KR20050094430A - Catalyst complex for catalysing esterification and transesterification reactions and process for esterification/transesterification using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에스테르화 및 트랜스에스테르화 반응용 촉매 복합체 및 이를 이용하는 에스테르화/트랜스에스테르화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to catalyst complexes for esterification and transesterification reactions and to esterification / transesterification methods using the same.
폴리에스테르 및 코폴리에스테르들은 다양한 용도를 갖는 중합체 물질들을 대표하는 것으로 알려져 있다. 이들은 바람직하게는 촉매의 존재 하에서 디카르복실산(dicarboxylic acid), 바람직하게는 테레프탈산(terephthalic acid)과 같은 방향족 산(aromatic acid)을 에틸렌글리콜(ethylene glycol)과 같은 디히드록시 화합물(dihydroxy compound)과 반응시켜 얻어진다.Polyesters and copolyesters are known to represent polymeric materials having a variety of uses. They are preferably dicarboxylic compounds such as dicarboxylic acids, preferably aromatic acids such as terephthalic acid, and dihydroxy compounds such as ethylene glycol in the presence of a catalyst. It is obtained by reaction with.
열가소성 폴리에스테르류는 상업적으로 대량으로 생산되는, 매우 중요한 중합체 물질이다. 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET ; polyethylene terephthalate)와 같은 선형 열가소성 폴리에스테르는 다양한 형태로 사용된다. 예를 들어, 이들은 합성섬유의 형태로 사용될 수 있으며, 이는 대부분의 무기산들에 대해 우수한 저항성을 나타내며, 세탁용제 및 계면활성제들에 대해서도 뛰어난 저항성을 나타낸다. 열가소성 폴리에스테르류는 또한 주조 물질(molding material)로서 대량으로 사용된다. 이러한 물질들은 경도(hardness), 강도(strength), 인성(靭性 ; toughness), 우수한 내약품성(chemical resistance) 및 낮은 흡습도(moisture absorption) 등과 같은 많은 소망하는 특성들에 의해 특정된다.Thermoplastic polyesters are very important polymeric materials that are produced in commercial quantities in large quantities. Linear thermoplastic polyesters such as polyethylene terephthalate (PET) are used in various forms. For example, they can be used in the form of synthetic fibers, which exhibit excellent resistance to most inorganic acids and excellent resistance to laundry solvents and surfactants. Thermoplastic polyesters are also used in large quantities as molding materials. Such materials are characterized by many desired properties such as hardness, strength, toughness, good chemical resistance and low moisture absorption.
예를 들어, 디올류와 알킬 또는 아릴 디산류(diacids)의 중축합에 의한 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르류의 생산은 Encyclopaedia of Polymer Science and Engineering, 2판, 12권, John Wiley and Sons, 뉴욕(1988)에서 기술된 바와 같이 당해 기술분야에서 잘 알려져 있다. 폴리에틸렌테레프탈레이트는 일반적으로 소위 1단계 촉매부가물이라 불리우는 것의 존재 하에서 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 전환시키는 것에 의해서 또는 디메틸테레프탈레이트와 에틸렌글리콜을 트랜스에스테르화시키는 것에 의해서 저분자량의 프리폴리머 [비스(히드록시알킬)에스테르 및 올리고머들]([bis(hydroxyalkyl)ester and oligomers])로 형성된다. 계속해서 상기 프리폴리머는 에스테르화 및 트랜스에스테르화 반응들에 의해 중축합되어 고분자량의 폴리에스테르를 형성한다. 상기 트랜스에스테르화가 본래 느린 반응이기 때문에, 이는 반응물들을 상승된 온도에서 연장된 시간 동안 유지시키는 것을 필요로 하며, 이는 열분해를 동반하며, 상기 중축합단계는 일반적으로 촉매된다.For example, the production of polyesters, such as polyethylene terephthalate, by polycondensation of diols with alkyl or aryl diacids is described in Encyclopaedia of Polymer Science and Engineering, 2nd edition, Vol. 12, John Wiley and Sons, New York. It is well known in the art as described in (1988). Polyethylene terephthalate is generally a low molecular weight prepolymer [bis (hydroxyalkyl) by converting terephthalic acid and ethylene glycol in the presence of what is called a one-stage catalyst adduct or by transesterifying dimethyl terephthalate and ethylene glycol. Esters and oligomers] ([bis (hydroxyalkyl) ester and oligomers]). The prepolymer is then polycondensed by esterification and transesterification reactions to form a high molecular weight polyester. Since the transesterification is inherently a slow reaction, this requires keeping the reactants at elevated temperatures for an extended time, which is accompanied by pyrolysis, and the polycondensation step is generally catalyzed.
