KR950015129B1 - 폴리아릴레이트의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

폴리아릴레이트의 제조 방법

본 발명은 가공성을 향상시킨 폴리아릴레이트의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중합시 가소제를 직접 투입하여 용융 중합시키므로써, 내열성, 기계적 강도, 내후성, 난연성등의 제반 물성이 뛰어나면서도 합성시 부산물의 제거를 쉽게 할 수 있으며, 특히 용융 가공성을 향상시킨 폴리아릴레이트의 제조방법에 관한 것이다.

폴리아릴레이트 수지란 방향족 디올(aromatic diol)과 방향족 디카르복실산(aromatic dicarboxylic acid)을 축중합시켜서 제조한 전 방향족 선형 폴리에스터(wholly aromatic polyester)수지를 말한다.

이러한, 폴리아릴레이트 수지는 사용하는 원료 물질에 따라 여러가지의 분자구조가 있으나, 그 중에서도 다음 구조식(A)로 표시한 바와 같이, 방향족 디올중 비스페놀 A(bisphenol A)와 방향족 디카르복실산으로서의 테레프탈산(terephthalic acid) 및 이소프탈산(isophthalic acid)을 축중합시켜서 제조된 것이 대표적이다.

상기 구조식(A)의 폴리아릴레이트 수지[일본 특허 공개소 49-101,944호 및 소 55-115,871호]는 투명하고 비결정성의 수지로서 다음과 같은 특징이 있다.

1) 분자 구조내에 방향족 기인 벤젠 고리의 밀도가 매우 높아서 내열성과 기계적 강도가 탁월하다.

2) 연화점(Softening Point)과 열분해 온도와의 차이가 매우커서 압출 성형, 중공 성형 및 사출 성형이 모두 가능하다.

3) 한계 산소 지수가 37%로서 수지 자체만으로도 난연성이 우수하다.

4) 자외선 흡수 능력이 커서 내후성이 양호하다.

5) 타 수지와의 상용성이 우수하고 수지의 조성 변경이 용이해서 물성 개질의 폭이 넓다.

즉, 상기 구조식(A)의 폴리아릴레이트 수지는 제반 물성이 특수한 엔지니어링 플라스틱의 일종으로서, 전기, 전자 제품의 스위치류, 소켓트류, 전자렌지 부품, 릴레이 케이스 및 기판등에 사용되고, 또 기계 분야에서는 시계 내, 외 장품, 광학 기계 부품, 가스 차단기등 열기기 부품 또는 펌프 하우징이나 자동차 분야의 렌즈류, 전장품 하우징, 계기판 등의 각종 구조 재료 및 포장 재료로서 광범위하게 이용되고 있다.

한편, 종래의 폴리아릴레이트 용융 중합 방법으로는 디아세테이트(diacetate)법과 디페닐에스터(diphenylester)법이 이용되어 왔다.

그러나, 이러한 방법들은 매우 고가인 비스페놀(bisphenol)의 디아세테이트나 디페닐에스터를 원료 물질로 해야 하며, 아세트산(AcOH)이나 페놀(phOH)을 연속적으로 제거하기가 어렵다는 단점이 있다[일본 특허 공개소 53-36,240 호, 유럽 특허 제40,067호, 미국 특허 제4,490,741호]

또한, 상기의 방법으로는 중합이 진행됨에 따라 반응계의 점도가 커져서 원활한 교반이 어려워지고, 따라서 국부적인 온도 상승이라던가 반응물 사이의 물질 전달이 곤란할 뿐 아니라 발생되는 부산물 제거의 지연등의 이유로 분자량이 큰 중합체를 얻기가 어려웠다.

