KR20220064311A - 강도가 우수한 폴리에스테르 공중합체 및 이를 포함하는 물품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강도 및 내열성이 우수한 폴리에스테르 공중합체 및 이를 포함하는 물품에 관한 것이다.

Description

강도가 우수한 폴리에스테르 공중합체 및 이를 포함하는 물품{Polyester copolymer having excellent strength, and product comprising the same}
본 발명은 강도가 우수한 폴리에스테르 공중합체 및 이를 포함하는 물품에 관한 것이다.
폴리에스테르는 기계적 강도, 내열성, 투명성 및 가스 배리어성이 우수하기 때문에, 음료 충전용 용기나, 포장용 필름, 오디오, 비디오용 필름 등의 소재로서 가장 적합하여 대량으로 사용되고 있다. 또한, 의료용 섬유나 타이어코드 등의 산업 자재로서도 전세계적으로 널리 생산되고 있다. 폴리에스테르 시트(sheet)나 판재는 투명성이 양호하고 기계적 강도가 우수하여, 케이스, 박스, 파티션, 점포 선반, 보호패널, 블리스터 패키징, 건축자재, 인테리어 내외장재 등의 재료로 광범위하게 사용되고 있다.
그 중에서도, 폴리에스테르는 음식이나 음료를 담는 용기의 제조에 널리 사용되고 있는데, 최근에는 식기 세척기 등에서 사용이 가능하고 또한 탄산수 용기와 같이 높은 압력을 견디기 위한 폴리에스테르의 소재가 요구되고 있다. 따라서, 이를 만족하기 위해서는 폴리에스테르의 내압 및 내열 특성이 우수하여야 한다. 일반적으로, 내압 특성은 결정성을 가지며 고유 점도가 높을수록 비례하여 증가하는 특성을 가지며, 결정성이 높을수록 폴리에스테르의 연신 성형성이 향상되는 특성을 가진다. 이를 위하여, 폴리에스테르 제조시 아이소소바이드(ISB)를 단량체로 사용하는 경우가 있는데, ISB는 내열도를 증가시키나 일정량 이상 포함되면 결정성이 낮아지는 문제가 있다.
따라서, 폴리에스테르 수지에 있어 아이소소바이드를 단량체로 포함하되, 폴리에스테르의 결정성을 유지하면서 동시에 내열 특성도 우수한 폴리에스테르의 개발이 요구된다.
본 발명은 강도 및 내열성이 우수한 폴리에스테르 공중합체를 제공하기 위한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 폴리에스테르 공중합체를 포함하는 물품을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기의 폴리에스테르 공중합체를 제공한다:
1) 테레프탈산을 포함하는 디카르복실산 성분의 잔기; 및
2) 아이소소바이드, 사이클로헥산디메탄올, 및 비환형 디올을 포함하는 디올 성분의 잔기를 포함하는, 폴리에스테르 공중합체에 있어서,
상기 디올 성분의 잔기의 총 몰 수에 대하여, 상기 아이소소바이드의 잔기, 사이클로헥산디메탄올의 잔기 및 비환형 디올의 잔기를 각각 4 내지 20 몰%, 65 내지 85 몰% 및 11 내지 31 몰%를 포함하고,
하기 수학식 1을 만족하는,
폴리에스테르 공중합체:
[수학식 1]
30 < (X × Y)/(Z × W) < 1000
상기 수학식 1에서,
X는 상기 폴리에스테르 공중합체의 40℃에서의 저장 탄성률(단위: MPa)이고,
Y는 상기 폴리에스테르 공중합체의 유리전이온도(단위: ℃)이고,
Z는 상기 폴리에스테르 공중합체의 용융점(단위: ℃)이고,
W는 상기 폴리에스테르 공중합체의 융해열(단위: J/g)이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
용어의 정의
본 발명에 따른 공중합체는 테레프탈산을 포함하는 디카르복실산 성분의 잔기; 및 아이소소바이드, 사이클로헥산디메탄올, 및 비환형 디올을 포함하는 디올 성분의 잔기를 포함하는 폴리에스테르 공중합체에 관한 것이다.
본 명세서에서, '잔기'는 특정한 화합물이 화학 반응에 참여하였을 때, 그 화학 반응의 결과물에 포함되고 상기 특정 화합물로부터 유래한 일정한 부분 또는 단위를 의미한다. 구체적으로, 상기 디카르복실산 성분의 '잔기' 또는 디올 성분의 '잔기' 각각은, 에스테르화 반응 또는 축중합 반응으로 형성되는 폴리에스테르 공중합체에서 디카르복실산 성분으로부터 유래한 부분 또는 디올 성분으로부터 유래한 부분을 의미한다.
디카르복실산 성분
본 발명에서 사용되는 디카르복실산 성분은 디올 성분과 함께 폴리에스테르 공중합체를 구성하는 주요 단량체를 의미한다. 특히, 상기 디카르복실산은 테레프탈산을 포함하며, 테레프탈산에 의하여 본 발명에 따른 폴리에스테르 공중합체의 내열성, 내화학성, 내후성 등의 물성이 향상될 수 있다.
