KR20110036037A - 발포 폴리에스테르 및 그 제조 방법 - Google Patents

발포 폴리에스테르 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

높은 균질성, 낮은 개방-셀 비율 및 전단응력하에서의 높은 파단 신율을 갖는, 열가소성 폴리에스테르로 제조된 발포 성형체에 있어서, 폴리에스테르 발포체는 발포 성형체의 중량에 기초하여 예를 들면 0.5 내지 15 중량%의 양으로 적어도 1종의 열가소성 엘라스토머, 예를 들면 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머를 함유한다. 발포 성형체는, 테트라카르복실산의 디안하이드라이드와 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머를 함유하는 사전 혼합물 형태로, 개질제가 있는 혼합물에서, 낮은 고유 점성도를 갖는 출발 폴리에스테르를 발포시킴으로써 수득될 수 있다.

Description

발포 폴리에스테르 및 그 제조 방법{FOAMED POLYESTERS AND METHODS FOR THEIR PRODUCTION}
본 발명은 높은 균질성, 낮은 개방-셀 비율(open-cell factor) 및 전단응력에서의 높은 파단 신율을 가지며, 개질제으로서 테트라카르복실산의 디안하이드라이드를 함유하는, 열가소성 폴리에스테르로 제조된 발포 성형체(foam body), 상기 발포 성형체를 제조하기 위한 시약(means) 및 발포 폴리에스테르의 제조 방법에 관한 것이다.
발포 셀룰라 폴리에스테르 및 그 제조 방법은 예를 들면 W0 93/12164 등에 공지되어 있다. 압출 발포(extrusion foaming)에 적합한 열가소성 폴리에스테르는 예를 들면 0.8 dl/g 이상의 고유 점성도를 갖는 것으로 개시되어 있다. 이러한 개시된 고유 점성도 값을 얻기 위하여, 2-단계 방법이 개시되는데, 이에 따르면 0.52 dl/g 이상의 고유 점성도를 갖는 폴리에스테르는 첨가된 유기 테트라카르복실산의 디안하이드라이드를 가지며 0.85 내지 1.95 dl/g의 고유 점성도를 갖는 폴리에스테르를 수득하기 위하여 반응된다. 발포 공정은 그 후 이러한 방식으로 준비된 폴리에스테르에 대한 압출 발포에 의해 시작될 수 있다. 각각의 경우에, 압출 발포 도중 유기 테트라카르복실산의 디안하이드라이드가 추가로 첨가될 수 있다.
상기 언급된 방법의 단점은 고된 두 공정 단계가 필요하다는 것인데 즉 폴리에스테르와 테트라카르복실산의 디안하이드라이드 전체를 혼합하고 그 후 일정 반응 온도의 고체 상 반응기 내로 이들을 옮기고 반응이 종결될 때까지 수 시간 동안 상기 온도를 유지한다. 실제적인 발포 공정은 이러한 과정 이후에 비로소 수행된다.
US 5,288,764에 따르면, 발포 폴리에스테르는 용융 혼합물을 형성하고 상기 혼합물을 압출하여 수득할 수 있다. 상기 혼합물은 주성분의 폴리에스테르와 사슬 연장(chain extension) 또는 분지화(branching)를 유발하는 물질을 갖는 폴리에스테르 혼합물의 소수 부분으로부터 형성된다.
본 발명은 폴리에스테르로 만들어진 발포체(foam), 이들을 제조하기 위한 시약, 및 유리한 특성을 갖는 열가소성 폴리에스테르로 제조된 발포체에 간단한 방법으로 도달하기 위한 이들의 제조 방법을 제공하는 목적에 기반을 두고 있다. 특히 예를 들면 낮은 밀도뿐만 아니라, 높은 균질성, 낮은 개방-셀 비율, 높은 강도, 및 특히 전단응력하에서의 높은 파단 신율을 갖는, 폴리에스테르로 제조된 발포체를 추구한다. 폴리에스테르를 발포 성형체로 발포하는 공정은 처리하기 어려운 공정이다. 특히, 낮은 고유 점성도(intrinsic viscosity, IV)를 갖는 폴리에스테르는 전혀 발포되지 않거나, 또는 발포가 가능할지라도, 발포체가 높은 밀도, 높은 개방-셀 비율, 불규칙한 기공 분포 및 전단응력하에서의 낮은 파단 신율과 같은 다양한 나쁜 특성을 갖는다.
발포 성형체의 폴리에스테르 발포체가 적어도 1종의 열가소성 엘라스토머(elastomer)를 함유한다는 사실이 본 발명에 따르는 목적의 달성을 가능하게 한다.
예를 들면, 본 발명에 따르는 폴리에스테르로 제조된 발포 성형체는, 발포 성형체의 중량에 기초하여, 0.5 내지 15.0 중량% 함량의 열가소성 엘라스토머를 함유한다. 각 경우에 발포 성형체의 중량에 기초하여, 0.5 내지 12 중량%, 바람직하게는 1.5 내지 12 중량%의 열가소성 엘라스토머 함량이 유리하다.
