KR970011637B1 - 지방족 폴리에스테르 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용없음

Description

지방족 폴리에스테르 및 그의 제조방법
본 발명은 다가 알코올류와 다염기산의 혼합물 또는 이들의 혼합물과 하이드록시카복실산의 혼합물의 직접 축중합반응에 의해 의료용 재료 및 범용 수지의 대체물로서 유용한 생분해성 축중합체인 지방족 폴리에스테르를 제조하는 방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 지방족 폴리에스테르에 관한 것이다.
지방족 폴리에스테르는 물의 존재하에서 비교적 용이하게 가수분해되고, 미생물에 의해서도 분해된다.
또한, 생체내에서 가수분해되어 흡수되고, 따라서 상기 용도에 적용될 수 있는 축중합체로서 주목받고 있다.
주지된 바와 같이 다가 알코올류와 다염기산으로부터 고분자량 폴리에스테르를 제조하는 방법은 말단 하이드록시기를 갖는 저분자량 폴리에스테르의 탈글리콜반응에 의거한다.
따라서, 분자량이 증가함에 따라 말단기의 농도는 현저하게 감소한다. 또한, 에스테르 교환시에 에스테르의 농도에 의한 분해반응이 추가되고, 따라서 분자량 증가로 한계를 나타내게 된다. 특히, 지방족 폴리에스테르에서 그 경향이 현저하게 나타난다. 예를 들면, 종래의 감압하에서의 탈글리콜반응에 의해 고분자량 포화 폴리에스테르를 제조하는 경우 분자량이 최대로 된후 감소하기 시작한다는 것이 알려져 있다.
이러한 경우 강인한 필름을 형성시키기에 충분한 분자량을 갖는 지방족 폴리에스테르를 제조하기 위해 종래의 탈글리콜반응에 의존하는 한 어렵다. 즉, 지방족 폴리에스테르에서 얻어진 분자량은 실용성 있는 물성을 갖는 필름을 형성할 수 없을 정도로 작았다.
일본국 특개평 4-189822호와 특개평 4-189823호에는 수평균 분자량이 5,000 이상이고, 말단기가 실질적으로 하이드록시기로 되어 있고, 산성분인 탄소수 5 이상인 화합물 또는 그의 혼합물로 되어 있는 포화 폴리에스테르에 그의 융점이상의 용융상태에서 하이드록시기의 0.1-2당량에 상당하는 이소시아네이트기를 갖는 이소시아네이트 화합물을 첨가하여서 된 고분자량 폴리에스테르의 제조방법에 관하여 기재되어 있다.
일본국 특개평 5-310898에는 글리콜 성분과 지방족 또는 지방족 고리 디카복실산 성분 또는 그의 무수물 성분을 에스테르화 반응시키고, 그 생성물인 폴리에스테르디올을 촉매존재, 0.005-0.1mmHg인 고진공하에서 180-230℃에서 탈글리콜반응시키는 고분자량 지방족 폴리에스테르의 제조방법에 관하여 기재되어 있다.
또한, 미국특허 3,932,319호에는 자연적으로 생분해된 생성물과 감소된 점도가 0.1-10이고, 진공, 0.1mmHg이하, 250℃에서 중합에 의해 얻어진 지방족 폴리에스테르를 혼합한 후 10-3mmHg 이하인 초고진공하에서 전이에스테르화반응을 시켜 제조된 신규한 조성물에 대하여 기재되어 있다.
그러나 상기와 같은 고온 반응에서의 지방족 폴리에스테르 제조방법에서 불순물의 형성과 이 불순물에 기인하는 폴리머의 변색이 불가피한 문제를 야기시킨다. 따라서 이소시아네이트 화합물을 사용하거나 고온 또는 고진공하에서 반응을 실행하므로서 얻어진 폴리머는 식품 포장 또는 의료용에 사용하기가 어렵다.
그러한 상황하에서 안정제를 폴리머에 첨가해야만 하고, 일본국 특개평 6-41288호에는 형성된 지방족 폴리에스테르 100중량부당 0.001-0.5중량부의 금속화합물 촉매 존재하에서 수평균 분자량 5,000 이상 및/또는 중량 평균 분자량 30,000 이상인 지방족 폴리에스테르를 제조하기 위해 글리콜과 디카복실산 또는 그의 무수물을 반응시키므로써 탈색을 감소시키고 열안정성을 높히고, 상기 지방족 폴리에스테르 100중량부당 인화합물 0.01-3중량부를 반응말기에 첨가하고, 수평균분자량 10,000 이상 및/또는 중량 평균 분자량 50,000 이상인 고분자량 폴리에스테르를 제조하기 위해 상기 지방족 폴리에스테르와 지방족 폴리에스테르 100중량부당 폴리이소시아네이트 화합물 0.1-5중량부를 반응시키는 방법이 기재되어 있다.
그러나 상기와 같이 고분자 사슬에 존재하는 이소시아네이트기는 분해 과정에서 독성이 강한 아민 화합물을 생성시켜 토양중에 축적될 염려가 있다.
하이드록시카복실산에 있어서는 폴리하이드록실산은 환상 2량체의 개환중합반응에 의해 제조되고 있었다. 예를 들면, 폴리락트산과 폴리글리콜산은 락트산 글리콜산의 환상 2량체인 락티드와 글리콜리드의 개환중합반응에 의해 각각 제조되고 있었다.
그러나 폴리머의 원료 물질에 사용될 수 있는 락티드 또는 글리콜리드를 제조하기 위해 감압하에서의 증류와 반복되는 재결정을 포함하는 복잡한 공정이 요구된다. 이러한 복잡한 정제공정은 많은 노력을 필요로 하고 경제적으로 바람직하지 않다. 게다가 개환 중합반응은 락티드와 글리콜리드 같은 환상 락톤을 형성하지 않는 하이드록시카복실산의 공축중합반응으로 실행될 수 없다.
한편, 직접적인 축중합반응에 의해 고분자량 축중합체의 제조방법이 다가 알코올과 다염기산으로 된 이성분계 또는 이들에 하이드록시 카복실산이 추가된 삼성분계에서는 아직 확립되어 있지 않았다.