상기 디카르복실산 성분은 테레프탈산 외에 방향족 디카르복실산 성분, 지방족 디카르복실산 성분, 또는 이들의 혼합물을 추가로 포함할 수 있다. 이 경우, 테레프탈산 이외의 디카르복실산 성분은 전체 디카르복실산 성분의 총 중량 대비 1 내지 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 방향족 디카르복실산 성분은 탄소수 8 내지 20, 바람직하게는 탄소수 8 내지 14의 방향족 디카르복실산 또는 이들의 혼합물 등일 수 있다. 상기 방향족 디카르복실산의 예로, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복실산 등의 나프탈렌디카르복실산, 디페닐 디카르복실산, 4,4'-스틸벤디카르복실산, 2,5-퓨란디카르복실산, 2,5-티오펜디카르복실산 등이 있으나, 상기 방향족 디카르복실산의 구체적인 예가 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 지방족 디카르복실산 성분은 탄소수 4 내지 20, 바람직하게는 탄소수 4 내지 12의 지방족 디카르복실산 성분 또는 이들의 혼합물 등일 수 있다. 상기 지방족 디카르복실산의 예로, 1,4-사이클로헥산디카르복실산, 1,3-사이클로헥산디카르복실산 등의 사이클로헥산디카르복실산, 프탈산, 세바식산, 숙신산, 이소데실숙신산, 말레산, 푸마르산, 아디픽산, 글루타릭산, 아젤라이산 등의 선형, 가지형 또는 고리형 지방족 디카르복실산 성분 등이 있으나, 상기 지방족 디카르복실산의 구체적인 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
디올 성분
본 발명에서 사용되는 디올 성분은 상술한 디카르복실산 성분과 함께 폴리에스테르 공중합체를 구성하는 주요 단량체를 의미한다. 특히, 상기 디올 성분은 아이소소바이드, 사이클로헥산디메탄올, 및 비환형 디올을 포함한다.
상기 아이소소바이드는, 제조되는 폴리에스테르 공중합체의 가공성을 향상시키기 위하여 사용된다. 상술한 사이클로헥산디메탄올과 비환형 디올의 디올 성분에 의하여 폴리에스테르 공중합체의 투명성과 내충격강도가 향상되나, 가공성을 위하여 전단 유동화 특성이 개선되어야 하고 결정화 속도가 지연되어야 하는데, 사이클로헥산디메탄올과 비환형 디올 만으로는 이의 효과를 달성하기 어렵다. 이에 디올 성분으로서 아이소소바이드를 포함할 경우, 투명성과 내충격강도가 유지되면서도 전단 유동화 특성이 개선되고 결정화 속도가 지연됨으로써, 제조되는 폴리에스테르 공중합체의 가공성이 개선된다. 바람직하게는, 상기 아이소소바이드 잔기는 상기 전체 디올 성분 잔기 100 중량부 대비 0.1 내지 5 중량부로 포함된다.
상기 사이클로헥산디메탄올(예를 들어, 1,2-사이클로헥산디메탄올, 1,3-사이클로헥산디메탄올 또는 1,4-사이클로헥산디메탄올)은, 제조되는 폴리에스테르 공중합체의 투명성과 내충격강도의 향상에 기여하는 성분이다. 바람직하게는 상기 사이클로헥산디메탄올 잔기는 상기 전체 디올 성분 잔기 100 중량부 대비 30 내지 70 중량부로 포함된다.
상기 비환형 디올은 사이클로헥산디메탄올과 함께 제조되는 폴리에스테르 공중합체의 투명성과 내충격강도의 향상에 기여하는 성분이다. 상기 비환형 디올은 화합물 구조 내에 환형의 구조가 없는 것을 의미하며, 바람직하게는 상기 비환형 디올은 C2-10 알킬렌디올이고, 보다 바람직하게는 에틸렌 글리콜, 또는 디에틸렌 글리콜이다. 바람직하게는, 상기 비환형 디올 잔기는 상기 전체 디올 성분 잔기 100 중량부 대비 5 내지 25 중량부로 포함된다.
또한, 본 발명에 따른 폴리에스테르 공중합체는, 상기 디올 성분의 잔기의 총 몰 수에 대하여, 상기 아이소소바이드의 잔기, 사이클로헥산디메탄올의 잔기 및 비환형 디올의 잔기를 각각 4 내지 20 몰%, 65 내지 85 몰% 및 11 내지 31 몰%를 포함한다. 상기 함량으로 각 디올 성분의 잔기를 포함할 때, 본 발명에 따른 폴리에스테르 공중합체는 강도가 우수하고 또한 고내열의 결정성을 가질 수 있다.
상기 각 디올 성분의 잔기 함량과 관련하여, 바람직하게는 본 발명에 따른 폴리에스테르 공중합체는 하기 수학식 2를 만족한다:
[수학식 2]
0.04 ≤ (ISB)/(ISB+CHDM) ≤ 0.22
상기 수학식 2에서,
ISB는 상기 디올 성분의 잔기의 총 몰 수에 대하여, 상기 아이소소바이드의 잔기의 몰%이고,
CHDM은 상기 디올 성분의 잔기의 총 몰 수에 대하여, 사이클로헥산디메탄올의 잔기의 몰%를 의미한다.
상기 수학식 2는 아이소소바이드의 잔기와 사이클로헥산디메탄올의 잔기의 함량에 관한 것으로, 상기 범위를 만족할 때 본 발명에 따른 폴리에스테르 공중합체는 강도가 보다 우수하고 또한 보다 고내열의 결정성을 가질 수 있다.
폴리에스테르 공중합체
본 발명에 따른 폴리에스테르 공중합체는, 상술한 디카르복실산 성분, 디올 성분을 공중합하여 제조할 수 있다. 이때, 상기 공중합은 에스테르화 반응과 중축합 반응을 순차적으로 수행할 수 있다.