한편, 고분자량의 폴리에스터를 얻기 위하여 디카르복실산 할라이드(dicarboxylic acid halide)와 방향족디하이드록시 화합물(aromatic dihydroxy compund) 또는 폴리하이드릭알콜(polyhydrice alcohol)과 같은 디하이드록시 화합물을 반응시키는 방법도 있다. 그러나, 이러한 방법에 있어서도 중축합 과정에서 발생하게 되는 염산(HCl)을 중화시키기 위해서 알칼리나 3차 아민의 수용액을 산 중화제로 사용하는데, 이 때 알칼리 금속 산화물이나 3차 아민 염화수소(tertiary amine hydrogen chloides)가 발생하기 때문에 중합체를 가공하기전에 이러한 물질들을 분리해내야 하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 종래의 이러한 제반 결점을 해소하기 위해서, 중합시 가소제를 직접 투여하여 용융 중합시키므로써 부산물의 제거가 원활하여, 합성한 폴리아릴레이트를 곧바로 얻을 수 있을 뿐 아니라 유동성이 향상된 고품질, 고분자량의 폴리아릴레이트를 제조 할 수 있는 새로운 방법을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 방향족 디올과 방향족 디카르복실산 할라이드 또는 그 혼합물을 중합시켜서 폴리아릴레이트를 제조함에 있어서, 상기 중합 반응시 가소제로서 디-2-에틸헥실프탈레이트(이하, DOP라 약칭함) 또는 디부틸프탈레이트(이하 DBP라 약칭함)를 직접 투입하여 용융 중합시켜서 제조하는데 그 특징이 있다.

이러한 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선 방향족 디올(aromatic diol)과 방향족 디카르복실산 할라이드(aromatic dicarboxylic acid halide)또는 그 혼합물을 중합하여 합성하는데, 이때 폴리아릴레이트의 성형 가공성을 높이기 위하여 가소제로 쓰이는 DOP나 DBP를 직접 반응기에 넣고 용융 중합시키면 반응 단량체보다 상대적으로 안정한 DOP나 DBP에 의해 교반이 원활이 이루어져 높은 분자량의 중합물을 얻을 수 있고 부산물인 염산(HCl)의 제거가 용이해지는 것이다.

이때 첨가되는 가소제의 양은 방향족 디올 100 중량부에 대해 5~15중량부로 첨가하는 것이 좋다. 만일 15중량부를 초과하게 되면 폴리아릴레이트에 분자량이 낮아져서 제반 물성이 떨어지게 되고, 5중량부보다 적게 사용하면 가소제 첨가 효과를 기대할 수 없다.

이때, 본 발명에서 사용되는 방향족 디올로서는 예컨대, 레조르시놀, 하이드로퀴논, 디페놀, 디하이드록시나프탈렌, 비스(4-하이드록시 페닐)메탈(비스페닐 F), 1.1 또는 1.2-비스(4-하이드록시 페닐)메탈(비스페놀 E), 비스(4-하이드록시페닐)설파이드, 2.2-비스(4-하이도록시 페닐)프로판(비스페놀 A), 비스(4-하이드록시 페닐)옥사이드, (4-하이드록시 페닐)설폰, 알킬 또는 할로겐으로 치환된 디하이드릭페놀등이 사용될 수 있다.

또한, 방향족 디카르복실산 할라이드로서는 예컨대, 테레프탈산의 치환체, 이소프탈산의 치환체, 바이벤조산의 치환제, 나프탈렌 디카르복실산, 비스(4-카르복시페닐)메탄, 1.2-비스(4-카르복시페닐)옥사이드, 비스(4-카르복시 페닐)프로판, 비스(4-카르복시 페닐)옥사이드, 비스(4-카르복시 페닐)설파이드 및 비스(4-카르복시 페닐) 설폰의 치환체 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 방향족 디카르복실산 할라이드나 그 혼합물을 반응기에 넣고 가열하면서 잘 교반시킨 다음 여기에 방향족 디올을 넣고 계속 가열시킨다. 이렇게 하여 반응이 시작되면 온도를 약간 높인 후 격렬하게 교반하면서 반응을 진행시킨다. 얼마후 중합물의 분자량이 커지고 점도가 증가하면서 교반이 어려워지면서 소량의 DOP나 DBP를 반응기에 넣고 진공을 걸면서 교반을 계속한다. 이렇게 하면 점도가 떨어져서 교반이 원활하여지고, 진공을 걸어 주었기 때문에 반응 중간에 발생하는 부산물인 염산도 제거되게 된다.

