KR102642777B1 - 열가소성 폴리에스테르를 포함하는 폴리머 조성물 - Google Patents
열가소성 폴리에스테르를 포함하는 폴리머 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 적어도 하나의 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A), 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)와는 다른 적어도 하나의 지환족 디올 단위(B), 적어도 하나의 테레프탈산 단위(C)를 가지며, 여기서, 비율 (A)/[(A)+(B)]가 적어도 0.05 및 최대 0.75인 열가소성 폴리에스테르를 포함하고 상기 폴리에스테르가 비-환형 지방족 디올 단위를 함유하지 않거나 폴리에스테르에서의 모노머 단위 전체에 대해, 5% 미만의 몰량의 비-환형 지방족 디올 단위를 포함하고, 70 ㎖/g보다 높은 용액 중 환산 점도(25℃; 페놀(50 중량%):오르쏘-디클로로벤젠(50 중량%); 5 g/ℓ의 폴리에스테르)를 갖는 열가소성 폴리에스테르; 뿐만 아니라, 방향족 폴리에스테르, 지방족 폴리에스테르, 폴리에스테르 에테르, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리에테르 블록 아미드 및 폴리우레탄으로부터 선택된 추가적인 폴리머를 포함하는 폴리머 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 개선된 성질을 갖는, 이소소르비드-기반 열가소성 폴리에스테르를 포함하는 폴리머 조성물에 관한 것이다.
플라스틱은 물체의 대량 생산에서 피할 수 없게 되었다. 실제로, 이의 열가소성 특성은 이러한 물질을 고속으로 모든 종류의 물체로 변형될 수 있게 한다.
예를 들어, 특정의 열가소성 방향족 폴리에스테르는 이러한 것을 물질의 생산을 위해 직접적으로 사용할 수 있게 하는 열적 성질을 갖는다. 이러한 것은 지방족 디올 및 방향족 이산 단위를 포함한다. 이러한 방향족 폴리에스테르 중에, 에틸렌 글리콜 및 테레프탈산 단위를 포함하는 폴리에스테르인, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 언급될 수 있다.
그러나, 특정 적용을 위하여 또는 특정 사용 조건 하에서, 특정 성질, 특히 충격 강도 또는 그밖의 내열성을 개선시키는 것이 필요하다. 이는 글리콜-개질된 PET(PETg)가 개발된 이유이다. 이들은 일반적으로, 에틸렌 글리콜 및 테레프탈산 단위 이외에, 시클로헥산디메탄올(CHDM) 단위를 포함하는 폴리에스테르이다. PET 내에 이러한 디올의 도입은 의도된 적용에 대해 성질을 조정하는 것, 예를 들어, 특히, PETg가 비정질일 때, 이의 충격 강도 또는 이의 광학적 성질을 개선시키는 것을 가능하게 한다.
또한, 폴리에스테르 내에, 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위, 특히, 이소소르비드를 도입함으로써 다른 개질된 PET(PEIT)가 개발되었다. 이러한 개질된 폴리에스테르는 비개질된 PET 또는 CHDM을 포함하는 PETg보다 더 높은 유리전이온도를 갖는다. 또한, 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨은 전분과 같은 재생 가능한 자원으로부터 얻어질 수 있다는 장점을 갖는다.
이러한 PEIT가 갖는 하나의 단점은 불충분한 충격 강도 성질을 가질 수 있다는 것이다. 또한, 유리전이온도는 특정의 플라스틱 물체의 생산을 위해 충분치 않을 수 있다.
폴리에스테르의 충격 강도 성질을 개선시키기 위하여, 결정도가 감소된 폴리에스테르를 사용하는 것이 종래 기술에 공지되어 있다. 이소소르비드-기반 폴리에스테르와 관련하여, 출원 US2012/0177854호가 언급될 수 있는데, 이러한 문헌에는 개선된 충격 강도 성질을 갖는, 1 내지 60 mol%의 이소소르비드 및 5 내지 99%의 1,4-시클로헥산디메탄올을 포함하는 디올 단위 및 테레프탈산 단위를 포함하는 폴리에스테르가 기술되어 있다.
이러한 출원의 도입 섹션에 명시된 바와 같이, 이의 목적은 코모노머의 첨가에 의해, 및 이에 따라, 이러한 경우에, 1,4-시클로헥산디메탄올의 첨가에 의해 결정도가 제거된 폴리머를 수득하는 것이다. 실시예 섹션에서, 다양한 폴리(에틸렌-코-1,4-시클로헥산디메틸렌-코-이소소르비드)테레프탈레이트(PECIT)의 생산, 및 또한, 폴리(1,4-시클로헥산디메틸렌-코-이소소르비드)테레프탈레이트(PCIT)의 일 예가 기술되어 있다.
또한, PECIT 타입의 폴리머가 상업적 개발 대상이었지만, 이러한 것이 PCIT에 대한 경우가 아니라는 것이 주지될 수 있다. 실제로, 이소소르비드가 2차 디올로서 낮은 반응성을 갖기 때문에, 이의 생산은 지금까지 복잡한 것으로 여겨졌다. 이에 따라, 윤 등(Yoon et al.)의 문헌[Synthesis and Characteristics of a Biobased High-Tg Terpolyester of Isosorbide, Ethylene Glycol, and 1,4-Cyclohexane Dimethanol: Effect of Ethylene Glycol as a Chain Linker on Polymerization, Macromolecules, 2013, 46, 7219-7231]에는, PCIT의 합성이 PECIT의 합성보다 달성하기 훨씬 더 어렵다는 것을 나타내었다. 이러한 문헌에서는 PECIT 생산 반응속도론에 대한 에틸렌 글리콜 함량의 영향의 연구가 기술되어 있다.
윤 등의 문헌에서, 비정질 PCIT(디올의 합에 대해 대략 29%의 이소소르비드 및 71%의 CHDM을 포함함)는 이의 합성 및 이의 성질을 PECIT-타입 폴리머의 것과 비교하기 위해 생산된다. 합성 동안 고온의 이용은 7222쪽의 합성 섹션의 제1 문단을 참조하는 경우 형성된 폴리머의 열적 분해를 유도하며, 이러한 분해는 특히, 지방족 환형 디올, 예를 들어, 이소소르비드의 존재와 관련이 있다. 이에 따라, 윤 등의 문헌에서는 중축합 온도가 270℃로 제한된 공정이 이용되었다. 윤 등의 문헌에서는 중합 시간을 증가시키더라도, 공정이 또한, 충분한 점도를 갖는 폴리에스테르를 수득할 수 없다는 것이 관찰되었다. 이에 따라, 에틸렌 글리콜을 첨가하지 않는 경우에, 긴 합성 시간의 이용에도 불구하고, 폴리에스테르의 점도가 제한된다.
플라스틱 분야에서, 개선된 특징을 갖는 물체를 생산하거나 수득하기 위한, 특히, 이소소르비드를 기초로 한, 이용 가능한 새로운 해법을 갖는 것이 끊임없이 요구되고 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 더욱 폭 넓은 적용 및 사용 분야를 가질 수 있게 하는 개선된 성질을 갖는 조성물을 수득하기 위해 폴리머들을 함께 블렌딩하는 것이 공지된 관행이다.