상기 에스테르화 반응은 에스테르화 반응 촉매의 존재 하에 수행하며, 아연계 화합물을 포함하는 에스테르화 반응 촉매를 사용할 수 있다. 이러한 아연계 촉매의 구체적인 예로는 아연 아세테이트, 아연 아세테이트 디하이드레이트, 염화아연, 황산아연, 황화아연, 탄산아연, 아연 시트레이트, 글루콘산 아연, 또는 이의 혼합물을 들 수 있다.
상기 에스테르화 반응은 0 내지 10.0 kg/㎠의 압력 및 150 내지 300℃ 온도에서 수행할 수 있다. 상기 에스테르화 반응 조건은 제조되는 폴리에스테르의 구체적인 특성, 각 성분의 비율, 또는 공정 조건 등에 따라 적절히 조절될 수 있다. 바람직하게는, 상기 에스테르화 반응은 0 내지 5.0 kg/㎠의 압력, 보다 바람직하게는 0.1 내지 3.0 kg/㎠의 압력; 및 200 내지 300℃, 보다 바람직하게는 240 내지 280℃의 온도에서 수행할 수 있다.
그리고, 상기 에스테르화 반응은 배치(batch)식 또는 연속식으로 수행될 수 있고, 각각의 원료는 별도로 투입될 수 있으나, 디올 성분에 디카르복실산 성분 및 3 관능기 화합물을 혼합한 슬러리 형태로 투입하는 것이 바람직하다. 그리고, 상온에서 고형분인 아이소소바이드 등의 디올 성분은 물 또는 에틸렌글리콜에 용해시킨 후, 테레프탈산 등의 디카르복실산 성분에 혼합하여 슬러리로 만들 수 있다. 또는, 60℃ 이상에서 아이소소바이드가 용융된 후, 테테프탈산 등의 디카르복실산 성분과 기타 디올 성분을 혼합하여 슬러리도 만들 수 있다. 또한, 상기 혼합된 슬러리에 물을 추가로 투입하여 슬러리의 유동성 증대에 도움을 줄 수도 있다.
또한, 상기 중축합 반응은, 150 내지 300℃, 바람직하게는 200 내지 290℃; 및 600 내지 0.01 mmHg, 바람직하게는 200 내지 0.05 mmHg, 보다 바람직하게는 100 내지 0.1 mmHg의 감압 조건에서 수행될 수 있다. 상기 중축합 반응의 감압 조건을 적용함에 따라서 중축합 반응의 부산물인 글리콜을 계외로 제거할 수 있으며, 이에 따라 상기 중축합 반응이 400 내지 0.01 mmHg 감압 조건 범위를 벗어나는 경우 부산물의 제거가 불충분할 수 있다. 또한, 상기 중축합 반응이 150 내지 300℃ 온도 범위 밖에서 일어나는 경우, 축중합 반응이 150℃ 이하로 진행되면 중축합 반응의 부산물인 글리콜을 효과적으로 계외로 제거하지 못해 최종 반응 생성물의 고유 점도가 낮아 제조되는 폴리에스테르 수지의 물성이 저하될 수 있으며, 300℃ 이상으로 반응이 진행될 경우, 제조되는 폴리에스테르 수지의 외관이 황변(yellow)이 될 가능성이 높아진다. 그리고, 상기 중축합 반응은 최종 반응 생성물의 고유 점도가 적절한 수준에 이를 때까지 필요한 시간 동안, 예를 들면, 평균 체류 시간 1 내지 24시간 동안 진행될 수 있다.
또한, 상기 중축합 반응은 티타늄계 화합물, 게르마늄계 화합물, 안티몬계 화합물, 알루미늄계 화합물, 주석계 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 중축합 촉매를 사용할 수 있다.
상기 티타늄계 화합물의 예로는, 테트라에틸 티타네이트, 아세틸트리프로필 티타네이트, 테트라프로필 티타네이트, 테트라부틸 티타네이트, 2-에틸헥실 티타네이트, 옥틸렌글리콜 티타네이트, 락테이트 티타네이트, 트리에탄올아민 티타네이트, 아세틸아세토네이트 티타네이트, 에틸아세토아세틱에스테르 티타네이트, 이소스테아릴 티타네이트, 티타늄 디옥사이드 등을 들 수 있다. 상기 게르마늄계 화합물의 예로는 게르마늄 디옥사이드, 게르마늄 테트라클로라이드, 게르마늄 에틸렌글리콕시드, 게르마늄 아세테이트, 이들을 이용한 공중합체, 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 게르마늄 디옥사이드를 사용할 수 있으며, 이러한 게르마늄 디옥사이드로는 결정성 또는 비결정성 모두를 사용할 수 있고, 글리콜 가용성도 사용할 수 있다.
또한 상기 중축합 반응 시작 전 슬러리에 또는 상기 중축합 반응 완료 후 생성물에 안정제, 정색제, 결정화제, 산화방지제, 가지화제(branching agent) 등을 첨가할 수 있다. 그러나, 상술한 첨가제들의 투입 시기는 이에 한정되는 것은 아니며, 폴리에스테르 공중합체의 제조 단계 중 임의의 시점에 투입될 수도 있다.