이성분계 또는 삼성분계의 에스테르화 반응은 연속적인 반응이며 생성물의 분자량은 반응시간이 길어짐에 따라 증가한다. 반응중에 생성된 물 또는 모노머는 가수분해에 의해 축중합체의 분자량을 저하시키는 작용을 한다.
따라서 반응계로부터 생성된 물 또는 과잉 모노머를 제거하기 위해 고분자량 폴리에스테르를 제공하는 것이 요구되어 지고 있었다.
본 발명의 목적은 생분해에 의해 독성 물질을 형성시키지 않고 필름, 필라멘트 및 다른 성형물의 충분한 강도를 갖고 고분자량 지방족 폴리에스테르 및 다가 알코올과 다염기산의 혼합물 또는 이 혼합물에 하이드록시카복실산의 첨가로 얻어진 혼합물의 직접적인 축중합반응에 의해 고분자량 지방족 폴리에스테르를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 지방족 다가 알코올 또는 혼합된 지방족 다가 알코올과 지방족 다염기산 또는 혼합된 지방족 다염기산의 혼합물을 유기용매가 함유된 반응혼합물 중에서 직접 축중합반응시키는 중량 평균 분자량이 15,000 이상인 지방족 폴리에스테르의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 중량 평균 분자량이 15,000 이상인 지방족 폴리에스테르를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 지방족 다가 알코올 또는 혼합된 지방족 다가 알코올과 지방족 다염기산 또는 혼합된 지방족 다염기산의 혼합물에 하이드록시카복실산 또는 혼합된 하이드록시 카복실산의 첨가로 얻어진 혼합물을 유기용매가 함유된 반응 혼합물중에서 직접 축중합반응시키는 중량 평균 분자량이 15,000 이상인 지방족 폴리에스테르의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조되고, 중량 평균 분자량이 15,000 이상인 지방족 폴리에스테르를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 촉매 존재하에서 축중합반응을 행하는 경우에 반응 완료후 용액을 교반하거나 또는 그대로 냉각하고, 얻어진 고체상의 생성물을 특정 유기용매 존재하에서 산성물질과 접촉시키므로써 축중합물로부터 촉매를 제거하는 축중합물의 정제방법 및 상기 정제방법에 의해 정제된 축중합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 제조방법은 미량의 불순물을 함유하고 생분해성 폴리머에 유용한 지방족 폴리에스테르를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 제조방법은 필름, 필라멘트 및 성형물의 형성에서 충분한 강도를 갖는 고분자량 지방족 폴리에스테르를 쉽게 제공할 수 있다.
본 발명의 제조방법에서 다가 알코올과 다염기산의 혼합물 또는 이 혼합물에 하이드록시카 복실산을 첨가하여 얻어진 혼합물을 포함하는 단량체의 축중합반응은 유기용매 중에서 행하여지고, 생성된 물과 과잉의 모노머를 유기용매와 함께 반응계외로 증류제거 시킨다. 본 발명의 제조방법은 바람직하게는 탈수 축중합반응 중에 물과 과잉의 모노머를 유기용매와 함께 반응계외로 증류 제거시킴과 동시에 이 유기용매를 추가 용매로서 반응계로 채워넣으면서 반응시키는 것이다. 추가 용매에 함유된 물과 모노머의 양은 증류 제거된 유기용매에 용해된 물과 모노머의 양보다 적다, 추가용매는 처리후 증류제거된 용매의 리사이클링 또는 새로운 용매 사용에 의해 반응계내로 채워진다. 증류제거된 용매는 후술하는 바와 같이 건조, 흡수 및 종류를 포함하는 어떤 방법에 의해서도 처리될 수 있다.
본 발명의 직접 탈수 축중합반응에 사용될 수 있는 유기용매는 예를 들면, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌 등의 탄화수소계 용매; 클로로벤젠, 브로모벤젠, 요오드벤젠, 디클로로벤젠, 1,1,2,2-테트라클로로에탄, P-클로로톨루엔 등의 할로겐화 탄화수소계 용매; 3-헥사논, 아세토페논, 벤조페논 등의 계톤류 용매; 디부틸에테르, 아니솔, 페네톨, O-디메톡시벤젠, P-디메톡시벤젠, 3-메톡시톨루엔, 디벤질 에테르, 벤질페닐 에텔, 메톡시나프탈렌 등의 에테르계 용매; 메틸 벤조에이트, 디메틸프탈레이트, 디에틸 프탈레이트 등의 에스테르계 용매; 및 디 페닐 에테르, 디(4-메틸 페닐)에테르, 디(3-메틸 페닐)에테르, 3-페녹시톨루엔 등의 알킬 치환 디페닐 에테르; 디(4-브로모페닐)에테르, 디(4-클로로페닐)에테르 및 4-메틸-4'-브로모디페닐 에테르 등의 할로겐 치환 디페닐 에테르; 디(4-메톡시페닐)에테르, 4-메톡시페닐페닐 에테르, 디(3-메톡시페닐)에테르 및 4-메틸-4'-메톡시디페닐 에테르 등의 알콕시치환 디페닐 에테르; 디벤조푸란, 잔텐 등의 사이클로디페닐 에테르 등의 디페닐 에테르계 용매 등을 포함한다.
상기와 같은 용매는 대개 반응온도보다 높은 비등점을 갖는다. 바람직하게는 180℃ 이상 비등점을 갖는 고비등점 용매가 사용된다. 고비등점 용매의 사용은 감압하에서 반응을 행하므로써 반응계로부터 물과 과잉의 모노머 제거가 촉진된다. 용매의 사용량은 얻어지는 폴리머 농도의 10-80%로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제조방법에 있어서 생성된 물과 과잉의 모노머를 반응계외로 제거하기 위해 사용된 유기용매와 물 또는 과잉의 모노머와 공비에 의하는 것이 바람직하다. 공비에 의해 증류제거된 유기용매는 함유하는 물과 모노머의 양이 그 유기용매에 대한 물과 모노머의 용해 보다도 많은 경우에는 분액에 의해 물과 유기용매를 제거한 후 얻어진 잔류 유기용매를 반응계로 되돌려도 된다. 더욱이 잔류 유기용매에 용해된 물과 모노머를 제거하기 위해, 잔류용매를 건조제 또는 흡착제로 처리하거나 또는 증류에 의해 물과 모노머의 양을 감소시킨 후 반응계로 되돌려도 된다. 또한 공비에 의해 증류제거된 유기용매 대신에 물과 모노머의 양이 적은 새로운 유기용매를 채워넣어도 된다. 또 반응의 초기단계에서 감압하에 물과 모노머를 제거하고, 이어서 유기용매를 가하여 유기용매를 함유하는 반응혼합물로부터 유기용매의 일부를 제거함으로써 반응계에서 물과 모노머의 양을 소정의 수준으로 감소시킬 수도 있다.