특허 US 6 140 422호에는 이소소르비드-기반 폴리에스테르와 다른 열가소성 폴리머의 블렌드가 기술되어 있다. 이소소르비드-기반 폴리에스테르는 테레프탈산 단위 및 에틸렌 글리콜 단위를 포함하고, 적어도 0.35 dl/g의 점도를 갖는다. 폴리에스테르의 블렌딩은 열가소성 폴리머, 예를 들어, 스티렌 수지, 폴리아릴 에테르 또는 그밖에 폴리하이드록시 에테르와 함께 수행될 수 있다. 일반적으로, 폴리머 블렌드 성질의 개선은 양호한 물리적 또는 화학적 양립성을 포함하며, 이러한 경우에, 폴리에스테르가 열가소성 폴리머와 블렌딩될 때, 에스테르교환 반응은 선택된 폴리머에 따라 일어날 수 있으며, 이러한 반응을 촉진하기 위하여 이러한 반응이 습윤 매질에서 일어나는 것이 특히 유리할 수 있다. 그러나, 이러한 특허에서 사용되는 열가소성 폴리머가, 이러한 것이 이소소르비드-기반 폴리에스테르와 블렌딩될 때, 모두 습윤 매질에서 에스테르교환을 수행할 수 있는 것은 아니다.
개선된 성질을 갖는 플라스틱 물체를 수득할 수 있게 하는 이소소르비드-기반 폴리머 조성물이 여전히 요구되고 있고, 또한, 블렌딩 후에, 개선된 성질을 갖는 폴리머 조성물을 수득하기 위해 기존 폴리머의 성질을 개선시키기 위한 이소소르비드-기반 폴리에스테르를 개발하는 것이 여전히 요구되고 있다.
그러나, 전례 없는 성질을 갖는 유리한 폴리머 조성물을 수득하기 위해 2개의 폴리머를 블렌딩하는 것은 충분치 않다. 실제로, 몇 가지 예외를 제외하고, 분자 스케일에서 2개의 폴리머들을 블렌딩하는 것은 가능하지 않다. 상기 폴리머는 필연적으로, 약한 경계면에 의해 분리된, 거시적 크기의 도메인으로 분리된다. 수득된 폴리머 조성물로부터 형성된 물질은 일반적으로, 별도로 취해진 출발 폴리머보다 더 불량하다.
이에 따라, 본 출원인은, 지금까지, 블렌드에서 사용되는 열가소성 폴리머에 대한 관련된 선택을 수행하고 에스테르교환을 증진시킬 수 있는 공정(출발 폴리머 블렌드에서 수분의 존재)을 이용함으로써 상기 이소소르비드의 혼입을 위해 에틸렌 글리콜이 필수적인 것으로 알려졌지만, 모든 예상에 반하여, 이러한 목적이 어떠한 에틸렌 글리콜도 가지지 않은 이소소르비드-기반 열가소성 폴리에스테르로 달성될 수 있다는 것을 발견하였다.
이에 따라, 이러한 열가소성 폴리에스테르와 다른 폴리머의 블렌드로부터 수득된 폴리머 조성물은 개선된 기술적 특징을 갖는 물체를 수득할 수 있게 한다.
본 발명의 제1 대상은
- 적어도 하나의 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A), 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)와는 다른 적어도 하나의 지환족 디올 단위(B), 적어도 하나의 테레프탈산 단위(C)를 포함하고, 여기서, (A)/[(A)+(B)] 비율이 적어도 0.05 및 최대 0.75인 열가소성 폴리에스테르로서, 상기 폴리에스테르가 어떠한 지방족 비-환형 디올 단위도 함유하지 않거나, 폴리에스테르의 모든 모노머 단위에 대해, 5% 미만의 몰량의 지방족 비-환형 디올 단위를 포함하고, 상기 폴리에스테르의 환산 용액 점도(25℃; 페놀(50%m):오르쏘-디클로로벤젠(50%m); 5 g/ℓ의 폴리에스테르)가 70 ㎖/g보다 큰, 열가소성 폴리에스테르;
- 방향족 폴리에스테르, 지방족 폴리에스테르, 폴리에스테르 에테르, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리에테르 블록 아미드, 폴리우레탄 및 이소시아네이트-부재 폴리우레탄으로부터 선택된 폴리머를 포함하는, 폴리머 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 제2 대상은 상기에서 규정된 바와 같은 특정 폴리머의 물리적 및 화학적 성질을 개선시키기 위한 공정에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폴리머 조성물은 특히 유리하고, 개선된 성질을 갖는다. 실제로, 조성물 중에 열가소성 폴리에스테르의 존재는 추가적인 성질을 도입하고 다른 폴리머의 적용 분야를 넓히는 것을 가능하게 한다.
이에 따라, 본 발명의 제1 대상은
- 적어도 하나의 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A), 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)와는 다른 적어도 하나의 지환족 디올 단위(B), 적어도 하나의 테레프탈산 단위(C)를 포함하고, 여기서, (A)/[(A)+(B)] 비율이 적어도 0.05 및 최대 0.75인 열가소성 폴리에스테르로서, 상기 폴리에스테르가 어떠한 지방족 비-환형 디올 단위도 함유하지 않거나, 폴리에스테르의 모든 모노머 단위에 대해, 5% 미만의 몰량의 지방족 비-환형 디올 단위를 포함하고, 상기 폴리에스테르의 환산 용액 점도(25℃; 페놀(50%m):오르쏘-디클로로벤젠(50%m); 5 g/ℓ의 폴리에스테르)가 70 ㎖/g보다 큰, 열가소성 폴리에스테르;
- 방향족 폴리에스테르, 지방족 폴리에스테르, 폴리에스테르 에테르, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리에테르 블록 아미드, 폴리우레탄 및 폴리우레탄으로부터 선택된 폴리머를 포함하는, 폴리머 조성물에 관한 것이다.
"(A)/[(A)+(B)] 몰 비율"은 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)/1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A) 및 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)와는 다른 지환족 디올 단위(B)의 합의 몰 비율을 의미하는 것으로 의도된다.
열가소성 폴리에스테르는 어떠한 지방족 비-환형 디올 단위도 함유하지 않거나, 소량의 지방족 비-환형 디올 단위를 포함한다.
"적은 몰량의 지방족 비-환형 디올 단위"는 특히, 5% 미만의 몰량의 지방족 비-환형 디올 단위를 의미하는 것으로 의도된다. 본 발명에 따르면, 이러한 몰량은 폴리에스테르의 모든 모노머 단위에 대한, 지방족 비-환형 디올 단위들의 합의 비율을 나타내며, 이러한 단위는 동일하거나 상이할 수 있다.
지방족 비-환형 디올은 선형 또는 분지형 지방족 비-환형 디올일 수 있다. 이는 또한, 포화되거나 불포화된 지방족 비-환형 디올일 수 있다. 에틸렌 글리콜 이외에, 포화된 선형 지방족 비-환형 디올은 예를 들어, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올 및/또는 1,10-데칸디올일 수 있다. 포화된 분지형 지방족 비-환형 디올의 예로서, 2-메틸-1,3-프로판디올, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 2-에틸-2-부틸-1,3-프로판디올, 프로필렌 글리콜 및/또는 네오펜틸 글리콜이 언급될 수 있다. 불포화된 지방족 디올의 예로서, 예를 들어, 시스-2-부텐-1,4-디올이 언급될 수 있다.