상기 안정제로는, 인산, 트리메틸포스페이트, 트리에틸포스페이트 등의 인계 화합물을 사용할 수 있다. 상기 안정제의 사용량은 인 원소량을 기준으로 최종 제조되는 폴리에스테르 공중합체의 중량 대비 10 내지 200 ppm이다. 상기 안정제의 사용량이 10 ppm 미만이면, 안정화 효과가 미흡하여, 폴리에스테르 공중합체의 색상이 노랗게 변할 우려가 있으며, 상기 안정제의 사용량이 200 ppm 초과이면 원하는 고중합도의 폴리에스테르 공중합체를 얻지 못할 우려가 있다.
상기 정색제는, 폴리에스테르 공중합체의 색상을 향상시키기 위해 첨가된다. 상기 정색제는, 유기화합물 정색제로서 안트라퀴논(Anthraquionone)계 화합물, 페린온(Perinone)계 화합물, 아조(Azo)계 화합물, 메틴(Methine)계 화합물 등을 사용할 수 있으며, 시판되는 제품으로는 Clarient사의 Polysynthren Blue RLS 혹은 Clarient사의 Solvaperm Red BB 등의 토너를 사용할 수 있다. 상기 유기 화합물 정색제의 사용량은 최종 제조되는 폴리에스테르 공중합체 대비 1 내지 50 ppm으로 조절될 수 있다. 만일 정색제를 상기 범위 밖의 함량으로 사용하면 폴리에스테르 공중합체의 황색을 충분히 가리지 못하거나 물성을 저하시킬 수 있다.
상기 결정화제는, 결정핵제, 자외선 흡수제, 폴리올레핀계 수지, 폴리아마이드 수지 등을 사용할 수 있다. 상기 산화방지제는, 힌더드 페놀계 산화방지제, 포스파이트계 산화방지제, 티오에테르계 산화방지제 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 가지화제는, 3 이상의 관능기를 가지는 통상의 가지화제를 사용할 수 있으며, 예를 들어 무수트리멜리틱산(trimellitic anhydride), 트리메틸올 프로판(trimethylol propane), 트리멜리틱산(trimellitic acid) 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 폴리에스테르 공중합체는, 고유 점도가 0.60 내지 1.30 dl/g이고, 바람직하게는 0.65 내지 1.20 dl/g이다. 상기 고유 점도의 측정 방법은 후술할 실시예에서 구체화한다.
또한, 본 발명에 따른 폴리에스테르 공중합체는, 상술한 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다. 상기 수학식 1은, 본 발명에 다른 폴리에스테르 공중합체의 각 물성에 관한 것으로, 상기 수학식 1을 만족할 때 우수한 강도 및 고내열의 결정성을 가지는 것을 수치화하여 나타낸 것이다. 한편, 상기 수학식 1에서 각 변수의 값은 단위를 제외한 수치를 의미한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 폴리에스테르 공중합체의 저장 탄성률이 1900 MPa일 때, X는 1900이 된다.
후술할 실시예 및 비교예와 같이, 상기 수학식 1을 만족하는 경우에는 그렇지 않은 경우에 강도 및 결정성에서 현저한 차이가 있음을 확인할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 폴리에스테르 공중합체의 저장 탄성률(X)은, 1700 내지 2100 MPa이다. 한편, 상기 저장 탄성률의 측정 방법은, 이하 실시예에서 보다 구체화한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 폴리에스테르 공중합체의 유리전이온도(Y)는, 85 내지 115 ℃이다. 한편, 상기 유리전이온도의 측정 방법은, 이하 실시예에서 보다 구체화한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 폴리에스테르 공중합체의 용융점(Z)는, 225 내지 270 ℃이다. 한편, 상기 용융점의 측정 방법은, 이하 실시예에서 보다 구체화한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 폴리에스테르 공중합체의 융해열(W)은, 1 내지 20 J/g이다. 한편, 상기 융해열의 측정 방법은, 이하 실시예에서 보다 구체화한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리에스테르 공중합체를 포함하는 물품을 제공한다.
상술한 본 발명에 따른 폴리에스테르 공중합체는 강도 및 내열성이 우수하여, 이로부터 제조되는 각종 용기는 식기 세척기 등에서 사용이 가능하고 또한 탄산수 용기와 같이 높은 압력도 견딜 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(terephthalic acid; 2666.7 g), EG(ethylene glycol; 597.6 g), CHDM(1,4-cyclohexanedimethanol; 1573.0 g), 및 ISB(isosorbide; 281.4 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(13.1 g), 안정제로 인산(phosphoric acid, 8.7 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.016 g), 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.004 g) 및 가지화제로 무수트리멜리틱산(trimellitic anhydride, 0.4 g)을 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력이 상압 보다 1.0 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 260℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 260℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 265℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.71 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화 하였다.
상기 입자를 150℃에서 1시간 동안 방치하여 결정화 한 후, 20 L 용적의 고상 중합 반응기에 투입하였다. 이후, 상기 반응기에 질소를 50 L/min 속도로 흘려주었다. 이때, 반응기의 온도를 상온에서 140℃까지 40℃/시간의 속도로 올리고, 140℃에서 3시간 유지한 후, 190℃까지 40℃/시간의 속도로 승온하여 190℃를 유지하였다. 상기 고상 중합 반응은 반응기 내의 입자의 고유점도(IV)가 0.80 dl/g이 될 때까지 진행하여, 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
실시예 2
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(2374.1 g), EG(150.7 g), CHDM(1482.8 g), 및 ISB(751.7 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(13.1 g), 안정제로 인산(8.7 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.019 g), 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.004 g) 및 결정화제로 High-density polyethylene(SK지오센트릭社 YUZEX 2600S; 0.0038 g)을 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력이 상압 보다 2.0 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 280℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 280℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 290℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.65 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화하여 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
실시예 3
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(2375.9 g), EG(248.5 g), CHDM(1690.0 g), 및 ISB(417.9 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(13.1 g), 안정제로 인산(8.7 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.019 g), 및 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.004 g)를 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력이 상압 보다 1.0 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 270℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 270℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 290℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.74 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화 하였다.