그러나 가능한 한 높은 속도에서 고분자량 및 저 황변도(yellowness)를 갖는 폴리에스테르를 제조하는 것이 매우 바람직하다. 폴리에스테르에서의 황변도는 대개는 중합체 분해(polymer degradation) 및 중합 또는 하향-흐름 공정(down-stream processing) 동안에 일어나는 부반응들의 결과이다. 따라서 합성된 중합체에서의 황변도는 생산된 중합체의 품질 뿐만 아니라 상기 중합체를 섬유, 필름 및 특정의 주조된 부품 등과 같이 색상에 민감한 응용예들로 제조된 형상들로의 가공성을 나타낸다. 비록, 고분자량의 폴리에스테르를 생산하기 위한 많은 촉매들이 알려져 있기는 하나, 전환율, 사용상의 용이성 또는 그들에 의해 생산된 생산물의 품질 등에서의 불충분함으로 인한 어려움을 겪고 있다. 높은 반응속도 및 낮은 색상의 바람직한 조합을 제공하는 촉매로서 안티몬-함유 화합물들이 광범위하게 상업적으로 사용되고 있다. 그러나 비용의 문제 및 환경적으로 영향을 주지 않을 정도의 방법으로 독성인 안티몬을 다루는 데 따르는 어려움으로 인하여 안티몬의 대체물을 찾을 필요성은 상당히 크게 존재한다.However, it is highly desirable to produce polyesters having high molecular weight and low yellowness at as high a speed as possible. Yellowness in polyesters is usually the result of polymer degradation and side reactions that occur during polymerization or down-stream processing. Thus yellowing in the synthesized polymers indicates not only the quality of the polymer produced, but also the processability of the polymer into shapes made for color sensitive applications such as fibers, films and certain cast parts. Although many catalysts for producing high molecular weight polyesters are known, they suffer from insufficiency in conversion, ease of use or the quality of the products produced by them. Antimony-containing compounds are widely used commercially as catalysts which provide a desirable combination of high reaction rate and low color. However, there is a significant need for finding antimony substitutes due to cost concerns and the difficulty of dealing with toxic antimony in ways that will not affect the environment.
티타늄-베이스의 화합물들이 종종 중축합 반응들을 촉매하기 위하여 사용되었다. 이들 촉매들은 비독성이고, 이들의 반응성은 안티몬 촉매들 중의 어느 하나 보다도 우수하기는 하나, 이는 수득되는 중합체의 바람직하지 못한 황색으로의 착색을 일으키는 것으로 나타났다.Titanium-based compounds were often used to catalyze polycondensation reactions. These catalysts are non-toxic and their reactivity is superior to any of the antimony catalysts, but it has been shown to cause undesirable yellowing of the polymer obtained.
일부 특허들에는 폴리에스테르 및 코폴리에스테르를 제조하는 방법을 포함하고 있으며, 여기에서는 티타늄 화합물과 알칼리금속 화합물들이 촉매로서 사용되었다. WO98/56848호에는 중축합 촉매들로서 공침전물류(coprecipitates)가 기술되어 있다. DE 195 13 056 A1호에는 침전물로서 이산화티탄 또는 티탄산염 화합물(titanate compound)을 기초로 하는 촉매들이 기술되어 있다. 또한, 일본국 특허출원 제52148953호에는 알칼리금속 화합물의 존재 하에서 촉매로서 티타늄을 포함하는 특정한 착화합물의 사용에 의한 폴리에스테르의 제조가 기술되어 있다.Some patents include methods for making polyesters and copolyesters, wherein titanium compounds and alkali metal compounds are used as catalysts. WO 98/56848 describes corecipitates as polycondensation catalysts. DE 195 13 056 A1 describes catalysts based on titanium dioxide or titanate compounds as precipitates. In addition, Japanese Patent Application No. 52148953 describes the production of polyesters by the use of specific complexes comprising titanium as a catalyst in the presence of alkali metal compounds.