이러한 지방족 비-환형 디올 단위의 몰량은 유리하게는, 1% 미만이다. 바람직하게는, 폴리에스테르는 어떠한 지방족 비-환형 디올 단위도 함유하지 않고, 더욱 바람직하게는, 에틸렌 글리콜을 함유하지 않는다.
합성을 위해 사용되는, 적은 양의 지방족 비-환형 디올 및 이에 따라, 에틸렌 글리콜에도 불구하고, 높은 환산 용액 점도를 가지고 이소소르비드가 특히 잘 혼입된 열가소성 폴리에스테르가 놀랍게도 얻어진다. 임의의 한 이론에 의해 제한하고자 하는 것은 아니지만, 이는 에틸렌 글리콜의 반응 속도(reaction kinetics)가 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨의 반응 속도보다 훨씬 더 빠르다는 사실에 의해 설명될 것이며, 이는 폴리에스테르 내에 후자의 도입을 크게 제한한다. 이에 따라 이로부터 수득된 폴리에스테르는 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨의 낮은 도입 정도를 가지고, 결과적으로, 비교적 낮은 유리전이온도를 갖는다.
모노머(A)는 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨이고, 이소소르비드, 이소만나이드, 이소이다이드, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는, 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨(A)은 이소소르비드이다.
이소소르비드, 이소만나이드 및 이소이다이드는 각각 소르비톨, 만니톨, 및 이디톨의 탈수에 의해 얻어질 수 있다. 이소소르비드와 관련하여, 이는 본 출원인에 의해 상표명 Polysorb® P로 판매된다.
지환족 디올(B)은 또한, 지방족 및 환형 디올로 지칭된다. 이는 특히, 1,4-시클로헥산디메탄올, 1,2-시클로헥산디메탄올, 1,3-시클로헥산디메탄올 또는 이러한 디올들의 혼합물로부터 선택될 수 있는 디올이다. 지환족 디올(B)은 매우 바람직하게는, 1,4-시클로헥산디메탄올이다. 지환족 디올(B)은 시스 배열, 트랜스 배열일 수 있거나, 시스 및 트랜스 배열의 디올들의 혼합물일 수 있다.
1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)/1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A) 및 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)와는 다른 지환족 디올 단위(B)의 합, 즉, (A)/[(A)+(B)]의 몰 비율은 적어도 0.05 및 최대 0.75이다. 유리하게는, 이러한 비율은 적어도 0.10 및 최대 0.65이다.
폴리머 조성물을 수득하기에 특히 적합한 열가소성 폴리에스테르는,
● 2.5 내지 54 mol% 범위의 몰량의 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A);
● 5 내지 42.5 mol% 범위의 몰량의, 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)와는 다른 지환족 디올 단위(B);
● 45 내지 55 mol% 범위의 몰량의 테레프탈산 단위(C)를 포함한다.
폴리머 조성물을 사용하는 요망되는 적용에 따라, 열가소성 폴리에스테르는 반결정질의 열가소성 폴리에스테르일 수 있고, 이에 따라,
● 2.5 내지 14 mol% 범위의 몰량의 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A);
● 31 내지 42.5 mol% 범위의 몰량의, 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)와는 다른 지환족 디올 단위(B);
● 45 내지 55 mol% 범위의 몰량의 테레프탈산 단위(C)를 포함한다.
그러나, 다른 적용을 위하여, 열가소성 폴리에스테르는 비정질의 열가소성 폴리에스테르일 수 있고, 이에 따라,
● 16 내지 54 mol% 범위의 몰량의 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A);
● 5 내지 30 mol% 범위의 몰량의, 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)와는 다른 지환족 디올 단위(B);
● 45 내지 55 mol% 범위의 몰량의 테레프탈산 단위(C)를 포함한다.
이에 따라, 당업자는 상이한 단위의 몰량을 조절하고, 특히, X-선 회절 라인을 검출함으로써 또는 시차 주사 열량측정법(DSC) 분석에서 흡열 용융 피크의 존재에 의해, 수득된 폴리에스테르의 반결정질 또는 비정질 출현을 확인하는 방법을 인지할 것이다.
폴리에스테르에서 상이한 단위의 양은 폴리에스테르의 완전 가수분해 또는 메탄올분해로부터 형성된 모노머들의 혼합물의 1H NMR에 의해 또는 크로마토그래피 분석에 의해, 바람직하게는, 1H NMR에 의해 결정될 수 있다.
당업자는 폴리에스테르의 각 단위의 양을 결정하기 위한 분석 조건을 용이하게 확인할 수 있다. 예를 들어, 폴리(1,4-시클로헥산디메틸렌-코-이소소르비드 테레프탈레이트)의 NMR 스펙트럼으로부터, 1,4-시클로헥산디메탄올과 관련한 화학적 이동은 0.9 내지 2.4 ppm 및 4.0 내지 4.5 ppm이며, 테레프탈레이트 고리와 관련한 화학적 이동은 7.8 내지 8.4 ppm이며, 이소소르비드와 관련한 화학적 이동은 4.1 내지 5.8 ppm이다. 각 신호의 적분은 폴리에스테르의 각 단위의 양을 결정하는 것을 가능하게 한다.
열가소성 폴리에스테르는, 85 내지 200℃, 예를 들어, 이러한 것이 반결정질인 경우에 90 내지 115℃, 및 예를 들어, 이러한 것이 비정질인 경우에 116℃ 내지 200℃ 범위의 유리전이온도를 갖는다.
*유리전이온도 및 융점은 보편적인 방법에 의해, 특히, 10℃/분의 가열 속도를 이용한 시차 주사 열량측정법(DSC)을 이용하여 측정된다. 실험 프로토콜은 하기 실시예 섹션에서 상세히 기술된다.
본 발명에 따라 사용된 열가소성 폴리에스테르는, 이러한 것이 반결정질일 때, 210 내지 295℃, 예를 들어, 240 내지 285℃ 범위의 융점을 갖는다.
유리하게는, 열가소성 폴리에스테르가 반결정질일 때, 이는 10 J/g보다 큰, 바람직하게는, 20 J/g보다 큰 융해열을 가지며, 이러한 융해열의 측정은 이러한 폴리에스테르의 샘플을 170℃에서 16시간 동안 열처리하고 이후에 샘플을 10℃/분에서 가열함으로써 DSC에 의해 융해열을 평가하는 것으로 이루어진다.
본 발명에 따른 폴리머 조성물의 열가소성 폴리에스테르는 특히, 40보다 큰 명도(lightness) L*를 갖는다. 유리하게는, 명도 L*는 55보다 크고, 바람직하게는, 60보다 크고, 가장 바람직하게는, 65보다 크고, 예를 들어, 70보다 크다. 파라미터 L*는 CIE Lab 모델을 통해, 분광광도계를 이용하여 결정될 수 있다.