상기 입자를 150℃에서 1시간 동안 방치하여 결정화 한 후, 20 L 용적의 고상 중합 반응기에 투입하였다. 이후, 상기 반응기에 질소를 50 L/min 속도로 흘려주었다. 이때, 반응기의 온도를 상온에서 140℃까지 40℃/시간의 속도로 올리고, 140℃에서 3시간 유지한 후, 200℃까지 40℃/시간의 속도로 승온하여 200℃를 유지하였다. 상기 고상 중합 반응은 반응기 내의 입자의 고유점도(IV)가 0.95 dl/g이 될 때까지 진행하여, 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
실시예 4
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(3127.4 g), EG(257.0 g), CHDM(2360.2 g), 및 ISB(302.6 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(16.4 g), 안정제로 인산(10.9 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.020 g), 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.005 g) 및 산화방지제로 Irganox 1076(0.5 g)을 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력이 상압 보다 1.0 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 240℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 240℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 290℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.68 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화 하였다.
상기 입자를 150℃에서 1시간 동안 방치하여 결정화 한 후, 20 L 용적의 고상 중합 반응기에 투입하였다. 이후, 상기 반응기에 질소를 50 L/min 속도로 흘려주었다. 이때, 반응기의 온도를 상온에서 140℃까지 40℃/시간의 속도로 올리고, 140℃에서 3시간 유지한 후, 220℃까지 40℃/시간의 속도로 승온하여 220℃를 유지하였다. 상기 고상 중합 반응은 반응기 내의 입자의 고유점도(IV)가 1.0 dl/g이 될 때까지 진행하여, 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
실시예 5
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(2548.0 g), EG(304.5 g), CHDM(1635.6 g), 및 ISB(425.8 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(13.1 g), 안정제로 인산(8.7 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.020 g), 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.008 g) 및 산화방지제로 Iganox 1076(0.4 g)을 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력이 상압 보다 1.0 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 255℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 255℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 280℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.70 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화 하였다.
상기 입자를 150℃에서 1시간 동안 방치하여 결정화 한 후, 20 L 용적의 고상 중합 반응기에 투입하였다. 이후, 상기 반응기에 질소를 50 L/min 속도로 흘려주었다. 이때, 반응기의 온도를 상온에서 140℃까지 40℃/시간의 속도로 올리고, 140℃에서 3시간 유지한 후, 220℃까지 40℃/시간의 속도로 승온하여 220℃를 유지하였다. 상기 고상 중합 반응은 반응기 내의 입자의 고유점도(IV)가 1.2 dl/g이 될 때까지 진행하여, 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
실시예 6
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(2382.2 g), EG(115.7 g), CHDM(1508.5 g), 및 ISB(398.1 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(12.4 g), 안정제로 인산(8.2 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.027 g), 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.008 g) 및 산화방지제로 Iganox 1076(0.38 g)을 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력이 상압 보다 0.5 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 250℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 250℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 290℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.72 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화 하였다.
상기 입자를 150℃에서 1시간 동안 방치하여 결정화 한 후, 20 L 용적의 고상 중합 반응기에 투입하였다. 이후, 상기 반응기에 질소를 50 L/min 속도로 흘려주었다. 이때, 반응기의 온도를 상온에서 140℃까지 40℃/시간의 속도로 올리고, 140℃에서 3시간 유지한 후, 205℃까지 40℃/시간의 속도로 승온하여 205℃를 유지하였다. 상기 고상 중합 반응은 반응기 내의 입자의 고유점도(IV)가 1.1 dl/g이 될 때까지 진행하여, 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
실시예 7
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, DMT(dimethyl terephthalate; 3126.6 g), EG(1229.1 g), CHDM(1740.6 g), 및 ISB(753.0 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(13.8 g), 안정제로 인산(9.1 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.021 g), 및 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.008 g)를 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력을 상압으로 맞추었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 240℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 240℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 270℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.70 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화 하였다.
상기 입자를 150℃에서 1시간 동안 방치하여 결정화 한 후, 20 L 용적의 고상 중합 반응기에 투입하였다. 이후, 상기 반응기에 질소를 50 L/min 속도로 흘려주었다. 이때, 반응기의 온도를 상온에서 140℃까지 40℃/시간의 속도로 올리고, 140℃에서 3시간 유지한 후, 200℃까지 40℃/시간의 속도로 승온하여 200℃를 유지하였다. 상기 고상 중합 반응은 반응기 내의 입자의 고유점도(IV)가 1.0 dl/g이 될 때까지 진행하여, 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
실시예 8
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(2420.6 g), IPA(isophthalic acid; 127.4 g), EG(304.5 g), CHDM(1635.6 g), 및 ISB(425.8 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(13.1 g), 안정제로 인산(8.7 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.020 g), 및 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.008 g)를 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력이 상압 보다 1.0 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 260℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 260℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 285℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.70 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화 하였다.