Textile Praxis International 1, 1989의 29 내지 33페이지들에는 동일 몰 양(equimolar amount)의 티타늄글리콜레이트(titanium glycolate)와 알칼리금속글리콜레이트를 포함하는 촉매가 불충분한 분자량의 폴리에스테르로 유도한다는 것이 기술되어 있다.Pages 29-33 of Textile Praxis International 1, 1989 describe that catalysts containing equal molar amounts of titanium glycolate and alkali metalglycolates lead to polyesters of insufficient molecular weight. have.
따라서 본 발명의 제1의 목적은 선행기술에서 언급된 불리한 점들을 극복하는, 에스테르화 및 트랜스에스테르화 반응들을 촉매하고, 특히 감소된 황변화 착색 및 증가된 분자량 등과 같은 개선된 폴리에스테르 특성들을 가지며, 짧은 반응시간 내에 낮은 촉매 농도로 폴리에스테르를 합성하는 촉매를 제공하는 것이다.It is therefore a first object of the present invention to catalyze esterification and transesterification reactions, overcoming the disadvantages mentioned in the prior art, in particular with improved polyester properties such as reduced yellowing coloration and increased molecular weight and the like. To provide a catalyst for synthesizing polyester at low catalyst concentration within a short reaction time.
본 발명의 제2의 목적은 상기 신규한 촉매 복합체를 사용하여 폴리에스테르를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is a second object of the present invention to provide a process for producing a polyester using the novel catalyst composite.
상기 제1의 목적은,The first object is,
1) 하기 화학식 1의 구조를 갖는 중합체성의 티타늄글리콜레이트,1) a polymeric titanium glycolate having a structure of Formula 1,
상기 식에서, n은 1 내지 200의 수임; 및In which n is a number from 1 to 200; And
2) 알칼리금속글리콜레이트;를 포함하며, 여기에서 상기 중합체성의 티타늄글리콜레이트와 상기 알칼리금속글리콜레이트의 몰비가 1.25:1 내지 100:1, 바람직하게는 1.25:1 내지 10:1의 범위 이내임을 특징으로 하는 에스테르화/트랜스에스테르화 반응 촉매용 촉매 복합체를 제공하는 것에 의하여 달성된다.2) an alkali metal glycolate, wherein the molar ratio of the polymeric titanium glycolate and the alkali metal glycolate is in the range of 1.25: 1 to 100: 1, preferably 1.25: 1 to 10: 1. It is achieved by providing a catalyst composite for the esterification / transesterification reaction catalyst characterized in that.
바람직하게는, 상기 알칼리금속글리콜레이트의 알칼리금속은 나트륨이고, 글리콜레이트의 화학식은 Na-O-CH2-CH2-OH이다.Preferably, the alkali metal of the alkali metal glycolate is sodium, and the chemical formula of glycolate is Na-O-CH 2 -CH 2 -OH.
더욱 바람직하게는, 산 에스테르화 구성성분으로 언급된 것으로서 에스테르화 구성성분들의 혼합물 내에서의 상기 촉매 복합체의 금속의 총량은 1 내지 70ppm, 바람직하게는 10 내지 50ppm이다. More preferably, the total amount of metal of the catalyst composite in the mixture of esterification constituents, referred to as acid esterification constituents, is 1 to 70 ppm, preferably 10 to 50 ppm.
제2의 목적을 달성하기 위하여, 통상 상기 촉매 복합체를 사용하여 폴리에스테르를 제조하기 위하여는, 우선 디카르복실산을 디올로 에스테르화시키고, 계속해서 트랜스에스테르화시키는 것에 의해 달성된다. 상기 촉매 복합체는 양쪽 모두에서 활성이다. 상기 카르복실산 화합물은 화학식 HOOC-R-COOH의 디카르복실산이고, 여기에서, R은 선형 또는 분지(分枝)된 알킬렌기(alkylen group), 아릴렌기(arylene, group) 알케닐렌기(alkenylen group) 또는 이들의 조합이다.In order to achieve the second object, in order to prepare polyester using the above catalyst composite, it is usually achieved by first esterifying dicarboxylic acid with diol and then transesterifying. The catalyst complex is active in both. The carboxylic acid compound is a dicarboxylic acid of the formula HOOC-R-COOH, wherein R is a linear or branched alkylen group, arylene group arkenylene group ( alkenylen group) or a combination thereof.
바람직하게는 R은 2 내지 30, 보다 바람직하게는 4 내지 15의 탄소수를 갖는다.Preferably R has 2 to 30, more preferably 4 to 15 carbon atoms.