마지막으로, 본 발명에 따른 상기 열가소성 폴리에스테르의 환산 용액 점도는 70 ㎖/g보다 크고, 바람직하게는, 150 ㎖/g 미만이며, 이러한 점도는 교반하면서 폴리머를 130℃에서 용해시킨 후에 페놀과 오르쏘-디클로로벤젠의 동일한 질량의 혼합물에서 25℃에서 Ubbelohde 모세관 점도계를 이용하여 측정될 수 있으며, 도입되는 폴리머의 농도는 5 g/ℓ이다.
이러한 환산 용액 점도를 측정하기 위한 시험은 용매의 선택 및 사용되는 폴리머의 농도로 인하여, 하기에 기술되는 공정에 따라 제조된 점성의 폴리머의 점도를 결정하는 데 완전히 적합하다.
본 발명에 따라 사용되는 열가소성 폴리에스테르의 반결정질 또는 비정질 특성은 170℃에서 16시간의 열처리 후에, X-선 회절 라인, 또는 시차 주사 열량측정법(DSC) 분석에서 흡열 용융 피크의 존재 또는 부재에 의해 특징지어진다. 이에 따라, X-선 회절 라인이 존재하고 시차 주사 열량측정법(DSC) 분석에서 흡열 용융 피크가 존재할 때, 열가소성 폴리에스테르는 반결정질이며, 이러한 것이 존재하지 않는 경우에, 이는 비정질이다.
상기에서 규정된 바와 같은 열가소성 폴리에스테르는 폴리머 조성물 내에 여러 장점을 갖는다.
실제로, 특히, 적어도 0.05 및 최대 0.75의 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)/1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A) 및 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)와는 다른 지환족 디올 단위(B)의 합의 몰 비율, 및 70 ㎖/g보다 크고 바람직하게는, 150 ㎖/g 미만의 환산 용액 점도에 의해, 열가소성 폴리에스테르는 더욱 광범위한 적용 및 사용 분야를 가질 수 있게 하는 개선된 성질을 갖는 폴리머 조성물을 수득할 수 있게 한다.
열가소성 폴리에스테르 이외에, 본 발명에 따른 조성물은 다른 폴리머를 포함하며, 이는 하기에서 추가적인 폴리머로 지칭된다.
본 발명에 따르면, 추가적인 폴리머는
- 예를 들어, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)(PTT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 또는 그밖에 폴리부틸렌 나프탈레이트(PBN)와 같은 방향족 폴리에스테르;
- 예를 들어, 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌 숙시네이트-코-아디페이트(PBSA), 폴리부틸렌 아디페이트, 폴리에틸렌 아젤레이트 또는 그밖에 폴리부틸렌 세바케이트와 같은 지방족 폴리에스테르;
- 예를 들어, 열가소성 엘라스토머 Hytrel®(폴리(부틸렌 테레프탈레이트)-블록-폴리(부틸 에테르))과 같은 폴리에스테르 에테르;
- 예를 들어, 반-방향족 폴리아미드 mXD6, 폴리(p-페닐렌테레프탈아미드)(PA PPD-T) 또는 그밖에 폴리(m-페닐렌이소프탈아미드)(MPD-I)와 같은 폴리아미드;
- 폴리카르보네이트;
- 폴리에테르 블록 아미드;
- 이소시아네이트를 가지거나 가지지 않는 폴리우레탄으로부터 선택된다.
우선적으로, 추가적인 폴리머는 폴리에스테르 에테르 또는 폴리아미드, 및 더욱 더 우선적으로, mXD6 또는 예를 들어, Hytrel®과 같은 열가소성 엘라스토머이다.
본 발명에 따른 폴리머 조성물은 폴리머를 블렌딩하기 위한 당업자에게 공지된 보편적인 방법에 따라 수득될 수 있다. 예를 들어, 블렌드는 내부 믹서 또는 블렌더를 이용하거나, 열가소성 폴리머를 성형하기 위한 보편적인 시스템, 예를 들어, 압출 또는 공압출 기기를 이용하여 수득될 수 있다.
또한, 폴리머 조성물은 열가소성 폴리에스테르 및 폴리머의 중합 후 용융 블렌딩에 의해 직접적으로 수득될 수 있다.
수득된 직후에, 폴리머 조성물은 의도된 적용에 따라 성형될 수 있다.
하나의 대안예에 따르면, 열가소성 폴리에스테르 및 추가적인 폴리머는 블렌딩되기 전에, 펠렛 또는 과립과 같은 용이하게 취급 가능한 형태로 패키징될 수 있다. 우선적으로, 열가소성 폴리에스테르 및 폴리머는 과립 형태로 패키징된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 폴리머 조성물은 예를 들어, 다양한 과립의 압출 또는 공압출에 의해 수득될 수 있다.
본 발명에 따른 폴리머 조성물은 이에 따라, 열가소성 폴리에스테르와 추가적인 폴리머 간의 블렌딩에 의해 수득된다. 블렌드는 건조 없이 생산된 것이라는 특이성을 가지며, 다시 말해서, 열가소성 폴리에스테르 및 추가적인 폴리머는 예를 들어, 압출에 의해 블렌딩되기 전에 건조될 필요가 없다. 우선적으로, 블렌딩 단계 전의 잔류 수분 함량은 150 ppm보다 크고, 바람직하게는, 200 ppm보다 크고, 더욱 바람직하게는, 300 ppm보다 크다.
이에 따라, 블렌딩 동안 일어날 수 있는 화학 반응들 중에서, 에스테르교환 반응이 증진된다.
본 발명에 따른 열가소성 폴리에스테르와 추가적인 폴리머의 블렌딩은 사용 범위가 추가적인 폴리머 단독과 비교하여 강화되는 조성물을 수득할 수 있게 한다.
예를 들어, 본 발명에 따른 폴리에스테르와 폴리에스테르 에테르의 블렌딩은 폴리에스테르 에테르 단독과 비교하여 더 높은 융점을 갖는 폴리머 조성물을 수득할 수 있게 한다.
다른 예는 본 발명에 따른 열가소성 폴리에스테르와 폴리아미드의 블렌딩에 의해 제공될 수 있다. 이에 따라 수득된 폴리머 조성물은 특히, 필름 형태로 제조될 때, 개선된 가스 투과성을 나타낸다.
하나의 특정 구현예에 따르면, 폴리머 조성물은 또한, 촉매로서 작용함으로써 에스테르화 반응을 강화시킬 수 있게 하는 상용화제를 포함한다. 이러한 제제의 예에는 특히, 다작용성 알코올 및 산이 있다. 예를 들어, 상용화제는 티탄 테트라부톡사이드일 수 있다.
하나 이상의 첨가제는 또한 폴리머 조성물에 특정 성질을 제공하기 위해, 열가소성 폴리에스테르로부터 폴리머 조성물을 수득하는 동안에, 첨가될 수 있다.
