 글리콜, 프로판-1,3-디올 및(또는) 부탄-1,4-디올로만 제조된 것들 (폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트) 및 이와 같은 폴리알킬렌 테레프탈레이트의 혼합물이다.
또한, 바람직한 폴리알킬렌 테레프탈레이트는 상기언급한 산 성분 중 둘 이상 및(또는) 상기언급한 알콜 성분 중 둘 이상으로부터 제조되는 코폴리에스테르이고, 특히 바람직한 코폴리에스테르는 폴리-(에틸렌 글리콜/부탄-1,4-디올)테레프탈레이트이다.
또한, 고-점도 및 저-점도 폴리에스테르의 혼합물을 사용할 수 있다.
통상적인 첨가제, 예를 들면 윤활제 및 금형 이형제, 핵형성제, 대전방지제, 안료, 안정화제 및 방염성 첨가제를 추가로 가공할 때 첨가할 수 있다.
특성 프로파일에 기초하여, 카르복실 말단기 함량이 낮은 고-점도 폴리에스테르 기재의 열가소성 성형 조성물을 다양한 분야, 예를 들면 광파 도체용 피복 재료, 케이블 피복 재료에 사용하고, 자동차 분야, 전기 분야 및 레져 및 스포츠 분야에서 사용한다.
<마스터배치의 제조>
1,3-PBO 20 중량% 및 상대 용액 점도 ηrel이 1.66인 저-점도 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT) 80 중량%의 혼합물을 실온에서 혼합하고, 이어서 혼합물을 약 180 내지 220℃의 재료 온도에서 ZSK 31/1의 압출기로 컴파운딩하였다.
<건조 블렌드의 제조>
상기언급한 마스터배치의 소정량을 상응하는 양의 상대 용액 점도 ηrel이 1.85인 고-점도 PBT와 실온에서 혼합하였다. 사용량에 관한 데이타를 표 1에 기재하였다.
<건조 블렌드의 최종 가공>
본 실시예에서는 재료 온도 240 내지 280℃ 및 금형 온도 80℃의 아르부르그 (Arburg) 320-210-500형의 사출 성형기에서 사출 성형 가공하여 건조 블렌드를 덤벨 (dumbbell)형 바아 (ISO 527에 따라서 두께가 3 mm임)로 가공하였다. 조사 결과를 표 1에 나타냈다. 표에 기재한 모든 조사는 상기언급한 덤벨형 바아에 대해 수행한 것이다.
1,3-PBO는 2,2'-m-페닐렌-비스(2-옥사졸린) [IUPAC명: 2,2'-(1,3-페닐렌)비스(4,5-디히드로옥사졸)]이다 [팔마롤사 제품 (Palmarole, Basle, Switzerland)].
상대 용액 점도 ηrel은 25℃에서 1 리터의 페놀/디클로로벤젠 (50 중량%/50 중량%)에 용해시킨 중합체 5 g의 용액으로 측정하였다. COOH 말단기는 샘플 재료를 크레졸/클로로포름에 용해시키고 이어서 광도 적정함으로써 측정하였다. 파단 신장률은 상기언급한 덤벨형 바아에서 DIN 53455에 따른 인장 시험으로 측정하였 다. 가수분해 실험은 100℃의 포화 수증기 분위기에서 바리오클라프 (Varioklav) 증기 멸균기 (300/400/500 EP-Z 형)에 상기언급한 시험 견본을 저장함으로써 수행하였다.
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 최종 가공 단계 후에 다른 특성을 유지하면서도, 표준 PBT (비교 1)과 비교하여 보다 낮은 COOH 말단기 함량, 약간 증가된 점도 및 가수분해에 대한 개선된 안정성 (높은 파단 신장률값으로 알 수 있음)을 갖는 재료 (A-F)가 얻어진다. 표 1의 비교 2는 본 발명에 따른 방법에 의해 달성되는 장점이 최종 가공 단계 전에 순수한 1,3-PBO를 혼합하는 것으로는 달성될 수 없음을 보여준다.
비교 1* 비교 2** A B C D E
고-점도 PBT (ηrel=1.85) [%] 100 98.2 99 98 97 96 95
20% 1,3-PBO 및 80% 저-점도 PBT의 마스터배치 (ηrel=1.66) [%] 0 - 1 2 3 4 5
순수한 1,3-PBO (계산값) [%] 0 0.8 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
ηrel 1.76 1.72 1.79 1.80 1.81 1.80 1.80
COOH 말단기 [mmol/kg] 29 n.m. 23 18 13 11 8
가수분해 전 파단 신장률 [%] 309 300 308 265 303 311 304
가수분해 후 파단 신장률 (3일 경과) [%] 100 70 165 232 254 225 180
가수분해 후 파단 신장률 (7일 경과) [%] 30 20 70 109 92 80 82
가수분해 후 파단 신장률 (10일 경과) [%] 5 10 23 49 44 49 53
* 사출 성형으로 제조한 덤벨형 바아에 대해 비교 2 및 A 내지 E의 모든 조사를 수행함. ** 순수한 1,3-PBO 0.8% (본 발명의 마스터배치의 대용) 및 PBT 98.2%의 혼합물을 사출 성형하여 덤벨형 바아를 제조함 n.m. 측정불가

Claims (15)

  1. 저-점도 폴리에스테르 및 옥사졸린 화합물의 마스터배치를 보다 고-점도의 폴리에스테르와 고상 형태로 혼합하여 건조 블렌드를 형성하고, 이어서 이 건조 블렌드를 추가로 가공하며, 상기 저-점도 폴리에스테르의 상대 용액 점도는 1.75 미만이고, 상기 고-점도 폴리에스테르의 상대 용액 점도는 1.75 초과이며, 고-점도 폴리에스테르와 저-점도 폴리에스테르의 상대 용액 점도의 점도차는 0.05 이상이고, 고-점도 폴리에스테르 및 마스터배치의 전체 혼합물 중 옥사졸린의 함량은 0.02 내지 10 중량%이며, 상기 추가 가공은 컴파운딩, 압출, 취입 성형, 압출 취입 성형, 사출 성형, 혼련 또는 칼렌더링인 것을 특징으로 하는 고-점도 폴리에스테르의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 점도차가 0.1 이상임을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 점도차가 0.15 이상임을 특징으로 하는 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 옥사졸린의 함량이 0.05 내지 5 중량%임을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 옥사졸린의 함량이 0.1 내지 2 중량%임을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 마스터배치가 저-점도 폴리에스테르와 옥사졸린을 혼합한 후 혼합물을 컴파운딩함으로써 제조되는 것임을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 마스터배치가 5 내지 60 중량%의 옥사졸린 화합물을 포함하는 것임을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 윤활제, 금형 이형제, 핵형성제, 대전방지제, 안료, 안정화제 및 방염제로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 추가로 가공할 때 첨가하는 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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