더욱이, 상기 카르복실산 화합물로는 테레프탈산(terephthalic acid), 이소프탈산(isophthalic acid), 나프탈렌이산(naphthalenic diacid), 숙신산(succinic acid), 아디프산(adipic acid), 프탈산(phthalic acid), 글루타르산(glutaric acid), 옥살산(oxalic acid), 말레산(maleic acid) 및 이들의 조합들을 포함하여 이루어지는 그룹으로부터 선택된 것이 바람직하다.Further, the carboxylic acid compound may include terephthalic acid, isophthalic acid, naphthalenic diacid, succinic acid, adipic acid, phthalic acid, and glue. It is preferably selected from the group consisting of tartaric acid (glutaric acid), oxalic acid, maleic acid and combinations thereof.
가장 바람직하게는, 상기 카르복실산 화합물은 테레프탈산이다.Most preferably, the carboxylic acid compound is terephthalic acid.
상기 카르복실산 화합물이 카르복실산으로부터 유도되는 반복단위들을 갖는 올리고머인 것도 바람직하다.It is also preferred that the carboxylic acid compound is an oligomer having repeating units derived from carboxylic acid.
상기 알코올성 화합물이 HO-R'-OH의 화학식의 알킬렌글리콜, HO-[R"-O-]n-H의 화학식의 폴리알킬렌글리콜 또는 이들의 조합이고, 상기에서, R'는 2 내지 10, 바람직하게는 2 내지 4의 탄소수를 갖는, 선형 또는 분지된 알킬렌기이고, 상기에서, R"는 동일하거나 서로 다르며, 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 5의 탄소수를 갖는, 선형 또는 분지된 알킬렌기이다.The alcoholic compound is alkylene glycol of the formula of HO-R'-OH, polyalkylene glycol of the formula of HO- [R "-O-] n- H, or a combination thereof, wherein R 'is 2 to 10, preferably a linear or branched alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, wherein R ″ is the same or different and is linear or branched, having 1 to 10, preferably 1 to 5 carbon atoms Alkylene group.
더욱이, 상기 알코올성 화합물로는 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 프로필렌글리콜(propylene glycol), 이소프로필렌글리콜(isopropylene glycol), 부틸렌글리콜(butylene glycol), 1-메틸프로필렌글리콜(1-methyl propylene glycol), 펜틸렌글리콜(pentylene glycol), 네오펜틸렌글리콜(neopentylene glycol) 및 이들의 조합을 포함하여 이루어지는 그룹으로부터 선택된 것이 될 수 있다.Further, the alcoholic compound may be ethylene glycol, propylene glycol, isopropylene glycol, butylene glycol, 1-methyl propylene glycol, 1-methyl propylene glycol, It may be selected from the group consisting of pentylene glycol, neopentylene glycol (neopentylene glycol) and combinations thereof.
게다가, 다른 구체적인 실시예에서, 상기 방법이 150 내지 500℃, 바람직하게는 250 내지 300의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.In addition, in another specific embodiment, it is preferred that the process is carried out at a temperature of 150 to 500 ° C., preferably 250 to 300.
또 다른 구체적인 실시예에서, 상기 방법은 0.001 내지 10기압의 압력하에서 수행된다.In another specific embodiment, the method is carried out under a pressure of 0.001 to 10 atmospheres.
더욱이, 상기 카르복실산 화합물에 대한 상기 알코올성 화합물의 몰비가 0.1:1 내지 10:1, 바람직하게는 1:1 내지 3:1의 범위 이내가 될 수 있다.Furthermore, the molar ratio of the alcoholic compound to the carboxylic acid compound may be in the range of 0.1: 1 to 10: 1, preferably 1: 1 to 3: 1.
상기 촉매는 산 에스테르화 구성성분으로 언급된 것으로서 에스테르화 구성성분들의 1 내지 70ppm, 바람직하게는 10 내지 50ppm의 범위 이내로 존재하는 것이 바람직하다.The catalyst is referred to as the acid esterification component and is preferably present in the range of 1 to 70 ppm, preferably 10 to 50 ppm of the esterification components.
보다 유리하게는, 상기 방법은 폴리에틸렌테레프탈레이트의 제조에 사용될 수 있다.More advantageously, the process can be used for the preparation of polyethylene terephthalate.