본 발명은 적어도 반응의 어떤 단계에서 용매를 사용하여 물 또는 과잉의 모노머를 제거하면서 축중합 반응을 진행시키는 것이다. 이 실시 형태로서는 용매는 물 또는 모노머와 공비제거될 수 있거나 제거되지 않는 것이라도 되고, 물 또는 모노머와 분액되거나 분액되지 않는 것이라도 된다.
본 발명의 다른 실시 형태로서 과잉의 용매를 미리 채워 넣고 단지 용매를 제거하는 것만으로 탈수와 탈모노머 하는 방법, 반응 용매를 다른 용매로 대치하여 건조와 탈모노머하는 방법등도 포함된다. 또한 실시형태의 변형으로서 물과 모노머를 흡착제 또한 건조제로 제거시켜도 된다.
본 발명의 반응 온도는 용매가 물 또는 모노머와 공비하기 위하여 비등점이 저하되었다고 하여도 소정의 온도에서 행하여지면 된다.
지방족 폴리에스테르의 평균 분자량은 반응계에 채워 넣는 유기용매에서의 물과 모노머의 양과 유기용매의 종류에 의존한다. 유기용매가 400-500ppm의 높은 또는 모노머 함량을 함유할 때 생성된 지방족 폴리에스테르의 중량 평균 분자량은 15,000-50,000이다. 물 또는 모노머의 양이 상기와 같이 많을지라도 중량 평균 분자량이 40,000-50,000인 지방족 폴리에스테르는 디페닐 에테르 용매를 사용하므로써 얻어질 수 있다는 것은 놀라운 일이다. 아주 높은 평균 분자량을 갖는 지방족 폴리에스테르를 제조하기 위하여 유기용매의 물 또는 모노커양이 낮은 것이 반응계에서 요구되어진다. 공비에 의해 증류 제거된 유기용매를 건조제 또는 흡착제로 처리하여 물과 모노머를 감소 또는 제거시키고 이어서 처리된 용매를 반응계로 되돌리거나 또는 물과 모노머의 양이 적은 새로운 유기용매를 채워 넣으므로서 채워 넣는 물과 모노머의 양이 50ppm 이하로 감소시킴으로서 중량 평균 분자량이 50,000-400,000인 지방족 폴리에스테르를 얻을 수 있다.
본 발명의 제조방법에 있어서 평균 분자량이 높은 지방족 폴리에스테르를 제조하는데 사용되는 건조제 또는 흡착제로서는 분자체(molecular sieve) 3A, 분자체 4A, 분자체 5A, 분자체 13X 등의 분자체류; 알루미나, 실리카 겔, 칼슘 클로라이드, 칼슘 설페이트, 디포스퍼러스 펜타옥사이드, 진한 황산, 마그네슘 퍼클로레이트, 바륨 옥사이드, 칼슘 옥사이드, 포타슘 하이드록사이드 및 소듐 하이드록사이드; 칼슘 하이드라이드, 소듐 하이드라이드, 리튬 알루미늄 하이드라이드 등의 금속 하이드라이드류; 및 나트륨 등의 알카리 금속 등을 포함한다.
취급 및 재생의 용이성 면에서 분자체를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 탈수에 중점을 두는 경우에는 분자체 3A가 바람직하다. 에틸렌 글리콜 제거와 같은 탈모노머에 중점을 두는 경우에는 분자체 5A가 바람직하다.
본 발명의 제조방법에 있어서 반응온도는 폴리머 생성속도 및 생성된 폴리머의 열분해 속도를 고려하여 바람직하게는 80-200℃, 보다 바람직하게는 110-170℃이다. 축중합반응은 대기압 또는 감압하에서 유기용매의 증류온도에서 행하여진다. 반응온도를 바람직한 범위로 하기 위해 고비등점의 유기용매를 사용하는 경우에 감압하에서 행하여도 된다. 한편 저비등점의 유기용매를 사용하는 경우에는 가압하에서 행하여도 된다.
본 발명에 사용되는 다가 알코올류는 지방족 하이드록시기를 갖는 것도 있고 예를 들면 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸린 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,9-노난디올, 네오펜틸 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 1,4-사이클로헥산디메탄올 및 1,4-벤진디메탄올 등을 포함한다.
본 발명에 사용되는 다염기산류는 지방족 카복시기를 갖는다. 다염기산류의 예로는 숙신산, 옥살산, 말론산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바신산, 운데칸디오산, 도데칸디오산, 페닐숙신산 및 1,4-페닐레니아세토산 등을 포함한다.
바람직하게는 본 발명의 하이드록시카복실산으로서 젖산이 사용된다. 또 다른 하이드록시카복실산으로는 글리콜산, 3-하이드록시부티르산, 4-하이드록시부티르산, 3-하이드록시발레르산, 5-하이드록시발레르산 및 6-하이드록시카프로산 등을 포함한다.
분자내에 부제탄소를 갖는 경우에는 D-이성질체와 L-이성질체를 각각 단독으로 사용될 수 있다. 또한 D-이성질체와 L-이성질체의 혼합물로도 사용될 수 있다.