본 발명에 따르는 폴리에스테르로 제조된 발포 성형체는 열가소성 엘라스토머로서 유리하게는 중합체 혼합물(polymer blend) 또는 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머를 함유한다.
열가소성 엘라스토머는 중합체 또는 중합체 혼합물로 구성되거나 또는 함유하는데, 이는 사용 온도에서 경화 고무의 물성과 유사한 물성을 갖지만, 열가소성 플라스틱 재료와 같이 상승된 온도에서 가공되고 제조될 수 있다. 중합체 혼합물은 함침된 연성의 가교된 또는 가교되지 않은 엘라스토머 입자를 갖는 경성 열가소물(hard thermoplastic)로 제조된 중합체 매트릭스를 갖는다. 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머는 경성 열가소성 서열(sequence) 및 연성 엘라스토머릭 서열을 갖는다. 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머는 유리하게는 디올, 바람직하게는 1,4-부탄디올 또는 1,2-에탄디올, 및 디카르복실산, 바람직하게는 테레프탈산으로 이루어진 폴리에스테르 블록을 함유하며, 이들은 축합 반응에서 하이드록실 말단 그룹을 운반하는 폴리에테르에 의해 에스테르화하였다.
열가소성 엘라스토머(예를 들면 prEN ISO 18064에 따르는)가 또한 약어 TPE로 알려져 있으며 그 하부그룹들이 TPO(thermoplastic olefin elastomer, 열가소성 올레핀 엘라스토머), TPS(thermoplastic styrene elastomers, 열가소성 스티렌 엘라스토머), TPV(thermoplastic rubber vulcanisates, 열가소성 고무 벌카니세이트), TPU (thermoplastic urethane elastomers, 열가소성 우레탄 엘라스토머), TPA (thermoplastic polyamide elastomers, 열가소성 폴리아마이드 엘라스토머), TPC (thermoplastic copolyester elastomers, 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머) 및 TPZ(그 밖에 다른 것, 분류되지 않은 열가소성 엘라스토머)로 알려져 있다. 예를 들면, 열가소성 스티렌 블록 중합체, 열가소성 코폴리에스테르, 폴리에테르 에스테르, 열가소성 폴리우레탄 또는 폴리에테르-폴리아마이드 블록 공중합체와 같은 블록 중합체 또는 세그먼트 중합체는 TPE에 속한다. TPE는 경성 및 연성 블록의 공중합화(copolymerisation)에 의하거나 또는 열가소성 매트릭스를 혼합함으로써 그들의 엘라스토머릭 물성을 수여받는다. 그라프트 공중합화(graft copolymerisation)의 경우에, 경성 세그먼트는 소위 도메인(domain)을 형성하며, 이것은 물리적 가교-결합 포인트로서 역할을 한다. TPE는 반복적으로 용해 및 가공될 수 있다. 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머로 언급되고, 또한 TPC로 불리는, TPE는 에테르 및 에스테르 결합이 있는 연성 세그먼트를 갖는 TPC-EE 및 연성 폴리에스테르 세그먼트, 또는 폴리에테르 세그먼트를 갖는 TPC-ES/-ET로 분리된다.
열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머, 또는 열가소성 코폴리에스테르 또는 열가소성 폴리에테르 에스테르, 또는 엘라스토머릭 코폴리에테르 에스테르는 교대로 경성 폴리에스테르 세그먼트와 연성 폴리에테르 세그먼트로 구성된다. 경성 및 연성 세그먼트의 종류 및 길이에 의존하여, 넓은 경도 범위가 조절될 수 있다. 열가소성 코폴리에스테르는, 한편으로는 폴리알킬렌 에테르 디올 및/또는 긴 사슬 지방족 디카르복실산 에스테르의 비결정질 연성 세그먼트로 구성되거나, 또는 다른 한편으로는 결정질 폴리부틸렌 테레프탈레이트의 경성 세그먼트로 구성된, 블록 공중합체이다. 엘라스토머릭 코폴리에테르 에스테르는 테레프탈레이트 에스테르, 폴리알킬렌 에테르 글리콜(예를 들면 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜, 폴리에틸렌 옥사이드 글리콜 또는 폴리프로필렌 옥사이드 글리콜) 및 짧은-사슬 디올, 예를 들면 1,4-부탄디올 또는 1,2-에탄디올 사이의 재-에스테르화 반응(re-esterification reaction)에 의해 용융 상태로 제조된다.