놀랍게도, 본 발명에 따른 촉매 복합체는 짧은 반응시간 내에 높은 수율로 폴리에스테르를 형성할 수 있음을 발견하였다. 더욱이, 본 발명에 따른 상기 촉매 복합체는 형성된 폴리에스테르의 바람직하지 않은 황변화를 방지한다. 수득된 폴리에스테르의 분자량은 안티몬 유래의 촉매 복합체에 대한 경우 보다 더 높은 범위 이내가 되며, 따라서 공업적 용도들에 더 적합하다. 더욱이, 본 발명에서는 종래 기술(Textile Praxis International 1, 1989의 29 내지 33페이지) 보다 훨씬 높은 분자량이 얻어진다. 게다가, 단지 낮은 촉매 농도만이 필요하게 되며, 따라서 중합체 내의 총 금속 함량이 낮다.Surprisingly, it has been found that the catalyst composites according to the invention can form polyesters in high yields within a short reaction time. Moreover, the catalyst composite according to the present invention prevents undesirable sulfur change of the formed polyester. The molecular weight of the polyester obtained falls within a higher range than for the antimony-derived catalyst composites and is therefore more suitable for industrial applications. Moreover, much higher molecular weights are obtained in the present invention than in the prior art (pages 29-33 of Textile Praxis International 1, 1989). In addition, only low catalyst concentrations are needed, so the total metal content in the polymer is low.
본 발명의 촉매 복합체로서의 중합체성 티타늄글리콜레이트는 하기 화학식 2의 구조를 갖는다.Polymeric titanium glycolate as the catalyst composite of the present invention has a structure of formula (2).
상기 식에서, n은 0 내지 200의 수이다.Wherein n is a number from 0 to 200.
에틸렌글리콜에 불용인 상기 중합체성 티타늄글리콜레이트는 알칼리금속글리콜레이트를 첨가하여 상기 타타늄글리콜레이트와 상기 알칼리금속글리콜레이트 사이의 복합체의 형성에 의하여 용해될 수 있다. 이 촉매 복합체는 폴리에스테르 또는 코폴리에스테르의 제조에 있어서 용액으로 또는 고체로서 사용될 수 있다.The polymeric titanium glycolate insoluble in ethylene glycol may be dissolved by adding an alkali metal glycolate to form a complex between the titanium glycolate and the alkali metal glycolate. This catalyst composite can be used in solution or as a solid in the preparation of polyesters or copolyesters.
예를 들면, 상기 중합체성 티타늄글리콜레이트는 티타늄부틸레이트(titanium butylate)와 에틸렌글리콜을 전환시키는 것에 의해 제조될 수 있다. 상기 알칼리금속글리콜레이트는 원소 상태의 알칼리금속(elemental alkali metal)을 에틸렌글리콜에 용해시키는 것에 의해 제조될 수 있다. 중합체성 화합물로서의 티타늄글리콜레이트는 에틸렌글리콜에는 용해될 수 없다. 알칼리금속글리콜레이트의 에틸렌글리콜 용액을 티타늄글리콜레이트에 첨가하는 것에 의하여, 에틸렌글리콜에 용해되어 맑은 촉매 용액을 얻을 수 있는 복합체가 수득된다. 상기 복합체 화합물은 에틸렌글리콜의 증류에 의해 침전될 수 있으며, 에틸렌글리콜 용액과 마찬가지로 고체로서 사용될 수도 있다.For example, the polymeric titanium glycolate may be prepared by converting titanium butylate and ethylene glycol. The alkali metal glycolate may be prepared by dissolving an elemental alkali metal in ethylene glycol. Titanium glycolate as a polymeric compound cannot be dissolved in ethylene glycol. By adding an ethylene glycol solution of an alkali metal glycolate to titanium glycolate, a complex is obtained that can be dissolved in ethylene glycol to obtain a clear catalyst solution. The complex compound may be precipitated by distillation of ethylene glycol, and may be used as a solid like the ethylene glycol solution.
본 발명은 다음의 실시예들에서 보다 상세하게 설명되기는 하나, 본 발명의 관점은 이들 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다.Although the present invention is described in more detail in the following examples, aspects of the invention are not limited by these embodiments.