이러한 과정중에서 이때까지는 온도가 비교적 낮은 상태였으므로 중합도는 적지만 중합이 천천히 이루어지고 교반이 잘되어서 분자량이 일정하게 유지되는데, 그후 마지막으로 계속 가열하게 되면 중합도를 올릴 수 있게 되어 고분자량을 폴리아릴레이트가 제조 되게 된다.

이러한, 본 발명은 종래의 방법에서 문제가 되었던 교반의 문제와 부산물의 제거를 동시에 해결할 수 있는 바, 이는 용융 중합시 교반이 쉬워지므로 분자량이 크고 균일한 중합체를 낮은 온도에서 얻을 수 있고, 또 고 진공을 걸어주므로써 부산물을 쉽게 제거할 수 있기 때문이다. 다시말해, 종래에는 반응 온도의 지나친 상승으로 인해 분자량 분포가 균일하지 못하여 중합물의 변색이 일어 났으나, 본 발명에서는 DOP나 DBP의 첨가로 인해 교반이 원활하게 되므로 비교적 낮은 온도에서도 중합도를 상승시킬 수 있으며 분자량을 높일 수 있고, 또 부산물 제거도 용이하여 변색을 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 가소제를 중합시 미리 넣었기 때문에 가공할때 가소제를 첨가하는 공정이 생략되고, 성형 조건에 따라 가소제의 양도 조절할 수 있는 잇점이 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

250㎖ 플라스크에 이소프탈로일 클로라이드(isophthaloyl chloride)10.15g, 테레프탈로일 클로라이드(terephthaloyl chloride)10.15g을 넣고 100℃까지 가열한 후, 상기 플라스크에 비스페놀 A(bisphenol A)22.8g를 서서히 가하면서 20분 동안에 130℃까지 가열했다. 이때 고온(130℃)의 질소를 반응기 안으로 주입하면서 발생하는 염산을 제거 했다.

30분 동안 130℃를 유지하면서 격렬하게 교반한 후 30분 동안 200℃로 온도를 올렸다. 온도를 올리는 중 150℃ 부근에서 DBP 3g을 반응기안에 넣으면 반응물의 점도가 낮아지면서 교반이 원활하여 졌다. 그후 1토르의 고진공을 걸어주고 2시간 동안 잘 교반한 후 30분 동안 250℃로 온도를 상승시켰다. 250℃에서 고진공이 걸려 있는 상태로 1시간 동안 잘 교반시킨 후 냉각시켜서 폴리아릴레이트를 제조하였다. 얻어진 반응물을 페놀 : 테트라 클로로 에탄(60 : 40)의 혼합물에 녹인후, 고유점도 (0.5g/dL)를 측정해 보니 Ⅳ가 0.5이었다. 이때 투입하는 DBP의 양은 2~4g이면 가능하나 3g이 가장 좋다.

[실시예 2]

250ml 플라스크에 이소프탈로일 클로라이드 10.15g, 테레프탈로일 클로라이드 10.15g을 넣고 100℃까지 가열한 후 비스페놀 A22.8g를 서서히 넣으면서 20분 동안 130℃까지 가열하였다. 이후 실시예 1과 동일하게 반응을 진행시키면서 DBP 대신 DOP를 3g 투입하였다. 반응 종료후 Ⅳ를 측정해 보니 0.45이었다.

[비교예]

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 DBP를 투입하지 않고 이소프탈로일 클로라이드 : 테레프탈로일 클로라이드 : 비스페놀 A를 0.5 : 0.5 : 1의 비율로 넣고 동일한 조건으로 합성 하였다. 그 결과 얻어진 폴리아릴레이트 Ⅳ는 0.30이었다.

Claims (2)

1. 방향족 디올과 방향족 디카르복실산 할라이드 또는 그 혼합물을 중합시켜서 폴리아릴레이트를 제조함에 있어서, 상기 중합 반응시 가소제로서 디-2-에틸헥실 프탈레이트 또는 디 부틸프탈레이트를 직접투입하여 용융 중합시켜서 제조함을 특징으로 하는 폴리아릴레이트의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 가소제는 방향족 디올성분 100중량부에 대하여 5~15중량부로 첨가 사용하여서 됨을 특징으로 하는 폴리아릴레이트의 제조방법.