폴리에스테르의 분자량을 증가시키기 위해, 개질제가 폴리에스테르에 첨가될 수 있다. 개질제는 예를 들면 유기 테트라카르복실산의 디안하이드라이드(테트라카르복실산 디안하이드라이드)이다. 바람직한 디안하이드라이드는 아래 테트라카르복실산의 디안하이드라이드이다:
벤졸-1,2,4,5-테트라카르복실산(피로멜리트산),
3,3',4,4'-디페닐테트라카르복실산,
3,3',4,4'-벤조페논 테트라카르복실산,
2,2-비스-(3,4-디카르복시페닐)-프로판,
비스-(3,4-디카르복실페닐)-에테르,
비스-(3,4-디카르복실페닐)-티오에테르,
나프탈렌-2,3,6,7-테트라카르복실산,
비스-(3,4-디카르복실페닐)-술폰,
테트라하이드로푸란-2,3,4,5-테트라카르복실산,
2,2-비스-(3,4-디카르복실페닐) 헥사플루오로프로판,
1,2,5,6-나프탈렌 테트라카르복실산,
비스-(3,4-디카르복실페닐)-술폭사이드
및 이들의 혼합.
바람직한 디안하이드라이드는 피로멜리트산 디안하이드라이드(벤졸-1, 2,4,5-테트라카르복실산-1,2:4,5-디안하이드라이드)이다.
발포 폴리에스테르를 제조하기 위하여 사용될 수 있는 출발 물질은 열가소성 폴리에스테르와 같은 폴리에스테르인데, 이는 방향족 디카르복실산과 디올의 폴리축합(polycondensation)에 의해 수득될 수 있다. 방향족 산의 예는 테레프탈산 및 이소프탈산, 나프탈렌 디카르복실산 및 디페닐 에테르 디카르복실산이다. 디올의 예는 에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜과 같은 글리콜, 사이클록헥산 디메탄올, 1,4-부탄디올 및 1,2-에탄디올이다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트; 폴리부틸렌 테레프탈레이트; 및 최대 20%의 이소프탈산 단위체를 함유하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체;로 이루어지거나 또는 함유하는 폴리에스테르가 바람직하다.
본 발명에 따라 개질되며 본 발명에 따라 발포 성형체를 형성하도록 발포되는, 출발 재료로서 사용되는 폴리에스테르의 특히 중요한 특성은 고유 점성도이다. 지금까지 발포체를 생산하기 위하여 약 0.4 dl/g의 고유 점성도를 갖는 폴리에테르로부터 출발하는 것은 불가능하였다. 본 발명에 따라서, 요구되는 물성을 갖는 발포체가 예를 들면 약 0.4 dl/g 내지 그 이상 값의 고유 점성도를 갖는 폴리에스테르, 특히 예를 들면 0.6 내지 0.7 dl/g 및 그 이상의 고유 점성도를 갖는 폴리에스테르와 같은 출발 재료로부터 이미 확실하게 제조될 수 있다. 낮은 고유 점성도를 증가시키기 위해, 사용되는 폴리에스테르에 기초하여, 개질제, 특히 테트라카르복실산 디안하이드라이드의 비율이 이에 대응하여 증가되어야 한다. 가공된 폴리에스테르의 고유 점성도-및 그에 따른 발포능력(foamability)-은 사전혼합물(premix) 내 개질제의 농도 및 폴리에스테르 양에 대한 사용된 사전혼합물의 양을 선택함으로써 용이하게 조절될 수 있다. 예를 들면, 0.6 내지 0.7 dl/g의 고유 점성도는 개질에 의해 1.0 이상 또는 1.2 dl/g 이상 또는 그 이상으로 증가될 수 있다.
본 발명은 또한 높은 균질성, 낮은 개방-셀 비율 및 전단응력하에서의 높은 파단 신율을 가지며, 개질제로서 테트라카르복실산의 디안하이드라이드를 함유하는, 폴리에스테르로부터 발포 성형체를 제조하는 시약(means)에 관한 것이다. 상기 시약은 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머와 같은 열가소성 엘라스토머를 상기 시약의 중량에 기초하여 25 내지 95 중량%의 양으로, 그리고 테트라카르복실산의 디안하이드라이드를 상기 시약의 중량에 기초하여 5 내지 30 중량%의 양으로 함유하는 사전혼합물이다.
폴리에스테르로 이루어진 발포 성형체를 제조하기 위한 시약이 선호되는데, 여기서 상기 시약은 사전혼합물인데, 상기 사전혼합물은 각각 상기 시약의 중량에 기초하여, 25 내지 95 중량%의 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머, 및 5 내지 30 중량% 및 O 내지 70 %, 바람직하게는 1 내지 50 중량%의 테트라카르복실산의 디안하이드라이드, 안정화제, 기핵제(nucleation agent), 화염방지제(flame protection means) 및/또는 폴리에스테르, 바람직하게는 개질되어질 출발 폴리에스테르와 동일한 양의 폴리에스테르를 함유한다.