상기 입자를 150℃에서 1시간 동안 방치하여 결정화 한 후, 20 L 용적의 고상 중합 반응기에 투입하였다. 이후, 상기 반응기에 질소를 50 L/min 속도로 흘려주었다. 이때, 반응기의 온도를 상온에서 140℃까지 40℃/시간의 속도로 올리고, 140℃에서 3시간 유지한 후, 200℃까지 40℃/시간의 속도로 승온하여 200℃를 유지하였다. 상기 고상 중합 반응은 반응기 내의 입자의 고유점도(IV)가 1.2 dl/g이 될 때까지 진행하여, 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
비교예 1
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(3417.6 g), EG(1314.8 g), 및 ISB(661.3 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(5.5 g), 안정제로 인산(3.0 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.013 g), 및 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.004 g)를 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력이 상압 보다 0.5 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 260℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 260℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 275℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.75 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화하여 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
비교예 2
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(2657.1 g), EG(793.9 g), CHDM(1498.2 g), 및 ISB(701.1 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(13.1 g), 안정제로 인산(8.7 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.012 g), 및 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.004 g)를 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력이 상압 보다 1.0 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 255℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 255℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 285℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.65 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화하여 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
비교예 3
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(2209.6 g), CHDM(1859.2 g), 및 ISB(252.6 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(12.8 g), 안정제로 인산(8.5 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.012 g), 및 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.004 g)를 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력을 상압 보다 2.0 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 250℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 250℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 270℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.70 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화 하였다.
상기 입자를 150℃에서 1시간 동안 방치하여 결정화 한 후, 20 L 용적의 고상 중합 반응기에 투입하였다. 이후, 상기 반응기에 질소를 50 L/min 속도로 흘려주었다. 이때, 반응기의 온도를 상온에서 140℃까지 40℃/시간의 속도로 올리고, 140℃에서 3시간 유지한 후, 200℃까지 40℃/시간의 속도로 승온하여 200℃를 유지하였다. 상기 고상 중합 반응은 반응기 내의 입자의 고유점도(IV)가 0.95 dl/g이 될 때까지 진행하여, 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
비교예 4
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(2377.9 g), CHDM(1835.9 g), 및 ISB(648.3 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(13.8 g), 안정제로 인산(9.1 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.021 g), 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.004 g) 및 및 산화방지제로 Iganox 1076(0.42 g)을 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력을 상압 보다 1.0 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 265℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 265℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 275℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.68 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화 하였다.
상기 입자를 150℃에서 1시간 동안 방치하여 결정화 한 후, 20 L 용적의 고상 중합 반응기에 투입하였다. 이후, 상기 반응기에 질소를 50 L/min 속도로 흘려주었다. 이때, 반응기의 온도를 상온에서 140℃까지 40℃/시간의 속도로 올리고, 140℃에서 3시간 유지한 후, 200℃까지 40℃/시간의 속도로 승온하여 200℃를 유지하였다. 상기 고상 중합 반응은 반응기 내의 입자의 고유점도(IV)가 1.0 dl/g이 될 때까지 진행하여, 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
비교예 5
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(2234.8 g), CHDM(1512.1 g), 및 ISB(825.5 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(12.9 g), 안정제로 인산(8.6 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.020 g), 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.004 g) 및 및 결정화제로 High-density polyethylene(SK지오센트릭社 YUZEX 2600S; 0.3950 g)를 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력을 상압 보다 0.5 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 260℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 260℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 275℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.70 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화 하였다.
상기 입자를 150℃에서 1시간 동안 방치하여 결정화 한 후, 20 L 용적의 고상 중합 반응기에 투입하였다. 이후, 상기 반응기에 질소를 50 L/min 속도로 흘려주었다. 이때, 반응기의 온도를 상온에서 140℃까지 40℃/시간의 속도로 올리고, 140℃에서 3시간 유지한 후, 200℃까지 40℃/시간의 속도로 승온하여 200℃를 유지하였다. 상기 고상 중합 반응은 반응기 내의 입자의 고유점도(IV)가 0.98 dl/g이 될 때까지 진행하여, 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
비교예 6
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(2612.0 g), EG(595.1 g), CHDM(1404.8 g), 및 ISB(160.8 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(12.4 g), 안정제로 인산(8.2 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.011 g), 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.004 g) 및 가지화제로 무수트리멜리틱산(trimellitic anhydride, 0.38 g)을 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력을 상압 보다 1.0 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 265℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 265℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 280℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.70 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화하여 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
비교예 7
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(2576.1 g), EG(327.1 g), CHDM(1430.2 g), 및 ISB(951.6 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(13.4 g), 안정제로 인산(8.9 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.021 g), 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.004 g) 및 결정화제로 High-density polyethylene(SK지오센트릭社 YUZEX 2600S; 0.0041 g)를 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력을 상압 보다 0.5 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 270℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 270℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 275℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.67 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화하여 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
비교예 8
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(2598.8 g), EG(223.2 g), CHDM(1668.3 g), 및 ISB(182.9 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(13.1 g), 안정제로 인산(8.7 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.024 g), 및 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.004 g)를 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력을 상압 보다 1.0 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 255℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 255℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 270℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.68 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화 하였다.