이에 따라, 첨가제의 예로서, 유기 또는 미네랄, 나노미터 또는 비-나노미터, 작용화된 또는 비-작용화된 특성의 충전제 또는 섬유가 언급될 수 있다. 이러한 것들에는 실리카, 제올라이트, 유리 섬유 또는 비드, 클레이, 운모, 티타네이트, 실리케이트, 흑연, 칼슘 카르보네이트, 탄소 나노튜브, 목재 섬유, 탄소 섬유, 폴리머 섬유, 단백질, 셀룰로오스-기반 섬유, 리그노셀룰로오스 섬유, 및 비-파괴 과립 전분(non-destructured granular starch)이 있을 수 있다. 이러한 충전제 또는 섬유는 경도, 강성 또는 물- 또는 가스-투과성을 개선시킬 수 있게 할 수 있다.
첨가제는 또한, 불투명체(opacifier), 염료, 및 안료로부터 선택될 수 있다. 이러한 것은 코발트 아세테이트 및 하기 화합물로부터 선택될 수 있다: HS-325 Sandoplast® Red BB(아조 작용성을 지닌 화합물이고, 또한, 상품명 Solvent Red 195로 알려짐), 안트라퀴논인 HS-510 Sandoplast® Blue 2B, Polysynthren® Blue R, 및 Clariant® RSB Violet.
첨가제는 또한, 예를 들어, 벤조페논 또는 벤조트리아졸 타입의 분자, 예를 들어, BASF로부터의 Tinuvin™ 범위, 예를 들어, tinuvin 326, tinuvin P 또는 tinuvin 234, 또는 방해된 아민, 예를 들어, BASF로부터의 Chimassorb™ 범위, 예를 들어, Chimassorb 2020, Chimasorb 81 또는 Chimassorb 944와 같은 UV-차단제(UV-resistance agent)일 수 있다.
첨가제는 또한, 예를 들어, 할로겐화된 유도체 또는 비-할로겐화된 내연제(예를 들어, 인-기반 유도체, 예를 들어, Exolit® OP) 또는 예를 들어, 멜라민 시아누레이트 범위(예를 들어, melapur™: melapur 200), 또는 그밖에 알루미늄 하이드록사이드 또는 마그네슘 하이드록사이드와 같은 내화제 또는 내연제일 수 있다.
마지막으로, 첨가제는 또한, 대전 방지제 또는 그밖에 블로킹 방지제, 예를 들어, 소수성 분자의 유도체, 예를 들어, Croda로부터의 Incroslip™ 또는 Incromol™일 수 있다.
요망되는 적용에 따라, 폴리머 조성물은 당업자에게 공지된 기술에 따라 성형될 수 있고, 이에 따라, 여러 양태, 예를 들어, 필름을 가질 수 있을 것이다.
유리하게는 그리고 이의 특정 성질에 의해, 본 발명에 따른 폴리머 조성물은 플라스틱 물체 또는 구성요소의 생산을 위한 가장 특별한 적용을 갖는다.
본 발명의 제2 대상은 폴리머의 물리적 또는 화학적 성질을 개선시키는 공정에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공정은 특정 폴리머를 열가소성 폴리에스테르와 블렌딩함으로써 특정 폴리머의 기계적 또는 물리적 성질을 개선시킬 수 있게 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 공정은 하기 단계를 포함한다:
- 방향족 폴리에스테르, 지방족 폴리에스테르, 폴리에스테르 에테르, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리에테르 블록 아미드 및 폴리우레탄으로부터 선택된 폴리머를 제공하는 단계,
- 상기 폴리머를 상기에서 규정된 바와 같은 열가소성 폴리에스테르와 블렌딩하는 단계,
- 상기 블렌드를 회수하는 단계.
블렌딩 단계는 당업자에게 공지된 기술에 따라 수행될 수 있다. 예를 들어, 블렌딩은 압출 또는 공압출 기술에 의해 수행될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 공정은 제공된 폴리머의 기계적 및/또는 물리적 성질을 개선시킬 수 있게 한다.
폴리머 조성물의 수득을 위해 특히 적합한 열가소성 폴리에스테르는 하기 단계를 포함하는 합성 공정에 의해 제조될 수 있다:
● 반응기 내에, 하나의 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨(A), 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨(A)과는 다른 적어도 하나의 지환족 디올(B) 및 적어도 하나의 테레프탈산(C)을 포함하되, 몰 비율((A)+(B))/(C)이 1.05 내지 1.5의 범위인 모노머로서, 상기 모노머가 어떠한 지방족 비-환형 디올도 함유하지 않거나 도입되는 전체 모노머에 대해 5% 미만의 몰량의 지방족 비-환형 디올 단위를 포함하는 모노머를 도입하는 단계;
● 반응기 내에, 촉매 시스템을 도입하는 단계;
● 하기 단계를 포함하는, 폴리에스테르를 형성하기 위해 상기 모노머를 중합시키는 단계로서:
■ 반응 매질을 불활성 대기 하, 265 내지 280℃, 유리하게, 270 내지 280℃ 범위, 예를 들어, 275℃의 온도에서 교반하는 올리고머화의 제1 스테이지;
■ 폴리에스테르를 형성하기 위해, 형성된 올리고머를 진공 하, 278 내지 300℃, 유리하게, 280 내지 290℃의 범위, 예를 들어, 285℃의 온도에서 교반하는 올리고머의 축합의 제2 스테이지로 이루어진 단계;
● 열가소성 폴리에스테르를 회수하는 단계.
본 공정의 이러한 제1 스테이지는 불활성 대기 하에서, 다시 말해서, 적어도 하나의 불활성 가스의 대기 하에서 수행된다. 이러한 불활성 가스는 특히, 이질소(dinitrogen)일 수 있다. 이러한 제1 스테이지는 가스 스트림 하에서 수행될 수 있으며, 이는 또한, 압력 하에서, 예를 들어, 1.05 내지 8 bar의 압력에서 수행될 수 있다.
바람직하게는, 압력은 3 내지 8 bar, 가장 바람직하게는, 5 내지 7.5 bar의 범위, 예를 들어, 6.6 bar이다. 이러한 바람직한 압력 조건 하에서, 모든 모노머들의 서로 간의 반응은 이러한 스테이지 동안 모노머의 손실을 제한함으로써 증진된다.
올리고머화의 제1 스테이지 이전에, 모노머의 탈산소화 단계가 우선적으로 수행된다. 이는 예를 들어, 모노머가 반응기 내에 도입된 직후에, 진공을 생성시키고 이후에 여기에 질소와 같은 불활성 가스를 도입함으로써 수행될 수 있다. 이러한 진공-불활성 가스 도입 사이클은 여러 차례, 예를 들어, 3 내지 5회 반복될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 진공-질소 사이클은, 시약, 및 특히, 디올이 전부 용융되도록, 60 내지 80℃의 온도에서 수행된다. 이러한 탈산소화 단계는 공정의 종료 시에 수득된 폴리에스테르의 착색화 성질을 개선시키는 장점을 갖는다.
올리고머의 축합의 제2 스테이지는 진공 하에서 수행된다. 압력은 압력 감소 경사(ramp)를 이용하거나, 단계별로, 또는 그밖에 압력 감소 경사와 단계의 조합을 이용함으로써 이러한 제2 스테이지 동안 지속적으로 감소시킬 수 있다. 바람직하게는, 이러한 제2 스테이지의 종료 시에, 압력은 10 mbar 미만, 가장 바람직하게는, 1 mbar 미만이다.