본 발명의 반응은 촉매 존재 또는 부재하에서 진행될 수 있다. 그러나 촉매를 사용하는 경우에는 대부분 반응속도를 가속시킬 수 있다. 사용되는 촉매로서는 주기율표의 II족, III족, IV족 및 V족에 있는 금속, 금속산화물 및 금속염 등을 포함한다. 이 촉매는 예를 들면 아연분말, 주석분말, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 게르마늄 등의 금속; 산화주석, 산화안티몬, 산화아연, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화티타늄 등의 금속산화물; 염화 제 1 주석, 브롬화 제 1 주석, 브롬화 제 2 주석, 불화안티몬, 염화아연, 염화마그네슘, 염화알루미늄 등의 금속 할로겐화물; 황산주석, 황산아연, 황산알루미늄 등의 금속 황산염; 탄산마그네슘, 탄산아연 등의 금속탄산염; 아세트산주석, 옥탄산주석, 젖산주석, 아세트산아연, 아세트산알루미늄 등의 금속 유기 카복실산염; 트리플루오로메탄술폰산 주석, 트리플루오로술폰산아연, 트리플루오로메탄술폰산 마그네슘, 메탄술폰산주석, p-톨루엔술폰산 주석 등의 금속 유기 술폰산염; 디부틸틴옥사이드 등의 상기 금속의 유기금속 산화물; 티타늄이소프로폭사이드 등의 상기 금속의 금속알콕사이드; 디에틸아연 등의 상기 금속의 알킬 금속; 및 도웩스(Dowex)와 엠버라이트(Amberlite)등의 이온교환수지 등을 포함한다.
촉매의 양을 지방족 다가 알코올, 지방족 다염기산 및 하이드록시카복실산의 총량 또는 이들 화합물의 올리고머의 양에 대하여 0.001-10중량%, 바람직하게는 0.001-2중량%이다.
본 발명의 제조방법에서는 불활성가스 분위기하에서 행하는 것이 바람직하다. 이 반응은 불활성 가스로 치환하거나 또는 불활성가스로 버블링(bubbling)하면서 행하여도 된다.
본 발명의 축중합 반응은 연속조작, 희분석 조작 또는 반회분석 조작에 의해 행할 수 있다. 또한 용매의 탈수, 모노머 제거 및 용매를 채워 넣는 작업도 상기 조작으로 행할 수 있다.
본 발명의 제조방법에서는 반응에 의해 생성된 물과 과잉의 모노머를 유기용매와 함께 반응계외로 반응중에 증류제거한다. 그러나 이 반응은 생성된 물과 과잉의 모노머 및 유기용매를 반응계외로 증류 제거시킴과 동시에 증류 제거된 유기용매에 비해 같거나 적은 양의 물과 모노머를 함유하는 유기용매를 반응계에 채워 넣으면서 반응이 진행되는 것이 바람직하다.
원료 모노머로서 에틸렌글리콜과 숙신산을 사용한 바람직한 실시형태의 한 예를 이하에 기술한다.
수분리기(water separator) 예를 들어 딘 스타크 트랩(Dean Stark trap)이 장착된 반응 용기에 일정 함량의 모노머 즉, 에틸렌 글리콜, 숙신산 및 락트산을 유기용매 및 촉매와 함께 채운다. 반응용기를 가열시키고 유기용매와 물을 수분리기내에서 공비 증류시킨다. 유기 용매의 용해도 이상의 물을 수분리기로써 유기용매로부터 분리, 반응계로부터 제거한다. 그런 다음 물로 포화된 유기용매를 반응용기로 되돌린다. 이 단계에서 에틸렌 글리콜, 숙신산 및 락트산을 올리고머화한다. 이 단계에서의 올리고머는 중량 평균 분자량이 500-1,000이며, 분자량은 약 5,000으로 증가할 수 있다. 반응시간 0.5시간 내지 수시간정도이다.
또한 올리고머화 반응은 미리 다른 반응기에서 무용매, 무촉매 감압하에서 행하여도 좋고, 촉매없이 용매를 사용하여 행하여도 좋다. 반응은 반응 진행 과정중 생성된 수분을 제거하고 물로 포화된 용매를 반응계로 되돌려 보내는 동안 용매의 증류 온도에서 계속 진행될 수 있다. 그러나, 이러한 공정은 비록 반응이 수십시간 동안 계속 진행될지라도 단지 용매의 종류에 따라 중량 평균 분자량이 15,000-50,000인 축중합물을 제공한다.
고분자량이 축중합물을 얻기 위해, 원료중의 수분을 거의 제거시킨 후 수분리기를 제거하며 증류된 용매를 반응용기로 되돌려보내기 위해 분자체와 같은 건조제 또는 흡수제로 채워진 튜브를 반응 용기상에 올려 놓고 증류된 용매가 튜브를 통과하도록 한다. 또한 증류된 용매는 건조제 또는 흡수제로 채워진 다른 용기내에서 처리되고 이어서 반응용기로 되돌리게 된다.
때로는 수분 함량이 낮고 에틸렌 글리콜의 함량이 낮은 새로운 용매를 반응 용기에 채울 수도 있다. 유기 용매중 용해되어 있는 수분과 에틸렌글리콜의 함량은 이러한 공정에 의해 50ppm 이하로 감소될 수 있다. 수십시간 동안 반응을 계속 진행시킴으로써 중량평균 분자량이 50,000-200,000인 공축중합물(copolycondensate)은 여러 종류의 용매에 따라 얻어질 수 있다.
반응 종료후 바람직한 공축중합물을 분리하기 위한 후-처리 공정에서 어떤 특정 제한은 없다. 예를 들면 반응물질에 클로로포름을 첨가하고, 생성된 혼합물을 가열하고, 이어서 혼합물을 아세톤에 쏟아 붓고 침전 결정을 여과하고 건조시킴으로써 바람직한 혼성축중합물을 얻을 수 있다.
과잉의 에틸렌 글리콜을 사용하여 축중합 반응을 시행하는 경우, 반응중 생성된 물과 과잉의 에틸렌 글리콜을 용매와 함께 반응계외로 증류시키며, 분자체를 사용하여 탈수화 과정과 모노머의 제거과정을 동시에 시행하고, 수분과 모노머의 양을 규정치 이하의 용매를 반응계로 되돌려보낸다. 고분자량의 공축중합물은 이러한 공정에 의해 수득될 수 있다.
본 발명의 제조방법에 의해 수득된 지방족 폴리에스테르의 중량 평균 분자량은 용매의 종류, 촉매의 종류와 함량, 반응온도, 반응시간 및 공비 증류 용매의 처리 방법에 따라 다양할 수 있으며 분자량 범위는 15,000-400,000 정도이다.