시약, 즉 사전혼합물은 미리 제조되어서, 각각의 경우에, 즉시 저장될 수 있다. 사전혼합물 및 발포될 폴리에스테르는 그 후 소정의 양으로 함께 혼합된다. 이러한 사전혼합물과 폴리에스테르의 혼합물은 발포 공정에 공급될 수 있고 발포 성형체로 가공될 수 있다.
본 발명은 또한 높은 균질성 및 전단응력하에서의 파단 신율을 가지며, 개질제로서 테트라카르복실산의 디안하이드라이드를 함유하는, 폴리에스테르로 제조된 발포 성형체를 생산하기 위한 방법에 관한 것이다.
발포 성형체를 제조하는 본 발명의 방법에 따르면, 폴리에스테르 수지는 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머와 같은 열가소성 엘라스토머와 첨가된 테트라카르복실산의 디안하이드라이드의 사전혼합물을 함유하며, 발포되어 발포 성형체의 중량에 기초하여 0.5 내지 15 중량% 함량의 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머를 함유하는 발포 성형체를 형성한다.
열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머와 같은 열가소성 엘라스토머와 테트라카르복실산의 디안하이드라이드의 사전혼합물은 이들 성분을 혼합시킴으로써 전구체로서 제조된다. 사전혼합물은, 사전혼합물에 기초하여, 25 내지 95 중량%의 코폴리에스테르 엘라스토머 및 5 내지 30 중량%의 테트라카르복실산 디안하이드라이드를 함유할 수 있다. 사전혼합물은 바람직하게는, 사전혼합물에 기초하여, 50 내지 90 중량%, 더욱 바람직하게는 80 내지 90 중량%의 코폴리에스테르 엘라스토머 및 10 내지 25 중량%, 바람직하게는 10 내지 15 중량%의 테트라카르복실산 디안하이드라이드를 함유한다.
사전혼합물은 추가 구성성분으로서 예를 들면 전체 함량이 O 내지 70 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 70 중량%, 특히 1 내지 50 중량%로서, 예를 들면 폴리에스테르, 안정화제, 기핵제, 충전제 및 화염방지제를 함유할 수도 있다. 추가 구성성분으로서 제공되는 폴리에스테르는 개질되어질 폴리에스테르, 즉 예를 들면 약 0.4 dl/g의 고유 점성도를 갖는 출발 폴리에스테르, 및 특히 약 0.6 내지 0.7 dl/g 및 그 이상의 고유 점성도를 갖는 폴리에스테르와 동일한 양일 수 있다.
사전혼합물은, 상기 구성성분들을 혼합기, 예를 들면 단일-스크루 또는 트윈-스크루 압출기와 같은 스크루 압출기 또는 멀티-샤프트 압출기 등으로 공급하고, 200 내지 260℃의 온도에서 10 내지 120초 동안의 기간 동안 상기 구성성분들의 완전한 혼합을 수행함으로써 제공된다. 사전혼합물을 혼합기로부터 제거하여 추가 가공가능한 형태, 예를 들면 과립으로 만든다.
폴리에스테르로부터 발포 성형체의 제조는 혼합 및 발포 공정에 의해 수행된다. 이러한 목적을 위하여, 예를 들면, 최소 0.4 dl/g의 고유 점성도를 갖는 폴리에스테르를 준비하고 사전혼합물을 첨가한다. 사전혼합물은, 폴리에스테르에 기초하여, 1.0 내지 20.0 중량%의 양으로 사용될 수 있다. 폴리에스테르에 기초하여, 2.0 내지 4.0 중량%의 양이 유리하다.
각각의 경우에 있어서, 폴리에스테르 및 사전혼합물에 부가하여, 추가 구성성분이 혼합 및 발포 공정에 공급될 수 있다. 이들은 이미 앞서 언급한 안정화제, 충전제 및 화염방지제이며, 이들은 미리 사전혼합물에 함유되지 않은 경우 공급될 수 있다. 상기 추가 구성성분들의 양은 예를 들면 폴리에스테르와 사전혼합물의 합계에 기초하여, 최대 15 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 15 중량%이다. 또한 예를 들면 발포체 내 셀 크기 및 셀 분포를 조절하기 위하여 추가 구성성분이 혼합 및 발포 공정에 공급될 수 있다. 예를 들면, 이들은 (폴리에스테르와 사전혼합물의 합계에 기초하여) 최대 5 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%인, 주기율표의 1 내지 3족의 금속 화합물, 예를 들면, 소듐 카보네이트, 칼슘 카보네이트, 알루미늄 또는 마그네슘 스테아레이트, 알루미늄 또는 마그네슘 미리세이트(myrisate) 또는 소듐 테레프탈레이트 및 또 다른 안정한 화합물, 예를 들면 탈크 또는 티타늄 디옥사이드이다.