중합 단계의 제1 스테이지는 바람직하게는, 20분 내지 5시간 범위의 기간을 갖는다. 유리하게는, 제2 스테이지는 30분 내지 6시간 범위의 기간을 가지며, 이러한 스테이지의 개시는 반응기가 진공 하에서, 다시 말해서, 1 bar 미만의 압력에 배치되는 순간으로 이루어진다.
본 공정은 또한, 반응기 내에 촉매 시스템을 도입하는 단계를 포함한다. 이러한 단계는 사전에 또는 상술된 중합 단계 동안에 일어날 수 있다.
촉매 시스템은 불활성 지지체 상에 선택적으로 분산되거나 고정된, 촉매 또는 촉매들의 혼합물을 의미하는 것으로 의도된다.
촉매는 폴리머 조성물을 수득하기 위한 고점도 폴리머를 수득하기에 적합한 양으로 사용된다.
에스테르화 촉매는 유리하게는, 올리고머화 스테이지 동안 사용된다. 이러한 에스테르화 촉매는 주석, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 아연, 망간, 칼슘, 및 스트론튬의 유도체들, 유기 촉매, 예를 들어, 파라-톨루엔설폰산(PTSA) 또는 메탄설폰산(MSA), 또는 이러한 촉매들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 이러한 화합물의 일 예로서, 출원 US 2011282020 A1호, 문단 [0026] 내지 [0029], 및 출원 WO 2013/062408 A1호의 5쪽에 제공된 것들이 언급될 수 있다.
바람직하게는, 아연 유도체 또는 망간, 주석 또는 게르마늄 유도체가 에스테르교환의 제1 스테이지 동안에 사용된다.
중량 기준의 양의 일 예로서, 도입된 모노머의 양에 대해, 올리고머화 스테이지 동안 촉매 시스템에 함유된 10 내지 500 ppm의 금속이 사용될 수 있다.
에스테르교환의 종료 시에, 제1 단계로부터의 촉매는 아인산 또는 인산을 첨가함으로써 선택적으로 블로킹될 수 있거나, 그밖에, 주석(IV)의 경우에서와 같이, 포스파이트, 예를 들어, 트리페닐 포스파이트 또는 트리스(노닐페닐)포스파이트 또는 출원 US 2011282020 A1호의 문단 [0034]에서 인용된 것으로 환원될 수 있다.
올리고머의 축합의 제2 스테이지는 촉매의 첨가와 함께 선택적으로 수행될 수 있다. 이러한 촉매는 유리하게는, 주석 유도체, 바람직하게는, 주석, 티탄, 지르코늄, 게르마늄, 안티몬, 비스무트, 하프늄, 마그네슘, 세륨, 아연, 코발트, 철, 망간, 칼슘, 스트론튬, 소듐, 포타슘, 알루미늄 또는 리튬의 유도체들, 또는 이러한 촉매들의 혼합물로부터 선택된다. 이러한 화합물의 예는 예를 들어, 특허 EP 1 882 712 B1호, 문단 [0090] 내지 [0094]에 제공된 것들일 수 있다.
바람직하게는, 촉매는 주석, 티탄, 게르마늄, 알루미늄 또는 안티몬 유도체이다.
중량 기준의 양의 일 예로서, 도입된 모노머의 양에 대해, 올리고머의 축합 스테이지 동안 촉매 시스템에 함유된 10 내지 500 ppm의 금속이 사용될 수 있다.
가장 바람직하게는, 촉매 시스템은 중합의 제1 스테이지 및 제2 스테이지 동안 사용된다. 상기 시스템은 유리하게는, 주석을 기반으로 한 촉매, 또는 주석, 티탄, 게르마늄 및 알루미늄을 기반으로 한 촉매들의 혼합물로 이루어진다.
일 예로서, 도입된 모노머의 양에 대해, 중량 기준의 양으로 촉매 시스템에 함유된 10 내지 500 ppm의 금속이 사용될 수 있다.
제조 공정에 따르면, 산화방지제는 유리하게는 모노머의 중합 단계 동안에 사용된다. 이러한 산화방지제는 수득된 폴리에스테르의 착색화를 감소시킬 수 있게 한다. 산화방지제는 1차 및/또는 2차 산화방지제일 수 있다. 1차 산화방지제는 입체적으로 방해된 페놀, 예를 들어, 화합물 Hostanox® 0 3, Hostanox® 0 10, Hostanox® 0 16, Ultranox® 210, Ultranox® 276, Dovernox® 10, Dovernox® 76, Dovernox® 3114, Irganox® 1010 또는 Irganox® 1076 또는 포스포네이트, 예를 들어, Irgamod® 195일 수 있다. 2차 산화방지제는 3가 인 화합물, 예를 들어, Ultranox® 626, Doverphos® S-9228, Hostanox® P-EPQ 또는 Irgafos 168일 수 있다.
또한, 반응기 내에 중합 첨가제로서, 원치 않는 에테르화 반응을 제한할 수 있는 적어도 하나의 화합물, 예를 들어, 소듐 아세테이트, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 또는 테트라에틸암모늄 하이드록사이드를 도입하는 것이 가능하다.
마지막으로, 본 공정은 중합 단계로부터 수득된 폴리에스테르를 회수하는 단계를 포함한다. 이에 따라 회수된 열가소성 폴리에스테르는 이후에, 상술된 바와 같이 성형될 수 있다.
합성 공정의 하나의 변형예에 따르면, 폴리에스테르가 반결정질일 때, 몰 질량(molar mass)을 증가시키는 단계는 열가소성 폴리에스테르를 회수하는 단계 후에 수행될 수 있다.
몰 질량을 증가시키는 단계는 후-중합에 의해 수행되고, 반결정질의 열가소성 폴리에스테르의 고체-상태 중축합(SSP)의 단계 또는 적어도 하나의 사슬 연장제의 존재 하에서의 반결정질의 열가소성 폴리에스테르의 반응성 압출 단계로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 생산 공정의 제1 변형예에 따르면, 후-중합 단계는 SSP에 의해 수행된다.
SSP는 일반적으로, 폴리머의 유리전이온도와 융점 사이의 온도에서 수행된다. 이에 따라, SSP를 수행하기 위하여, 폴리머가 반결정질인 것이 필수적이다. 바람직하게는, 후자는 10 J/g보다 큰, 바람직하게는, 20 J/g보다 큰 융해열을 가지며, 이러한 융해열의 측정은 이러한 낮은 환산 용액 점도의 폴리머 샘플을 170℃에서 16시간 동안 열처리하고, 이후에 샘플을 10 K/분에서 가열함으로써 DSC에 의해 융해열을 평가하는 것으로 이루어진다.
유리하게는, SSP 단계는 190 내지 280℃ 범위, 바람직하게는, 200 내지 250℃ 범위의 온도에서 수행되며, 이러한 단계는 부득이하게 반결정질의 열가소성 폴리에스테르의 융점 미만의 온도에서 수행되어야 한다.
SSP 단계는 불활성 대기에서, 예를 들어, 질소 하에서 또는 아르곤 하에서, 또는 진공 하에서 수행될 수 있다.
생산 공정의 제2 변형예에 따르면, 후-중합 단계는 적어도 하나의 사슬 연장제의 존재 하에서 반결정질의 열가소성 폴리에스테르의 반응성 압출에 의해 수행된다.