특징적으로는 중량 평균 분자량이 50,000이상이며, 헤이즌 수(Hazen number)가 100미만이고, 거의 무색인 지방족 폴리에스테르는 본 발명에 따른 직접 반응 공정에 따라 쉽게 얻을 수 있다.
촉매 존재중 본 발명의 축중합 반응을 시행하는 경우, 축중합물내 잔여 촉매는 축중합물의 열안정성과 내후성에서 역효과를 가져온다. 따라서 축중합물 중 잔여 촉매는 제거되어야만 한다. 따라서 바람직한 촉매 제거 공정으로 축중합반응의 반응물을 교반하여 냉각시키거나 교반하지 않고 냉각시켜 얻어지는 분말 고체상의 폴리머를 친수성 유기용매를 존재하에서 산성물질과 접촉시키는 방법이다.
상기 공정에서 사용되는 친수성 유기용매로는 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알콜, 부틸알콜; 아세톤, 메틸 에틸 케톤 등의 케톤; 테트라하이드로퓨란, 디옥산 등의 에테르; 아세트산, 부틸산 등의 카르복실산; 아세토니트릴 등의 니트릴; 및 N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 1,3-디메틸이미드졸리디논, 헥사메틸포스포르아미드 등의 아미드이다. 특히 알콜은 축중합물의 불용성과 값이 싸다는 점에서 바람직하다.
산성물질의 예로는 염산, 황산, 질산 인산 및 다른 무기산류; 및 아세트산, p-톨루엔설폰산 등의 유기산을 포함한다. 특히 염산, 황산 및 질산과 같은 값싼 산이 바람직하다.
산성 물질의 함량은 축중합물 100중량부당 0.001-5.0몰, 바람직하게는 0.001-1.0몰의 범위이다. 이때 0.001몰미만의 함량에서는 촉매 제거 효과가 저하된다. 반면에 5.0몰 초과 함량에서는 여러 경우의 축중합체의 질저하 같은 문제점을 야기한다.
촉매제거를 위해 사용된 고체 축중합물의 형태는 분말상, 과립상, 플레이크(flake)상, 블록상이다. 이와 같은 형태는 통상적으로 고질의 용매내에서 축중합물을 용해시킨 다음 결과 생성된 용액에 빈(貧) 용매(lean solvent)를 적가하거나 빈 용매 중으로 용액을 쏟아 붓거나 특정 용매중 축중합물을 가열하여 용해시키고 결과 생성된 용액을 냉각시켜서 축중합물을 결정화함으로써 제조된다.
따라서 축중합물은 바람직하게는 0.6g/ml 이하, 더욱 바람직하게는 0.05-0.5g/ml의 겉보기 밀도로 수득된다. 이러한 겉보기 밀도가 0.60g/ml 보다 클때에는 산성 물질과의 점촉이 불충분하기 때문에 축중합물의 잔여 촉매를 완전히 제거시킬 수 없다. 반면 겉보기 밀도가 0.05g/ml 보다 작을 때에는 촉매 제거시 아무런 문제가 없으나, 처리후 여과성이 저하되므로 작동상의 문제가 발생한다.
축중합물이 산성물질과 접촉하는 조건은 친수성, 유기용매중 고체 농도가 바람직하게는 3-40중량% 정도; 접촉 온도는 바람직하게는 0-100℃, 더욱 바람직하게는 0-60℃; 그리고 접촉시간은 바람직하게는 0.1-24시간, 더욱 바람직하게는 0.5-8시간이다.
따라서 수득된 고분자량의 지방족 폴리에스테르는 필름으로 제조되고 성형물로 가공한 경우 충분한 강도와 인성을 나타내며 그대로 용기와 같은 용도로 사용될 수 있다. 특히 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 축중합물을 사용하여 필름으로 성형한 경우 중량 평균 분자량이 50,000 미만인 것은 인장강도와 신장율이 불충분하며 따라서 필름으로서 사용하기에는 난점이 있다.
따라서 필름 제조시 축중합물을 사용하는 경우, 축중합물의 중량 평균 분자량은 50,000 이상이며, 바람직하게는 70,000 이상, 더욱 바람직하게는 100,000 이상이다. 필름 제조를 위한 적절한 분자량은 가진 지방족 폴리에스테르는 본 발명의 제조방법에 의해 쉽게 수득될 수 있다. 더욱이, 고분자량의 지방족 폴리에스테르는 연신, 블로잉(blowing) 및 진공 성형등의 가공을 행할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 수득된 고분자량의 지방족 폴리에스테르는 의료용 재료 또는 발포체와 망사체와 같은 종래의 범용 수지의 대체물로서 사용될 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예를 들어 본 발명을 예시하고자 한다. 그러나, 이러한 실시예는 본 발명의 영역을 제한하는 것이다.
본 발명의 지방족 폴리에스테르의 중량 평균 분자량은 참고로서 폴리 스틸렌 표준 샘플을 사용하며, 겔투과성 크로마토그래피(컬럼 온도는 40℃ 용매로서 크로로포름 사용)로서 측정하였다.
또한 용매중 수분 함량은 쿄또 덴시 고오교오 회사제(Kkyoto Denshi Kogyo Co. Ltd.)칼 피셔 수분계 MKC-210(Karl Fischer's misture meter MKC-210)로써 측정되었다.
증류된 용매중 에틸렌 글리콜 또는 1,4-부탄디올 함량은 HPLC(유출 용매 : 0.1% 소듐 헵탄설포네이트 수성용액)를 사용하여 측정되었다.
폴리머중 금속 함유량은 형광 X-선 분광계(fluorescent X-ray spectroscopy)로 측정되었다. 중합체의 색을 용융 상태중에서 측정하고 헤이즌수(Hazen number) 단위(APHA)로 나타내었다.
[실시예 1]
에틸렌 글리콜 20.1g과 숙신산 38.2g의 혼합물에 금속성 주석 0.208g을 첨가하고 140℃, 1 기압하에서 9시간 가열 교반시키면서 반응계외로 수분을 증발시킴으로써 올리고머화하였다.
생성된 혼합물에 디페닐 에테르 87.9g을 첨가하였다. 10g의 분자체 5A을 채운 튜브를 반응 용기상에 부착하고 증류된 용매가 분자체 층을 통과한 후 반응용기로 되돌아가도록 하였다.