구성성분들은 반응기 또는 혼합기, 예를 들면 단일-스크루 또는 트윈-스크루 압출기 또는 멀티-샤프트 압출기로 공급되거나, 또는 서로 결합된 두 개의 단일-스크루 압출기로 구성되거나 또는 서로 결합된 트윈-스크루 및 단일-스크루 압출기로 구성된 탠덤 시스템(tandem system)으로 공급될 수 있다. 반응기 또는 혼합기 내에서의 구성성분들의 체류 시간은 예를 들면 8 내지 40분일 수 있다. 체류 시간 동안의 온도는 240 내지 320℃일 수 있다.
발포를 위한 발포제(blowing agent)가 또한 반응기 또는 혼합기, 예를 들면 전술한 압출기로 공급된다. 적절한 발포제는 예를 들면 쉽게 증발되는 액체; 기체 또는 불활성 기체를 방출하는 열 분해성 물질(thermally decomposing material); 뿐만 아니라 이들의 혼합물 또는 조합이다. 포화 지방족 또는 사이클로지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소 및 할로겐화 탄화수소가 상기 쉽게 증발하는 액체에 포함된다. 그 예로는 부탄, 펜탄, 헥산, 사이클로헥산, 에탄올, 아세톤 및 HFC 152a가 있다. CO2 및 질소가 불활성 기체로서 언급될 수 있다. 발포제는 일반적으로 압출기로 구성성분들을 공급하는 영역 이후에서 공급된다.
압출기의 성형 출구 개구(shaping outlet opening)에서, 발포 성형체는 실질적으로 폐쇄된-셀 발포체(closed-cell foam)로부터 가능한 멀리 연속적으로 제조되는데, 이는 예를 들면 둥근 단면, 직사각형 단면 또는 다각형 단면을 가질 수 있다. 발포 성형체는 그 후 운송되고 용도에 따라 성형, 절단 및/또는 접합될 수 있다. 발포 성형체가 제조되면, 발포 성형체는 서로 이웃하여 적재되거나 및/또는 서로 상하로 적재되고, 가공되어 발포체 블록, 특히 상호 분리 불가능한 접합부, 예를 들면 상호 접착 또는 특히 단접(welding)을 갖는 균질한 발포체 블록을 형성할 수 있다. 발포 성형체는 시트-유사(sheet-like)일 수 있으며 적재될 수 있다. 서로 접촉하는 표면은 전체 면적에 걸쳐 예를 들면 단접과 같이 서로 결합될 수 있다. 그 결과, 발포체 블록은 압출 방향으로 형성되는 단접 봉합선(weld seam)을 가지면서 제조된다. 개개의 발포체 시트는 발포체 블록으로부터 분리될 수 있으며, 특히 압축 방향을 가로지르거나 또는 단접 봉합선을 가로질러 분리될 수 있다.
본 발명에 따르는 발포 성형체는 특히 다음과 같은 특징을 갖는다:
- 성분의 순수성, 단지 폴리에스테르만이 존재하며 또 다른 추가 중합체 성분은 존재하지 않음.
- 균일한 폐쇄-셀 기공.
약 120 kg/㎥의 벌크 밀도(bulk density)를 갖는 본 발명에 따르는 발포 성형체는 특히 다음과 같은 유리한 특징을 갖는다:
- ISO 1922에 대응하는 전단응력 하에서의 전단 강도, 예를 들면 1.0 N/㎟ 이상,
- ASTM C393에 대응하는 층밀리기 탄성율(shear modulus)(G-탄성율), 예를 들면 20 N/㎟ 이상,
- ISO 1922에 대응하는 전단응력 하에서의 파단 신율, 예를 들면 12% 이상, 바람직하게는 16% 이상, 더욱 바람직하게는 50% 이상의 값을 가짐,
- ISO 844에 대응하는 압축 강도, 예를 들면 1.7 N/㎟ 이상,
- DIN 53421에 대응하는 압축 탄성율(E-탄성율), 예를 들면 90 N/㎟ 이상,
- ASTM 01056-07에 기초하여 에어렉스 방법(Airex method) AM-19에 따르는 개방-기공 비율(open-pore factor), 예를 들면 8% 미만, 특히 4% 미만. 에어렉스 방법(Airex method) AM-19에 따르는 개방-셀 비율 측정은 ASTM D 1056에 개시된 바에 따라 수행되었으나, 다음과 같은 상이한 공식으로 계산되었다: ASTM D 1059: W = [(A-B)/B] x 100, 여기서 W = 질량변화[%]; A = 표본의 최종 질량; B = 표본의 최초 질량.
에어렉스(Airex) AM-19: 0Z = [(A-B)/(LXBXD)] x 100, 여기서 OZ = 개방-셀 비율[부피-%l, A = 조정 이후의 시료의 중량[g]; B = 조정 이전의 시료의 중량[g]; L, B, D = 시료의 길이, 폭, 두께[cm]; 1 g/㎤의 물의 밀도는 상기 공식에 제시되지 않았다. 본 발명에 따르면, 예를 들어, 40 중량% 이하, 유리하게는 35 중량% 이하, 특히 30 중량% 이하의 물 흡수 시험 값이 달성된다.