실시예 1 - 티타늄/나트륨-글리콜레이트의 제조Example 1 Preparation of Titanium / Sodium Glycolate
1.1 티타늄글리콜레이트의 합성1.1 Synthesis of Titanium Glycolate
교반기, 질소 유입용 가스투입구 및 증류연결관을 갖는 500㎖, 3구 플라스크에 68.0g(0.2몰)의 티타늄부틸레이트와 124.2g(2.0몰)의 에틸렌글리콜을 채워넣었다. 이 투명한 용액을 5분 동안 교반시키는 것에 의하여 혼합시켰다. 질소를 서서히 흘려넣으면서, 상기 혼합물을 160℃(유조의 온도)까지 가열시켰다. 가열하는 동안, 흰색 고체가 침전하기 시작한다. 반응 동안에 형성된 n-부틸알코올을 증류하여 제거하였다. 반응시간은 약 9시간이다. n-부틸알코올의 이론적인 양인 59.3g(0.8몰)을 얻기 위하여 상기 유조의 온도를 180℃까지 가열할 필요가 있는 경우도 가끔 있다. 상기 플라스크를 마개로 밀폐시키고, 상기 반응혼합물을 하룻밤 동안 냉각시켰다. 상기 혼합물에 100㎖의 에틸아세테이트를 가하고, 5분 동안 교반시켰다. G3 프릿(G3 frit)을 통하여 고체를 여과해내고, 50㎖의 에틸아세테이트로 세척하였다. 생성물을 데시케이터 내에서 오산화인(phosphorus(V) oxide) 상에서 건조시키고, 그 후 3시간 동안 진공(0.1mbar) 하, 60℃에서 건조시켰다. 수율은 33.5g(0.199몰/99.7%) 이었다.A 500 mL three-necked flask with a stirrer, a gas inlet for nitrogen inlet and a distillation tube was charged with 68.0 g (0.2 mol) of titanium butyrate and 124.2 g (2.0 mol) of ethylene glycol. This clear solution was mixed by stirring for 5 minutes. The mixture was heated to 160 ° C. (temperature of the oil bath) while flowing nitrogen slowly. During heating, a white solid begins to precipitate. The n-butyl alcohol formed during the reaction was distilled off. The reaction time is about 9 hours. It is sometimes necessary to heat the temperature of the oil bath to 180 ° C. in order to obtain 59.3 g (0.8 mole) of the theoretical amount of n-butyl alcohol. The flask was sealed with a stopper and the reaction mixture was cooled overnight. 100 ml of ethyl acetate was added to the mixture and stirred for 5 minutes. The solid was filtered off through G3 frit and washed with 50 ml of ethyl acetate. The product was dried over phosphorus pentoxide in a desiccator and then dried at 60 ° C. under vacuum (0.1 mbar) for 3 hours. The yield was 33.5 g (0.199 mol / 99.7%).
1.2 소듐글리콜레이트의 합성1.2 Synthesis of Sodium Glycolate
교반기, 고효율 응축기(condenser) 및 질소가스입구를 갖는 500㎖, 3구 플라스크 내에, 155.18g의 에틸렌글리콜(MEG)를 가하고, 질소의 유입 하에서 15분 동안 교반시켰다. 11.5g(0.5몰)의 원소 상태의 나트륨을 칼로 절단하여 0.5g(0.02몰)의 조각들로 나누었다. 이들 조각들을 상기 MEG에 주의하여 가하였다. 소량의 수소가스의 발생이 관측될 수 있다. 계속해서, 상기 혼합물을 상기 나트륨 전체 양이 용해될 때까지 주의해서 80℃까지 가열하시켰다. 이 과정은 매우 빨리 일어날 수 있다.In a 500 mL, three-necked flask with a stirrer, a high efficiency condenser and a nitrogen gas inlet, 155.18 g of ethylene glycol (MEG) was added and stirred for 15 minutes under the inflow of nitrogen. 11.5 g (0.5 mole) of elemental sodium was cut with a knife and divided into 0.5 g (0.02 mole) pieces. These pieces were carefully added to the MEG. The generation of small amounts of hydrogen gas can be observed. Subsequently, the mixture was carefully heated to 80 ° C. until the total amount of sodium was dissolved. This process can happen very quickly.