그런 다음 150℃, 36mmHg 감압하에서 4.5시간동안 반응을 시행하였다. 결과 생성된 용액에 금속성 주석 0.960g을 첨가하고 150℃, 36mmHg 감압하에서 25시간 동안 교반시켰다. 반응 종료전에, 분자체 층의 출구와 반응 용기의 귀환 입구 사이 위치에서 증류된 용매로 부터 소량의 샘플을 수집하였다. 분석 결과, 용매의 수분 함량을 5ppm 이하이며 에틸렌 글리콜 함량은 10ppm의 검색 한계 미만이었다. 반응물을 500ml 클로로포름중에서 용해시키고 아세톤 5.8ℓ에 쏟아부었다. 재침전물 60℃에서 6시간 동안 감압하에서 건조시키고 폴리에틸렌 숙시네이트를 얻었다. 폴리에틸렌 숙시네이트는 중량 평균 분자량은 68,000이었다.
따라서 생성된 폴리에틸렌 숙시네이트는 200℃에서 용융시키고 그의 색을 용융상태에서 측정하였다. 폴리에틸렌 숙시네이트는 100 이하의 헤이즌 수를 갖는다.
[실시예 2]
에틸렌 글리콜 20.0g과 아디프산 47.1g의 혼합물에 금속성 주석 0.205g을 첨가하고 1기압하, 140℃에서 7.5시간동안 가열, 교반시키면서 반응계 외부로 수분을 증발시키면서 올리고머화하였다. 그런 다음 딘 스타크 트랩(Dean Stark trap)을 반응 용기상에서 붙이고 반응 혼합물에 디페닐 에테르 87.5g과 금속성 주석 2.129g을 첨가하였다. 그런 다음 공비 탈수 반응(azeotropic dehydration reaction)을 150℃, 38mmHg 감압하에서 2.5시간동안 수행하여 반응 혼합물로부터 수분을 제거하였다. 그런 다음 딘 스타크 트랩을 떼어내고 분자체 3A 10g을 채운 튜브를 반응 용기상에 붙여서 증류된 용매가 분자체 층을 통과하여 반응 용기로 되돌아오도록 하였다. 150℃에서 23시간 동안 반응을 계속 진행시켰다. 반응종료전, 분자체층의 출구와 반응 용기의 귀환 입구 사이 위치에서 증류된 용매로부터 소량의 샘플을 수집하였다. 분석결과, 용매는 5ppm 이하의 수분 함량을 보유하며 에틸렌 글리콜의 함량은 10ppm 검색 한계 미만이었다. 반응물을 클로로포름 500ml에 용해시키고 아세톤 5.8ℓ중에 쏟아부었다.
재침전물을 60℃, 감압하에서 6시간동안 건조시켜서 중량 평균 분자량이 67,000인 폴리에틸렌 아디페이트를 얻었다. 이와 같이 생성된 폴리에틸렌 아디페이트를 200℃에서 용융시키고, 그의 색을 용융 상태에서 측정하였다. 폴리에틸렌 아디페이트의 헤이슨 수는 100 이하이었다.
[실시예 3]
에틸렌 글리콜 20.0g과 숙신산 38.1g의 혼합물에 디페닐 에테르 207.0g과 금속성 주석 0.931g을 첨가하고 130℃, 140mmHg의 감압하에서 7시간 동안 가열, 교반시키면서 반응계 외로 수분을 증발시키면서 올리고머화하였다. 그런 다음 반응 용기를 딘 스타크 트랩으로 장착시키고 140℃, 30mmHg 감압하에서 8시간 동안 공비 탈수 반응을 진행시켰다.
그런 다음 딘 스타크 트램을 반응용기로부터 떼어내고 분자체 3A 20g을 채운 튜브를 반응 용기상에 붙이고 증류된 용매가 분자체 층을 통과한 후 반응계로 되돌아 가도록 하였다. 130℃, 17mmHg의 감압하에서 49시간동안 반응을 계속 진행시켰다. 반응 종료전, 분자체층의 출구와 반응 용기의 귀환 입구사이의 위치에서 증류된 용매로부터 소량의 샘플을 수집하였다. 분석 결과, 용매는 5ppm 이하의 수분 함량을 지니며 에틸렌 글리콜 함량은 10ppm 검색 한계 미만이었다.
생성된 반응물을 클로로포름 400ml에 용해시키고 이를 아세톤 3ℓ중으로 쏟아부었다. 재침전물을 60℃, 감압하에서 6시간동안 건조시켰다. 이리하여 얻은 폴리에틸렌 숙시네이트의 중량 평균 분자량은 124,000이었다. 이러한 폴리에틸렌 숙시네이트를 200℃에서 용융시키고 그의 색을 용융상태에서 측정하였다. 폴리에틸렌 숙시네이트의 헤이즌 수는 100 이하이었다.
[실시예 4]
에틸렌 글리콜 20.0g과 숙신산 38.1g의 혼합물에 디페닐 에테르 207.0g과 금속성 주석 0.931g을 첨가하였다.
반응 용기상에서 딘 스타크 트랩을 붙이고 반응을 130℃, 140mmHg 감압하에서 7시간 동안 가열, 교반시키면서 반응계 외부로 수분을 증류시키면서 진행시켰다. 이어서 얻은 올리고머를 130℃, 15mmHg의 감압하에서 40시간동안 가열, 교반시키면서 계속 반응시켰다. 수득된 폴리에틸렌 숙시네이트의 평균 분자량은 43,000이었다.
[실시예 5]
에틸렌 글리콜 20.0g과 숙신산 38.1g의 혼합물에 아니솔 207.0g과 금속성 주석 0.931g을 첨가하였다. 반응 용기상에서 딘 스타크 트랩을 붙이고 154℃에서 15시간 동안 교반시키면서 반응을 진행시켰다. 그런 다음 딘 스타크 트랩을 분자체 3A 20g으로 채운 튜브로 대치시키고 증류된 용매가 분자체층을 통해 반응용기로 되돌아오도록 하였다. 반응을 130℃에서 35시간동안 교반시키면서 더욱 계속 진행시켰다. 따라서, 얻은 폴리에틸렌 숙시네이트의 중량 평균 분자량은 59,000이었다.