- 결과물인 발포체의 점성도 수치는 ISO 1628/5에 따라 결정되는데, 예를 들면 150 ml/g 이상일 수 있으며, 이는 대략적으로 1.2 dl/g 이상의 고유 점성도와 일치한다. ISO 1628/5에 따라 결정된 결과물인 발포체의 점성도 수치가, 예를 들면, 1.30 dl/g 이상의 고유 점성도와 일치하는 예를 들면 160 ml/g 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르는 방법은 또한 다음과 같은 점에서 특징이 있는데, 예를 들면 압출 동안 겔(gel) 형성이 일어나지 않는다. 사전혼합물이 폴리에스테르와 완전히 혼합될 수 있으며, 바람직하지 않은 제2 상(second phase)이 형성되지 않는다.사전혼합물은 소위 컴파운드 디바이스(Compound Device)로 그 자체로 공지된 장치 상에서 생성되는데, 이러한 공정은 제어하기 용이하다. 또한 생성되는 발포 성형체의 물성은, 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머(TPC) 및 그 안에 함유된 연성 엘라스토머 및 경성 열가소성 서열의 선택에 의해 용이하게 조절될 수 있다.
실시예 :
사전혼합물 실시예 1:
55 D의 쇼어 경도(Shore hardness)를 갖는 과립 형태의 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머(TPC)를 뜨거운 공기를 이용하여 4시간 동안 100℃에서 건조시킨다. 27 mm 실린더 직경 및 40의 L/D 비율의 트윈-스크루 압출기에서, 동일 방향으로 회전시키면서, 85 중량% TPC 및 15 중량% 피로멜리트산 디안하이드라이드(PMDA)를 200 내지 210℃의 실린더 온도에서, 200 rpm의 속도에서, 보호 가스 분위기에서 혼합하고, 스트랜드(strand) 형태로 방출시킨다. 상기 스트랜드를, 물 욕조 내에서 냉각하고 과립화 장치(granulating device) 내에서 공기 송풍기로 건조한 후, 회전 칼날(rotating blade)을 사용하여 원통형 과립으로 전환 시킨다. 수득된 사전혼합물을 그 후 최종적으로 3시간 동안 70℃에서 건조시킨다.
사전혼합물 실시예 2:
33 D의 쇼어 경도를 갖는 과립 형태의 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머(TPC)를 뜨거운 공기로 4시간 동안 100℃에서 건조시킨다. 27 mm 실린더 직경 및 40의 L/D 비율의 트윈-스크루 압출기에서, 동일 방향으로 회전시키면서, 85 중량% TPC 및 15 중량% 피로멜리트산 디안하이드라이드(PMDA)를 200 내지 210℃의 실린더 온도에서, 200 rpm의 속도에서, 보호 가스 분위기에서 혼합하고, 스트랜드 형태로 방출시킨다. 상기 스트랜드를, 물 욕조 내에서 냉각하고 과립화 장치 내에서 공기 송풍기로 건조한 후, 회전 칼날을 사용하여 원통형 과립으로 전환 시킨다. 수득된 사전혼합물을 그 후 최종적으로 3시간 동안 70℃에서 건조시킨다.
사전혼합물 비교 실시예 :
0.81 dl/g의 고유 점성도를 갖는 폴리에스테르 과립(polyester granulate, PET)을 뜨거운 공기를 사용하여 150℃에서 8시간 동안 건조시킨다. 실시예 1과 동일한 시스템에서, 85 중량% TET 과립 및 15 중량% 피로멜리트산 디안하이드라이드(PMDA)를 240 내지 250℃의 실린더 온도에서, 200 rpm의 속도에서, 보호 가스 분위기에서 혼합하고, 스트랜드 형태로 방출시킨다. 상기 스트랜드를, 물 욕조 내에서 냉각하고 과립화 장치 내에서 공기 송풍기로 건조한 후, 회전 칼날을 사용하여 원통형 과립으로 전환 시킨다. 수득된 사전혼합물을 그 후 최종적으로 3시간 동안 70℃에서 건조시킨다.