사슬 연장제는 반응성 압출에서, 반결정질의 열가소성 폴리에스테르의 알코올, 카르복실산 및/또는 카르복실산 에스테르 작용기와 반응할 수 있는 2개의 작용기를 포함하는 화합물이다. 사슬 연장제는 예를 들어, 2개의 이소시아네이트, 이소시아누레이트, 락탐, 락톤, 카르보네이트, 에폭시, 옥사졸린 및 이미드 작용기를 포함하는 화합물로부터 선택될 수 있으며, 상기 작용기는 동일하거나 상이할 수 있다. 열가소성 폴리에스테르의 사슬 연장은 용융된 물질과 반응기의 가스상 빈 공간(gaseous headspace) 간의 양호한 계면을 보장하기 위해 충분히 분산되게 교반하면서 매우 점성의 매질을 혼합할 수 있는 임의의 반응기에서 수행될 수 있다. 이러한 처리 단계를 위해 특히 적합한 반응기는 압출기이다.
반응성 압출은 임의의 타입의 압출기, 특히, 단일-스크류 압출기, 동회전 트윈-스크류 압출기 또는 역회전 트윈-스크류 압출기에서 수행될 수 있다. 그러나, 동회전 압출기를 이용하여 이러한 반응성 압출을 수행하는 것이 바람직하다.
반응성 압출 단계는
● 상기 폴리머를 용융시키기 위해 압출기 내에 폴리머를 도입하고;
● 이후에, 용융된 폴리머 내에 사슬 연장제를 도입하고;
● 이후에, 압출기에서 폴리머를 사슬 연장제와 반응시키고;
● 이후에, 압출 단계에서 수득된 반결정질의 열가소성 폴리에스테르를 회수함에 의해 수행될 수 있다.
압출 동안, 압출기 내측의 온도는 폴리머의 융점을 초과하도록 조정된다. 압출기 내측의 온도는 150 내지 320℃의 범위일 수 있다.
몰 질량을 증가시키는 단계 후에 수득된 반결정질의 열가소성 폴리에스테르는 회수되고, 이후에, 전술된 바와 같이 성형된다.
본 발명은 하기 실시예 및 수치에 의해 더욱 명확하게 이해될 것이며, 이러한 것들은 오로지 예시적인 것으로만 의도되고, 어떠한 방식으로도 보호 범위를 제한하지는 않는다.
실시예
폴리머의 성질을 하기 기술을 통해 연구하였다:
환산 용액 점도
환산 용액 점도를, 교반하면서 130℃에서 폴리머를 용해시킨 후, 25℃에서 Ubbelohde 모세관 점도계를 이용하여 페놀 및 오르쏘-디클로로벤젠의 동일-질량 혼합물 중에서 평가하였으며, 도입된 폴리머의 농도는 5 g/ℓ이었다.
DSC
폴리에스테르의 열적 성질을 시차 주사 열량측정법(DSC)에 의해 측정하였다. 먼저 샘플을 개방된 도가니에서 질소 대기 하에서, 10℃에서 320℃까지(10℃분-1) 가열하고, 10℃까지(10℃분-1) 냉각시키고, 이후에, 다시 제1 단계와 동일한 조건 하에서 320℃까지 가열하였다. 유리전이온도를 제2 가열의 중간점에서 얻었다. 임의의 융점을 제1 가열에서 흡열 피크(개시) 상에서 결정하였다.
유사하게, 용해 엔탈피(곡선 아래 면적)를 제1 가열에서 결정하였다.
하기에 제시되는 예시적인 실시예에 대하여, 하기 시약을 사용하였다:
1,4-시클로헥산디메탄올(99% 순도, 시스 이성질체와 트랜스 이성질체의 혼합물)
이소소르비드(순도 > 99.5%) Roquette Freres로부터의 Polysorb® P
Acros로부터의 테레프탈산(99+% 순도)
BASF AG로부터의 Irganox® 1010
Sigma Aldrich로부터의 디부틸주석 옥사이드(98% 순도)
Hytrel®: Dupont으로부터의 Hytrel 5556
mXD6: Mitsubishi Gaz Chemical로부터의 등급 S6007
실시예 1: 열가소성 폴리에스테르 및 폴리에스테르 에테르를 포함하는 폴리머 조성물
A: 열가소성 폴리에스테르
P1
의 중합
1432 g(9.9 mol)의 1,4-시클로헥산디메탄올, 484 g(3.3 mol)의 이소소르비드, 2000 g(12.0 mol)의 테레프탈산, 1.65 g의 Irganox 1010(항산화제) 및 1.39 g의 디부틸주석 옥사이드(촉매)를 7.5 ℓ 반응기에 첨가하였다. 이소소르비드 결정으로부터 잔류 산소를 추출하기 위하여, 반응 매질의 온도가 60℃가 된 직후에, 4회의 진공-질소 사이클을 수행하였다.
87%의 에스테르화도가 얻어질 때까지(수집된 증류물의 질량으로부터 추정됨), 반응 혼합물을 이후에 6.6 bar의 압력 하 및 일정한 교반(150 rpm)과 함께 275℃(4℃/분)까지 가열하였다. 압력을 이후에, 로그 구배(logarithmic gradient)에 따라 90분의 과정에 걸쳐 0.7 mbar까지 감소시키고, 온도를 285℃까지 되게 하였다.
초기 토크(torque)에 대해 12.1 Nm의 토크 증가가 얻어질 때까지 이러한 진공 및 온도 조건을 유지하였다.
마지막으로, 폴리머 로드(polymer rod)를 반응기의 하부 밸브를 통해 캐스팅하고, 열-조절된 수욕에서 15℃까지 냉각시키고, 약 15 mg의 과립 G1의 형태로 절단하였다.
과립 G1을 이후에 고체-상태 후-축합 단계에서 사용하였다.
이에 따라, 과립 G1을 오븐에서, 진공 하, 170℃에서 2시간 동안 결정화하였다.
몰 질량을 증가시키기 위해 고체-상태 후-축합 단계를 질소의 스트림(1500 ℓ/h) 하, 210℃에서 20시간 동안 10 kg의 이러한 과립에 대해 수행하였다. 고체-상태 축합 후 수지는 103.4 ml.g-1의 환산 용액 점도를 갖는다.
폴리에스테르의 1H NMR 분석에서는 폴리에스테르 P1이 디올에 대해 17.0 mol%의 이소소르비드를 함유한다는 것을 나타낸다.
열적 성질과 관련하여, 폴리에스테르 P1은 96℃의 유리전이온도, 253℃의 융점, 및 23.2 J/g의 융해 엔탈피를 갖는다.
B: 블렌딩을 위한 압출
70 중량%의 폴리에스테르 P1(잔류 수분 함량 0.1%) 및 10 중량%의 Hytrel® 폴리에스테르 에테르를 함유한 "건조" 블렌드를 직경이 26이고 L/D 비율이 40이고 가열 구역이 8개인 TSA 압출기 내에 도입하였다.