[비교예 1]
에틸렌 글리콜 20.0g과 숙신산 38.1g의 혼합물에 금속성 주석 0.931g을 첨가하였다. 반응 용기상에 딘 스타크 트랩을 장착시켰다. 올리고머화 반응은 130℃, 140mmHg 감압하에서 7시간동안 가열, 교반시키면서 반응계 외부로 수분을 증류시켜서 진행시켰다. 그런 다음 130℃, 15mmHg 감압하에서 40시간동안 계속 교반시켰다. 이리하여 얻은 폴리에틸렌 숙시네이트의 중량 평균 분자량은 10,000이었다.
[참고예 1]
실시예 3에서 얻은 중량 평균 분자량이 124,000인 폴리머를 압축성형기 내에서 170℃, 5분간 가압하고 그후 40℃에서 5분간 냉각함으로써 두께가 100㎛인 반투명 필름을 얻었다. 필름의 인장시험결과 항복 강도를 270kg/㎠이고 신율은 500% 이상이었다.
[참고예 2]
참고예 1에서 얻은 100㎛ 두께의 필름은 기준중량 65.5g/㎡의 상질지(上質紙)를 겹쳐 놓고 압축 성형기로써 30kg/㎠의 압력하에서 170℃, 5분간 압착하여 점착시켰다. 양호한 표면 광택을 지닌 코팅된 종이를 얻었다. 코팅된 종이는 부드럽고 유연하여 중합체 필름은 코팅된 종이가 접힐지라도 찢어지지 않았다.
[실시예 6]
에틸렌 글리콜 20.2g, 숙신산 38.5g과 젖산 7.3g의 혼합물에 디페닐에테르 123g과 금속성 주석 촉매 0.66g을 첨가하고, 125℃, 140mmHg 감압하에서 9시간 동안 가열, 교반시키면서 반응 용기로부터 수분을 증류시키면서 올리고머화 반응을 진행시켰다. 그런 다음 반응 용기상에 딘 스타크 트랩을 붙이고 140℃, 15mmHg의 감압하에서 3시간 동안 공비증류에 의해 수분을 제거하면서 탈수반응을 진행시켰다. 그런 다음 딘스타크 트랩을 떼어내고 분자체 3A 20g을 채운 튜브를 반응용기상에서 붙이고 증류된 용매가 분자체 층을 통과해 반응 용기로 되돌아가도록 하였다. 130℃, 13mmHg의 감압하에서 33시간 동안 반응을 더욱 진행시켰다. 반응 종료후, 반응물을 아세토니트릴 720ml 중에서 용해시키고 1N 염산수용액 300ml을 첨가하였다. 혼합물을 0.5시간 동안 교반시키고 IPA 320ml을 첨가하여 혼합시키고 이어서 메탄올 4.5ℓ에 쏟아부어 재침전시켰다.
재침전물을 3ℓ의 n-헥산으로 세척한 후 감압하에서 건조시켰다. 폴리머 중 주석 촉매 함량은 10ppm이하로 감소되었다. 수율은 69%이고 폴리머 중량 평균 분자량은 147,000이었다. 이 폴리머를 5N 수산화나트륨 수용액중에서 100℃에서 10시간동안 가수분해시켰다. 그 결과, 에틸렌 글리콜, 숙신산 및 젖산이 사용된 배율로 폴리머중에 함유되어 있음을 확인되었다.
[실시예 7]
에틸렌 글리콜 20.0g, 아디프산 47.1g, 젖산 7.2g으로된 혼합물에 금속 주석 0.228g을 첨가하고, 1기압, 140℃에서 7.5시간 동안 교반하에 가열하는 반면에 반응계로부터 수분을 증류하여 올리고머(oligomer)로 만든다. 그후에 딘-스타크 트랩을 반응용기에 장치한다.
디페닐 에티르 98g과 주석 2.366g을 첨가하고, 38mmHg의 감압하에서 2.5시간 동안 150℃에서 공비탈수반응을 실시하여 수분을 증류제거한다. 딘스타크 트랩을 제거하고 분자체 층을 통해 통과시킨 후에 반응용기내로 증류된 용매를 다시 회수하기 위하여 분자체 3A 20g을 채운 튜브를 반응용기 상에서 장치한다. 150℃에서 23시간 동안 반응한 후에, 반응물을 클로로포름 600ml에 용해하고, 아세톤 6.0ℓ에 가한다. 재침전된 덩어리를 감압하에서 6시간 동안 60℃로 건조하여 공중합체를 얻는다.
이렇게 얻은 공중합체는 중량 평균분자량 98,00을 갖는다.
[실시예 8]
프로필렌 글리콜 24,5g, 숙신산 38.1g, 젖산 14.4g, 디페닐 에테르 260g으로된 혼합물에 금속주석 1.163g을 첨가하고, 140mmHg의 감압하 130℃에서 7시간 동안 교반하여서 가열하는 반면에 반응계로부터 수분을 증류시켜 올리고머로 만든다. 그후에 딘-스타크 트랩을 반응용기에 장착하고, 공비 탈수반응을 30mmg의 감압하에서 8시간 동안 140℃에서 실시한다.
이어서 딘스타크 트랩을 제거하고 몰레큐라 시이브 층을 통해 통과시킨 후에 반응용기로 증류된 용매를 다시 회수하기 위하여 물레큐라 시이브 3A 20g으로 채운 튜브를 반응용기상에 장치한다. 교반은 17mmHg의 감압하에서 41시간 동안 130℃에서 계속한다.
반응완결 후에, 반응물을 클로로포름 600ml에 용해하고 아세톤 4L에 쏟는다. 재침전된 덩어리를 감압하에 6시간 동안 60℃로 건조한다.
이렇게 얻은 중합체는 중량 평균분자량 124,000를 갖는다.