상기 입자를 150℃에서 1시간 동안 방치하여 결정화 한 후, 20 L 용적의 고상 중합 반응기에 투입하였다. 이후, 상기 반응기에 질소를 50 L/min 속도로 흘려주었다. 이때, 반응기의 온도를 상온에서 140℃까지 40℃/시간의 속도로 올리고, 140℃에서 3시간 유지한 후, 200℃까지 40℃/시간의 속도로 승온하여 200℃를 유지하였다. 상기 고상 중합 반응은 반응기 내의 입자의 고유점도(IV)가 1.0 dl/g이 될 때까지 진행하여, 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
비교예 9
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(2809.0 g), EG(430.2 g), CHDM(1583.9 g), 및 ISB(222.4 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(13.8 g), 안정제로 인산(9.1 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.021 g), 및 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.004 g)를 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력을 상압 보다 2.0 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 260℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 260℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 270℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.72 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화하여 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
비교예 10
단계 1) 에스테르화 반응
컬럼과, 물에 의해 냉각이 가능한 콘덴서가 연결되어 있는 10 L 용적의 반응기에, TPA(2555.9 g), EG(305.5 g), CHDM(1330.3 g), 및 ISB(629.4 g)을 투입하고, 촉매로 GeO2(12.8 g), 안정제로 인산(8.5 g), 블루토너로 Polysynthren Blue RLS(Clarient사, 0.016 g), 및 레드토너로 Solvaperm Red BB(Clarient사, 0.004 g)를 투입하였다.
이어서, 반응기에 질소를 주입하여 반응기의 압력을 상압 보다 1.0 kgf/cm2 만큼 높은 가압 상태로 만들었다. 그리고 반응기의 온도를 220℃까지 90분에 걸쳐 올리고, 220℃에서 2시간 유지한 후, 250℃까지 2시간에 걸쳐 올렸다. 그 다음, 반응기 내의 혼합물을 육안으로 관찰하여 혼합물이 투명해질 때까지 반응기의 온도를 250℃로 유지하며 에스테르화 반응을 245분 동안 진행하였다. 이 과정에서 컬럼과 콘덴서를 거쳐 부산물이 유출되었다. 에스테르화 반응이 완료되면, 가압 상태의 반응기 내의 질소를 외부로 배출하여 반응기의 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응기 내의 혼합물을 진공 반응이 가능한 7 L 용적의 반응기로 이송시켰다.
단계 2) 중축합 반응
상기 7 L 용적의 반응기의 압력을 상압 상태에서 5 Torr (절대 압력: 5 mmHg)까지 30분에 걸쳐 낮추고, 동시에 반응기의 온도를 275℃까지 1시간에 걸쳐서 올리고, 반응기의 압력을 1 Torr(절대 압력: 1 mmHg) 이하로 유지하면서 중축합 반응을 실시하였다. 중축합 반응의 초기에는 교반 속도를 빠르게 설정하나, 중축합 반응이 진행됨에 따라 반응물의 점도 상승으로 인해 교반력이 약해지거나 또는 반응물의 온도가 설정한 온도 이상으로 올라갈 경우 교반 속도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 중축합 반응은 반응기 내의 혼합물(용융물)의 고유점도(IV)가 0.70 dl/g이 될 때까지 진행하였다. 반응기 내의 혼합물의 고유점도가 원하는 수준에 도달하면, 혼합물을 반응기 외부로 토출하여 스트랜드(strand)화 하였으며, 이를 냉각액으로 고화 후 평균 무게가 12 내지 14 mg 정도가 되도록 입자화하여 폴리에스테르 공중합체를 제조하였다.
실험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 공중합체에 대하여, 이하와 같이 물성을 평가하였다.
1) 고유 점도: 150℃ 오르쏘클로로페놀(OCP)에 0.12% 농도로 폴리에스테르 공중합체를 용해시킨 후, 35℃의 항온조에서 우벨로드형 점도계를 사용하여 측정하였다.
2) 저장 탄성률(storage modulus): 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 폴리에스테르 공중합체를 길이 17.5 mm, 폭 13 mm, 및 두께 0.8 mm의 시편을 제조하였다. 상기 시편에 대하여, TA Instruments 사의 Q800 장비를 이용하여, Single-cantilever mode에서 온도 범위 40℃ 내지 180℃ 및 승온 속도 3 ℃/min, 주파수 1 Hz, 및 진폭 15 μm의 조건으로 측정하였으며, 40℃에서의 측정된 값을 저장 탄성률로 측정하였다.
3) 용융점 및 융해열: Mettler toledo사의 DSC1 장비를 이용하여 측정하였다. 구체적으로, 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 폴리에스테르 공중합체에 대해 사출 성형기를 이용하여 250 내지 270℃ 내외의 온도에서 가공하여 6 mm 두께의 평판 시편의 사출물을 얻은 후. 폴리에스테르 공중합체 사출물에 대해 질소 하 1분당 +5℃의 승온 속도로 용융점 및 융해열을 측정하였다.
4) 유리전이온도: TA Instruments 사의 Q800 장비를 이용하여, 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 폴리에스테르 공중합체에 대해 1분당 3℃의 승온 속도, 주파수 10 Hz에서 저장 탄성률과 유리전이온도를 측정하였다.
5) 용융점 및 융해열: Mettler toledo사의 DSC1 장비를 이용하여, 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 폴리에스테르 공중합체에 대해 질소 하 1분당 +10℃의 승온 속도로 용융점 및 융해열을 측정하였다.
6) 연신비 측정: 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 공중합체에 대하여 290℃로 용융 압출하여, 두께 300 μm의 미연신 필름을 제조하였다. 이를 각 공중합체의 유리전이온도 보다 30℃ 높은 온도에서 종 방향으로 연신을 수행하였다. 구체적으로는 종 방향으로의 연신 속도는 750 %/min으로 수행하였으며, 400% 이상의 연신이 가능한지 평가하였다.