1.3 티타늄/나트륨-글리콜레이트 복합체의 합성(여기에서 분잘양의 비는 2:1 임)1.3 Synthesis of Titanium / Sodium-Glycolate Complex (where the ratio of minute amount is 2: 1)
스토퍼(stopper) 내에 바닥(ground)이 장착되고, 자석교반기(magnetic stirrer) 상에 놓여진 100㎖의 엘른마이어 플라스크(erlenmeyer flask) 내에, 0.2360g(1.4*10-3몰)의 티타늄글리콜레이트와 35g(0.56몰)의 에틸렌글리콜을 가하였다. 상기 혼합물을 120℃까지 가열시키고, 에틸렌글리콜 내의 소듐글리콜레이트의 1중량% 용액 5.9046g(0.0590g은 0.7*10-3몰의 소듐글리콜레이트에 해당)을 가하였다. 상기 현탁액은 약 5분 이내에 맑은 용액으로 변하였다.0.2360 g (1.4 * 10 -3 moles) of titanium glycolate and 35 g in a 100 ml Erlenmeyer flask mounted with a ground in a stopper and placed on a magnetic stirrer (0.56 mole) of ethylene glycol was added. The mixture was heated to 120 ° C. and 5.9046 g (0.0590 g corresponds to 0.7 * 10 −3 mol of sodium glycolate) of 1% by weight solution of sodium glycolate in ethylene glycol was added. The suspension turned into a clear solution within about 5 minutes.
실시예 2 - 폴리에틸렌테레프탈레이트의 합성Example 2 Synthesis of Polyethyleneterephthalate
교반기와 토크측정기구(torque measurement unit)이 장착된 2ℓ의 반응기에 778.09g(4.68몰)의 테레프탈산, 377.90g(6.09몰)의 에틸렌글리콜 및 에틸렌글리콜 내의 촉매의 용액 소정량, 예를 들면, 실시예 1.3에서 언급된 촉매 복합체를 채워넣었다. 온도를 60분 이내에 235℃까지 상승시키고, 압력을 9bar로 증가시켰다. 계속해서, 1시간 30분 이내에 압력을 대기압으로 낮추고, 응축물을 플라스크 내에 수집하였다. 사전-에스테르화 반응의 종결 후, 온도를 30분 이내에 260℃까지 증가시켰다. 온도를 260℃에서 30분간 유지시키고, 압력을 7mbar로 감소시켰다. 계속해서, 온도를 10분 이내에 275℃까지 상승시키고, 압력을 10-2mbar 이하로 낮추었다. 이때, 중축합을 위한 시간의 측정을 개시하였다. 소정의 교반기의 토크(7.5Nm ≡ 약 24,000g/몰)가 얻어질 때까지 온도를 275℃에서 유지시켰다. 중축합 공정 및 입상화 후에 응축물을 빙욕조(ice bath)를 사용하여 수집할 수 있다. 모든 생성물들을 고유점도를 경유하여 수평균 분자량 및 폴리에틸렌테레프탈레이트의 결정화 완료 후의 색상 등의 개념에서 전환율의 분석에 사용하였다.In a 2 liter reactor equipped with a stirrer and a torque measurement unit, a predetermined amount of a solution of 778.09 g (4.68 moles) of terephthalic acid, 377.90 g (6.09 moles) of ethylene glycol and a catalyst in ethylene glycol, e.g. The catalyst composite mentioned in Example 1.3 was charged. The temperature was raised to 235 ° C. within 60 minutes and the pressure increased to 9 bar. The pressure was then lowered to atmospheric pressure within 1 hour and 30 minutes and the condensate collected in the flask. After the end of the pre-esterification reaction, the temperature was increased to 260 ° C. within 30 minutes. The temperature was kept at 260 ° C. for 30 minutes and the pressure was reduced to 7 mbar. Subsequently, the temperature was raised to 275 ° C. within 10 minutes and the pressure was lowered below 10 −2 mbar. At this time, the measurement of time for polycondensation was started. The temperature was maintained at 275 ° C. until a torque of a given stirrer (7.5 Nm ≡ about 24,000 g / mol) was obtained. After the polycondensation process and granulation, the condensate can be collected using an ice bath. All products were used for analysis of conversion in terms of number average molecular weight and color after completion of crystallization of polyethylene terephthalate via intrinsic viscosity.