전체 과립 유량을 5 kg/h에서 고정시키고, 가열 구역을 하기 표 1에 기술된 바와 같은 온도에서 조절하였다:
[표 1]
압출기 배출구에서 압출된 로드를 절단하여 각각 20 내지 25 mg의 과립 G1'를 형성하였다.
사출 전에 이러한 과립 G1'를 150℃에서 진공-건조시켰다. 과립 G1'에서의 잔류 수분 함량은 125 ppm이다.
C: 성형을 위한 사출
사출을 Engel Victory 80 프레스 상에서 수행하였다.
압출 단계에서 수득된 과립 G1'를 건조 대기에서 유지시키고, 하기 온도를 갖는 사출 프레스의 호퍼(hopper) 내에 도입하였다(4개의 가열 구역, 노즐→피드(feed)): 275/275/260/260, 모울드 온도는 50℃에서 고정됨. 과립을 두께가 4 mm인 바(bar)(또는 시험 시편)의 형태로 사출하였다.
사출을 위해 사용되는 파라미터는 하기 표 2에 제시된 바와 같다:
[표 2]
이에 따라, 시험 시편을 수득하였다.
동적 열기계적 분석은 저온(-55℃)의 알파 1 전이 온도(Tα1) 및 또한, 85℃의 알파 2 전이 온도(Tα2) 를 나타낸다.
DSC 분석은 285℃의 융점, 및 또한, -55℃의 Tα1과 관련된 유리전이온도 Tg를 나타낸다.
Tα2와 관련된 Tg는 써모그램(thermogram) 상에 나타나지 않았다.
폴리머 조성물은 이러한 실시예에서, 열가소성 엘라스토머의 정의와 일치하고, Hytrel®와 비교하여 확장된 사용 범위를 갖는다. 실제로, 융점 Mp는 Hytrel® 단독의 경우 222℃ 대신에 258℃에서 측정된다.
실시예 2: 열가소성 폴리에스테르 및 폴리아미드를 포함하는 폴리머 조성물
A: 중합
중합을 실시예 1과 동일한 절차, 동일한 양, 및 동일한 화합물에 따라 수행하였다.
B: 블렌딩을 위한 압출
80 중량%의, 중합 단계에서 수득된 폴리에스테르 P1(잔류 수분 함량 0.1%), 20 중량%의 폴리아미드 mXD6, 및 첨가된 0.1%의, 에스테르아미드교환 반응을 촉매화할 수 있는, 상용화제로서의 티탄 테트라부톡사이드로 "건조" 블렌드를 제조하였다. 블렌드를 이후에, 직경이 26이고 L/D 비율이 40이고 가열 구역이 8개인 TSA 압출기 내에 도입하였다.
전체 과립 유량을 5 kg/h에서 고정시키고, 가열 구역을 하기 표 3에 기술된 바와 같은 온도에서 조절하였다:
[표 3]
압출기 배출구에서 압출된 로드를 절단하여 각각 20 내지 25 mg의 과립 G2를 형성하였다.
C: 성형을 위한 압출
300 ppm 미만의 잔류 수분 함량을 달성하기 위하여, 압출 단계 B에서 수득된 과립 G2를 140℃에서 진공-건조시키고, 이러한 실시예에서, 과립의 물 함량은 148 ppm이었다.
그런 다음 건조 대기에서 유지된, 과립을 압출기의 호퍼 내로 도입하였다.
사용된 압출기는 평평한 다이(flat die)가 장착된 Collin 압출기이며, 어셈블리는 캘린더링 기계(calendering machine)에 의해 완성되었다. 압출 파라미터는 하기 표 4에 나타내었다:
[표 4]
폴리에스테르로부터 이에 따라 압출된 시트는 4 mm의 두께를 갖는다.
이후에, 시트를 크기가 11.2×11.2 cm인 사각형으로 절단하고, 이후에, Brueckner Karo IV 연신기(stretching machine)를 이용하여, 시트의 절단된 조각을 2 방향으로 연신시켰으며, 이를 130℃ 내지 140℃의 온도에서 2 방향으로 2.8×2.8의 연신 비율(stretch ratio)로 그리고 2초의 시간 동안 수행하였다.
이에 따라, 두께가 14 ㎛인 이축 연신 필름을 이러한 처리 후에 수득하였다.
본 발명에 따른 폴리머 조성물로부터 수득된 필름은 폴리에스테르 단독으로 수득된 필름과 비교하여 가스 투과성에 대한 증가된 성질을 갖는다.
Claims (8)
- - 적어도 하나의 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A), 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)와는 다른 적어도 하나의 지환족 디올 단위(B), 적어도 하나의 테레프탈산 단위(C)를 포함하고, 여기서, (A)/[(A)+(B)] 비율이 적어도 0.05 및 최대 0.30인 열가소성 폴리에스테르로서, 상기 폴리에스테르가 어떠한 지방족 비-환형 디올 단위도 함유하지 않고, 상기 폴리에스테르의 환산 용액 점도(25℃; 페놀(50%m):오르쏘-디클로로벤젠(50%m); 5 g/ℓ의 폴리에스테르)가 70 ㎖/g보다 큰, 열가소성 폴리에스테르,
- 방향족 폴리에스테르, 지방족 폴리에스테르, 폴리에스테르 에테르, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리에테르 블록 아미드 및 폴리우레탄으로부터 선택된 추가적인 폴리머를 포함하는, 폴리머 조성물. - 제1항에 있어서, 지환족 디올(B)이 1,4-시클로헥산디메탄올, 1,2-시클로헥산디메탄올, 1,3-시클로헥산디메탄올 또는 이러한 디올들의 혼합물로부터 선택된 디올인 것을 특징으로 하는, 폴리머 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨(A)이 이소소르비드(isosorbide)인 것을 특징으로 하는, 폴리머 조성물.
- 삭제
- 제1항 또는 제2항에 있어서, (1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A) + 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)와는 다른 지환족 디올 단위(B))/(테레프탈산 단위(C)) 몰 비율이 1.05 내지 1.5인 것을 특징으로 하는, 폴리머 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 첨가제 및/또는 상용화제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리머 조성물.
- - 방향족 폴리에스테르, 지방족 폴리에스테르, 폴리에스테르 에테르, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리에테르 블록 아미드 및 폴리우레탄으로부터 선택된 폴리머를 제공하는 단계,
- 적어도 하나의 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A), 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨 단위(A)와는 다른 적어도 하나의 지환족 디올 단위(B), 적어도 하나의 테레프탈산 단위(C)를 포함하고, 여기서, (A)/[(A)+(B)] 비율이 적어도 0.05 및 최대 0.30인 열가소성 폴리에스테르로서, 상기 폴리에스테르가 어떠한 지방족 비-환형 디올 단위도 함유하지 않고, 상기 폴리에스테르의 환산 용액 점도(25℃; 페놀(50%m):오르쏘-디클로로벤젠(50%m); 5 g/ℓ의 폴리에스테르)가 70 ㎖/g보다 큰, 열가소성 폴리에스테르를 상기 폴리머와 블렌딩하는 단계,
- 상기 블렌드를 회수하는 단계를 포함하는, 폴리머의 물리적 또는 화학적 성질을 개선시키는 방법. - 제7항에 있어서, 블렌딩 단계가 압출 또는 공압출 기술에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
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