상기 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
IV 저장 탄성률 유리전이온도 용융점 융해열 연신비 400% 이상 물성 팩터1)
단위 dl/g MPa ℃ ℃ J/g -
실시예 1 0.80 1900 90 232 5 O 147.4
실시예 2 0.65 1800 110 240 1 O 825
실시예 3 0.95 1830 100 250 16 O 45.8
실시예 4 1.0 1800 92 265 20 O 31.2
실시예 5 1.2 1900 100 237 10 O 77.8
실시예 6 1.1 2010 106 230 1 O 926.3
실시예 7 1.0 1930 100 235 12 O 68.4
실시예 8 1.2 1900 100 237 10 O 77.8
비교예 1 0.75 1900 95 - - O -
비교예 2 0.65 1750 97 - - X -
비교예 3 0.95 1680 94 270 36 O 16.2
비교예 4 1.0 1750 104 260 30 O 23.3
비교예 5 0.98 1900 117 225 0.5 X 1976.0
비교예 6 0.70 1750 86 - - X -
비교예 7 0.67 1680 118 - - X -
비교예 8 1.0 1700 88 250 21 O 28.5
비교예 9 0.72 1730 91 - - X -
비교예 10 0.70 1650 104 - - X -
1) 물성 팩터 = {(저장탄성율)*(유리전이온도)}/{(용융점)*(융해열)}
상기 표 1에서, 비교예 1, 2, 6, 7, 9 및 10의 경우에는 비결정성 수지이기 때문에, 용융점과 융해열이 존재하지 않았다. 비결정성 수지는 결정성 수지 대비 저장탄성률과 연신 특성이 낮아 강도와 성형성이 부족하다. 또한, 비교예 5는 융해열이 지나치게 낮으며, 이는 비결정성 수지에 가까운 성질을 나타내는 것을 의미한다. 또한, 비교예 8의 경우에는 유리전이온도가 지나치게 낮아 내열성이 낮음을 확인할 수 있었다. 반면, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 8은 저장 탄성률이 높고 유리전이온도가 높아 강도 및 내열성이 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 8은 용융점과 융해열이 높아 결정성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 연신비 400% 이상은 폴리에스테르 수지가 높은 결정성을 가지고 있음을 의미하며, 본 발명에 따른 폴리에스테르는 모두 연신비 400% 이상을 나타내었으나, 비교예 2, 5, 6, 7, 9 및 10의 경우에는 결정성이 낮아 연신 특성이 낮게 나타났다.

Claims (9)

1) 테레프탈산을 포함하는 디카르복실산 성분의 잔기; 및
2) 아이소소바이드, 사이클로헥산디메탄올, 및 비환형 디올을 포함하는 디올 성분의 잔기를 포함하는, 폴리에스테르 공중합체에 있어서,
상기 디올 성분의 잔기의 총 몰 수에 대하여, 상기 아이소소바이드의 잔기, 사이클로헥산디메탄올의 잔기 및 비환형 디올의 잔기를 각각 4 내지 20 몰%, 65 내지 85 몰% 및 11 내지 31 몰%를 포함하고,
하기 수학식 1을 만족하는,
폴리에스테르 공중합체:
[수학식 1]
30 < (X × Y)/(Z × W) < 1000
상기 수학식 1에서,
X는 상기 폴리에스테르 공중합체의 40℃에서의 저장 탄성률(단위: MPa)이고,
Y는 상기 폴리에스테르 공중합체의 유리전이온도(단위: ℃)이고,
Z는 상기 폴리에스테르 공중합체의 용융점(단위: ℃)이고,
W는 상기 폴리에스테르 공중합체의 융해열(단위: J/g)이다.
제1항에 있어서,
상기 폴리에스테르 공중합체는 하기 수학식 2를 만족하는,
폴리에스테르 공중합체:
[수학식 2]
0.04 ≤ (ISB)/(ISB+CHDM) ≤ 0.22
상기 수학식 2에서,
ISB는 상기 디올 성분의 잔기의 총 몰 수에 대하여, 상기 아이소소바이드의 잔기의 몰%이고,
CHDM은 상기 디올 성분의 잔기의 총 몰 수에 대하여, 사이클로헥산디메탄올의 잔기의 몰%를 의미한다.
제1항에 있어서,
상기 디카르복실산 성분의 잔기는, 디메틸테레프탈산, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 디페닐 디카르복실산, 4,4'-스틸벤디카르복실산, 2,5-퓨란디카르복실산, 및 2,5-티오펜디카르복실산으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 잔기를 추가로 포함하는,
폴리에스테르 공중합체.
제1항에 있어서,
상기 폴리에스테르 공중합체의 저장 탄성률(X)은, 1700 내지 2100 MPa인,
폴리에스테르 공중합체.
제1항에 있어서,
상기 폴리에스테르 공중합체의 유리전이온도(Y)는, 85 내지 115 ℃인,
폴리에스테르 공중합체.
제1항에 있어서,
상기 폴리에스테르 공중합체의 용융점(Z)는, 225 내지 270 ℃인,
폴리에스테르 공중합체.
제1항에 있어서,
상기 폴리에스테르 공중합체의 융해열(W)은, 1 내지 20 J/g인,
폴리에스테르 공중합체.
제1항에 있어서,
상기 비환형 디올은, C2-10 알킬렌디올인,
폴리에스테르 공중합체.
제1항에 있어서,
상기 비환형 디올은, 에틸렌 글리콜, 또는 디에틸렌 글리콜인,
폴리에스테르 공중합체.
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