Figure pct00001
발포 실시예 1
출발 물질로서 0.81 dl/g의 고유 점성도를 갖는 96.3 중량% PET 과립을 건조 공기를 사용하여 5시간 동안 170℃에서 건조시키고, 실시예 1로부터 얻은 사전 혼합물 2.7 중량%(건조 공기로 60℃에서 약 11시간 동안 건조됨) 및 1.0 %의 기핵제(PET 중의 30% 탈크; 건조 공기로 60℃에서 약 11시간 동안 건조됨)와 함께, 두 개의 스크루 압출기가 있는 압출 발포 시스템의 제1 압출기 내로 계량하면서 공급하고, 용융시키고, 혼합시키고 CO2로 발포시킨다. 압출 장비의 출구에서의 용융 온도는 248℃이며 처리량(throughput)은 약 290 kg/h이며, 압출기 내에서의 체류 시간은 약 17분이다. 발포 성형체가, 예를 들면 대략적인 육각형 단면을 가지면서 연속적으로 생성되며, 이는 길이가 절단되어 시트-유사 발포 성형체가 된다. 상기 시트-유사 발포 성형체는 적재되고 접촉 면에서 서로 단접되어, 발포체 블록이 제조된다. 실시예에서 제시된 측정 값은 발포체 시트에서 결정되며, 이들 시트들은 압축 방향을 가로질러 발포체 블록으로부터 분리된다. 결과물인 발포체의 점성도 수치는 ISO 1628/5에 따라 결정되는데, 164.0 ml/g이며, 이는 1.32 dl/g의 고유 점성도에 대응한다.
발포 실시예 2
0.81 dl/g의 고유 점성도를 갖는 96.3 중량% PET 과립을 건조 공기를 사용하여 5시간 동안 170℃에서 건조시키고, 실시예 2로부터 얻은 사전 혼합물 2.7 중량%(건조 공기로 60℃에서 약 11시간 동안 건조됨) 및 1.0 %의 기핵제(PET 중의 30% 탈크; 건조 공기로 60℃에서 약 11시간 동안 건조됨)와 함께, 두 개의 스크루 압출기가 있는 압출 발포 시스템의 제1 압출기 내로 계량하면서 공급하고, 용융시키고, 혼합시키고 CO2로 발포시킨다. 압출 장비의 출구에서의 용융 온도는 249℃이며 처리량(throughput)은 약 290 kg/h이며, 압출기 내에서의 체류 시간은 약 17분이다. 결과물인 발포체의 점성도 수치는 ISO 1628/5에 따라 결정되는데, 165.6 ml/g이며, 이는 1.33 dl/g의 고유 점성도에 대응한다.
발포 실시예 3
0.81 dl/g의 고유 점성도를 갖는 86.7 중량% PET 과립을 건조 공기를 사용하여 5시간 동안 170℃에서 건조시키고, 실시예 2로부터 얻은 사전 혼합물 2.3 중량%(건조 공기로 60℃에서 약 11시간 동안 건조됨) 및 1.0 %의 기핵제(PET 중의 30% 탈크; 건조 공기로 60℃에서 약 11시간 동안 건조됨) 및 33 D의 쇼어 경도를 갖는 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머(TPC) 10 중량%(건조 공기로 100℃에서 약 12시간 동안 건조됨)와 함께, 두 개의 스크루 압출기가 있는 압출 발포 시스템의 제1 압출기 내로 계량하면서 공급하고, 용융시키고, 혼합시키고 CO2로 발포시킨다. 압출 장비의 출구에서의 용융 온도는 248℃이며 처리량(throughput)은 약 270 kg/h이며, 압출기 내에서의 체류 시간은 약 18분이다. 결과물인 발포체의 점성도 수치는 ISO 1628/5에 따라 결정되는데, 162.2 ml/g이며, 이는 1.30 dl/g의 고유 점성도에 대응한다.
발포, 비교 실시예
0.81 dl/g의 고유 점성도를 갖는 96.3 중량% PET 과립을 건조 공기를 사용하여 5시간 동안 170℃에서 건조시키고, 비교 실시예로부터 얻은 사전 혼합물 2.7 중량%(건조 공기로 60℃에서 약 11시간 동안 건조됨) 및 1.0 %의 기핵제(PET 중의 30% 탈크; 건조 공기로 60℃에서 약 11시간 동안 건조됨)와 함께, 두 개의 스크루 압출기가 있는 압출 발포 시스템의 제1 압출기 내로 계량하면서 공급하고, 용융시키고, 혼합시키고 CO2로 발포시킨다. 압출 장비의 출구에서의 용융 온도는 247℃이다. 요구되는 < 8%의 개방-셀 비율 수치를 실현하기 위하여, 처리량은 약 200 kg/h까지 감소되어야 한다. 따라서 압출기 내에서의 체류 시간은 약 24분까지 증가된다. 결과물인 발포체의 점성도 수치는 ISO 1628/5에 따라 결정되는데, 오랜 체류 시간에도 불구하고, 157.8 ml/g이며, 이는 실시예 1 및 2보다 작으며, 또한 고유 점성도 1.27 dl/g에 대응한다.
수득된 발포체의 기계적 물성이 표 2에 제시된다.
Figure pct00002

Claims (12)

  1. 높은 균질성, 낮은 개방-셀 비율 및 전단응력하에서의 높은 파단 신율을 가지며, 개질제로서 테트라카르복실산의 디안하이드라이드를 함유하는, 열가소성 폴리에스테르로 제조된 발포 성형체에 있어서, 폴리에스테르 성형체가 열가소성 엘라스토머를 함유함을 특징으로 하는, 열가소성 폴리에스테르로 제조된 발포 성형체.