실시예의 수, 마스터배치(master batch)를 중합시키는데 사용된 촉매 시스템들, 중합체 생성물의 L*, a* 및 b* 색상 수, 중축합에 소요된 시간 및 수평균분자량들을 하기의 표 1에 나타내었으며, 여기에서 CIE 색 스케일(CIE color scale ; CIE, 국제조명위원회, Commission Internationale de l'Eclarirage, International commission on Illumination)은 다음과 같다;The number of examples, the catalyst systems used to polymerize the master batch, the L * , a * and b * color numbers of the polymer product, the time taken for the polycondensation and the number average molecular weights are shown in Table 1 below. Where the CIE color scale (CIE, CIE, Commission Internationale de l'Eclarirage, International commission on Illumination) is as follows;
L* (광도 ; lightness) 축 - 0은 검은색, 100은 흰색L * (lightness) axis-0 is black, 100 is white
a* (적녹색) 축 - 양의 수치들은 적색 ; 음의 수치들은 녹색 그리고 0은 중간a * (red-green) axis-positive values are red; Negative numbers are green and 0 is medium
b* (청황색) 축 - 양의 수치들은 황색 ; 음의 수치들은 청색 그리고 0은 중간b * (blue) axis-positive values are yellow; Negative numbers are blue and 0 is medium
촉매 시스템 티타늄/나트륨-글리콜레이트를 여러 조성들(실시예 3, 4 및 7 내지 10)로 사용하는 것에 의하여 중축합에 소요되는 시간이 통상적으로 사용된 안티몬 촉매를 300ppm(테레프탈산에 대하여, 실시예 1)으로 사용한 경우에서의 중축합에 소요되는 시간과 같은 수준임이 확인되었다. 보다 낮은 촉매 농도(실시예 5)의 경우에서 안티몬 촉매로 수득한 폴리에스테르의 분자량이 20,600g/몰이고 중축합에 소요되는 시간이 3시간 30분 임에 반하여, 티타늄글리콜레이트 촉매(실시예 6)를 사용한 분자량은 24,000g/몰이고 중축합에 소요되는 시간이 보다 짧았음(2시간 26분)이 표 1에 나타났다.보다 낮은 농도로 촉매 복합체를 사용(실시예 7 내지 10)하는 것에 의하여, 중축합에 소요되는 시간이 줄어들고, 분자량은 300ppm의 안티몬 촉매를 사용하는 것에 비하여 더 증가하였다. 폴리에틸렌테레프탈레이트를 경우에서의 황색의 색상은 순수한 티타늄글리콜레이트를 사용하는 것에 의하여 매우 높기는 하나(실시예 2, b* 값 8.7), 티타늄/소듐-글리콜레이트 촉매 시스템을 사용하는 것(실시예 3, 4 및 7 내지 10)에 의해 또는 촉매 농도를 감소시키는 것(실시예 6)에 의해 크게 감소시킬 수 있다.By using the catalyst system titanium / sodium-glycolate in various compositions (Examples 3, 4, and 7 to 10), 300 ppm of the antimony catalyst typically used for polycondensation (for terephthalic acid, It was confirmed that the time required for polycondensation in the case of 1) was the same. In the case of lower catalyst concentration (Example 5), the polyester obtained as the antimony catalyst had a molecular weight of 20,600 g / mol and the time required for polycondensation was 3 hours 30 minutes, whereas the titanium glycolate catalyst (Example 6) The molecular weight using 2) was 24,000 g / mol and the time taken for polycondensation was shorter (2 hours 26 minutes). Table 1 shows the use of the catalyst composite at lower concentrations (Examples 7 to 10). The time taken for polycondensation was reduced, and the molecular weight was further increased compared to using 300 ppm antimony catalyst. The yellow color in the case of polyethylene terephthalate is very high by using pure titanium glycolate (Example 2, b * value 8.7), but using a titanium / sodium-glycolate catalyst system (Example 3, 4 and 7 to 10) or by reducing the catalyst concentration (Example 6).
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위에 기재된 발명의 범위 내에서 여러가지 변형 또는 변경이 가능하고, 그러한 변형예 또는 변경예도 또한 본 발명의 범위내에 포함되는 것임은 말할 필요도 없다.As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation or a change is possible within the scope of the invention as described in a claim, and such a modification or change It goes without saying that the examples also fall within the scope of the present invention.
따라서 본 발명은 에스테르화 및 트랜스에스테르화 반응용 촉매 복합체 및 이를 이용하는 에스테르화/트랜스에스테르화 방법을 제공하는 효과가 있다.Therefore, the present invention is effective in providing a catalyst complex for esterification and transesterification reaction and an esterification / transesterification method using the same.
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