  2. 청구항 1 에 있어서, 상기 열가소성 엘라스토머는 발포 성형체의 중량에 기초하여 0.5 내지 15 중량%의 양으로 함유됨을 특징으로 하는, 폴리에스테르로 제조된 발포 성형체.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머가 열가소성 엘라스토머로서 폴리에스테르 발포체에 함유됨을 특징으로 하는, 폴리에스테르로 제조된 발포 성형체.
  4. 청구항 3 에 있어서, 상기 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머는 발포 성형체의 중량에 기초하여 0.5 내지 15 중량%의 양으로 함유됨을 특징으로 하는, 폴리에스테르로 제조된 발포 성형체.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머는 폴리에스테르 블록을 함유하며, 상기 폴리에스테르 블록은 디올, 바람직하게는 1,4-부탄디올 또는 1,2-에탄디올 및 디카르복실산, 바람직하게는 테레프탈산으로 제조되며, 이들은 축합 반응에서 하이드록실 말단 그룹을 운반하는 폴리에테르에 의해 에스테르화됨을 특징으로 하는, 폴리에스테르로 제조된 발포 성형체.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 폴리에스테르 발포체는 8% 미만, 특히 4% 미만의 개방-셀 비율을 가짐을 특징으로 하는, 폴리에스테르로 제조된 발포 성형체.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 폴리에스테르 발포체는 12% 이상, 특히 16% 이상, 바람직하게는 50% 이상의 전단응력하에서의 파단 신율을 가짐을 특징으로 하는, 폴리에스테르로 제조된 발포 성형체.
  8. 높은 균질성, 낮은 개방-셀 비율 및 전단응력하에서의 높은 파단 신율을 가지며, 개질제로서 테트라카르복실산의 디안하이드라이드를 함유하는, 열가소성 폴리에스테르로부터 발포 성형체를 제조하는 방법에 있어서, 폴리에스테르가 열가소성 엘라스토머, 바람직하게는 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머와 여기에 첨가된 테트라카르복실산의 디안하이드라이드의 사전혼합물을 가지며, 혼합되고 발포되어 발포 성형체를 형성하며, 상기 발포 성형체는 발포 성형체의 중량에 기초하여 0.5 내지 15 중량%의 양으로 열가소성 엘라스토머 또는 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머를 함유함을 특징으로 하는, 열가소성 폴리에스테르로부터 발포 성형체를 제조하는 방법.
  9. 청구항 8 에 있어서, 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머와 테트라카르복실산의 디안하이드라이드의 사전혼합물을 갖는 폴리에스테르가 구성성분으로서 반응기 또는 혼합기, 특히 단일-스크루 또는 트윈-스크루 압출기 또는 멀티-샤프트 압출기 또는 서로 결합된 두 개의 단일-스크루 압출기의 탠덤 시스템 또는 트윈-스크루와 단일-스크루 압출기의 탠덤 시스템으로 공급되고, 여기서 혼합됨을 특징으로 하는, 폴리에스테르로부터 발포 성형체를 제조하는 방법.
  10. 높은 균질성, 낮은 개방-셀 비율 및 전단응력하에서의 높은 파단 신율을 가지며, 개질제로서 테트라카르복실산의 디안하이드라이드를 함유하는, 폴리에스테르로부터 발포 성형체를 제조하기 위한 시약에 있어서, 상기 시약은 시약의 중량에 기초하여 25 내지 95 중량%의 열가소성 엘라스토머, 바람직하게는 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머, 및 시약의 중량에 기초하여 5 내지 30 중량%의 테트라카르복실산의 디안하이드라이드를 함유하는 사전혼합물임을 특징으로 하는, 폴리에스테르로부터 발포 성형체를 제조하기 위한 시약.
  11. 청구항 10 에 있어서, 상기 시약은 시약의 중량에 기초하여, 50 내지 90 중량%, 바람직하게는 80 내지 90 중량%의 열가소성 코폴리에스테르 엘라스토머, 및 10 내지 25 중량%, 바람직하게는 10 내지 15 중량%의 테트라카르복실산의 디안하이드라이드를 함유하는 사전혼합물임을 특징으로 하는, 폴리에스테르로부터 발포 성형체를 제조하기 위한 시약.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 시약은 각각의 경우에 시약의 중량에 기초하여, O 내지 70 중량%, 바람직하게는 1 내지 50 중량%의 안정화제, 기핵제, 화염방지제 및/또는 폴리에스테르, 바람직하게는 개질되어질 출발 폴리에스테르와 동일한 양의 폴리에스테르를 함유하는 사전혼합물임을 특징으로 하는, 폴리에스테르로부터 발포 성형체를 제조하기 위한 시약.
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