[실시예 9]
딘 스타크 트랩을 장치한 반응용기에, 에틸렌 글리콜 17.2g, 숙신산 26.6g과 금속주석 0.162g을 채운다. 혼합물을 150℃에서 7시간 동안 교반하면서 가열하고, 이어서 10mmHg의 감압하에서 4시간 동안 가열하고, 이어서 2mmHg의 감압하에서 4시간 동안 가열하는 반면에 반응계로부터 수분과 연분량의 에틸렌 글리콜을 증류시켜 올리고머로 만든다. 그후에 디페닐 에테르 97g을 채우고, 딘 스타크 트랩을 몰레큐라 시이브 5A 20g으로 채운 튜브로 대치시켜, 몰레큐라 시이크 층을 통해 통과시킨 후에 반응용기로 증류된 용매를 다시 회수한다. 반응은 17mmHg의 감압하에서 130℃에서 30시간 동안 교반하에서 계속된다.
반응물을 클로로 포름 400ml에 용해하고, 여과하고, 아세톤 3L에 쏟는다. 재침전된 덩어리를 여과하고 분리하고 60℃에서 6시간 동안 건조한다.
이렇게 얻은 폴리머는 중량 평균 분자량 130,000을 갖는다.
[실시예 10]
에틸렌 글리콜 20.0g과 숙신산 38.1g, 디페닐 에테르 207.0g으로 된 혼합물에 금속주석 0.931g을 첨가하고, 140mmHg의 감압하, 130℃에서 7시간 동안 교반하면서 가열하는 반면에 반응계로부터 수분을 증류하여 올리고머로 만든다. 그후에 딘 스타크 트랩을 반응용기에 장치하고, 공비탈수 반응을 30mmHg의 감압하에서 8시간 동안 140℃에서 실시한다. 딘 스타크 트랩을 제거하고, 몰레큐라 시이브 층을 통해 통과시킨 후에 반응용기로 증류된 용매를 다시 회수하기 위하여 몰레큐라 시이브 3A 20g으로 채운 튜브를 반응 용기상에 장치한다. 17mmHg의 감압하에서 교반하면서 130℃에서 49시간 동안 반응을 더 진행한다. 반응물을 클로로포름 400ml에 용해하고 아세톤 3L에 쏟는다.
재침전된 덩어리를 IPA중에서 0.7중량% HCl용액으로 매회 0.5시간씩 3회에 걸쳐서 슬러지로하고, IPA로 세척하고 감압하에서 66℃에서 6시간 동안 건조한다.
폴리머 내에서 주석촉매 함량은 10ppm 이하로 감소된다. 이렇게 얻은 중합체는 중량 평균분량 120,000을 갖는다.
[실시예 11]
1,4-부탄디올 50.5g고 숙신산 66.5, 디페닐 에티르 293.0g으로 된 혼합물에 금속주석 2.02g을 첨가하고, 140mmHg의 감압하, 130℃에서 7시간 동안 교반하면서 가열하는 반면에 반응계로 부터 수분을 증류하여 올리고머로 만든다.
딘 스타크 트랩을 반응용기에 장치하고, 공비 탈수반응을 30mmHg의 감압하에서 8시간 동안 140℃에서 실시한다. 그후에 딘 스타크 트랩을 제거하고, 몰레큐라 시이브층을 통해 통과시킨 후에 반응용기로 증류된 용매를 회수하기 위하여 몰레큐라 시이브 3A 40g으로 채운 튜브를 반응용기상에 장치한다.
17mmHg의 감압하에서 교반을 하면서 130℃ 49시간 동안 반응을 계속한다. 반응종결후에, 반응물을 클로로포름 600ml에 용해하고 아세톤 4L에 가한다. 재침전된 덩어리를 매회 0.5시간씩 3회 걸쳐서 슬러지하고, IPA로 세척하고, 감압하에서 60℃에서 6시간 동안 건조한다. 중찹제 내에서 주석촉매 합량은 10ppm 이하로 감소된다. 이렇게 얻은 중합체는 중량 평균분자량 118,000을 갖는다.
[실시예 12]
에틸렌 글리콜 21.1g과 숙신산 38.1g에 산화제일주석 26mg을 첨가하고, 혼합물을 대기압하에서 1시간 동안 실온으로부터 150℃로 교반하면서 가열하는 반면에 0.5L/분의 비율로 질소로 환기시켜서 반응계로부터 수분을 증류한다.
반응을 6시간 동안 이같이 실시한다.
올리고머화 반응은 15mmHg의 감압하에서 8시간 동안 150℃에서 더 반응시키므로서 진행된다. 반응 혼합물에 디페닐 에테르 140g을 첨가한다. 몰레큐라 시이브 층을 통해 통과시킨 후에 반응용기로 증류된 용매를 회수하기 위하여 몰레큐라 시이브 3A 20g으로 채운 튜브를 반응용기 상에 장치한다.
그후에도, 13mmHg의 감압하, 130℃에서 15시간 동안 교반을 계속한다.
반응완결전에, 소량의 샘플을 몰레큐라 시이브 층의 출구와 반응용기의 입구 사이의 장소에 있는 증류된 용매로 부터 회수된다.
분석결과, 용매는 수분함량 5ppm 이하를 가지며, 에틸렌 글리콜 함량은 검출한계인 10ppm 미만이다. 반응물을 클로로포름 500ml에 연속적으로 용해하고, 여기서 얻은 용액을 아세톤 5.8L에 가한다. 재침전된 덩어리를 감압하에 60℃에서 6시간 동안 건조시켜서 중량 평균 분자량 189,000을 갖는 폴리에틸렌 숙시네이트를 얻는다. 이렇게 얻은 폴리에틸렌 숙시네이트를 200℃로 용융하고, 용융상태에서 색조를 측정한다.
폴리에틸렌 숙시네이트를 헤이젠 수(Hezen number) 100 또는 그 이하의 값을 갖는다.
[실시예 13]
에틸렌 글리콜 22.0g과 아디프 산 49.4g에 산화제일 주석 27mg을 첨가하고, 혼합물을 대기압하에서 1시간 동안 실온으로부터 150℃로 교반하면서 가열하는 반면에 0.5L/분의 비율로 질소로 환기시켜서 반응계로부터 수분을 증류시킨다.
반응은 6시간 동안 이와 같이 실시된다.
올리고머화 반응는 15mmHg의 감압하에서 8시간동안 150℃에서 더 반응시키므로서 진행된다. 반응혼합물에, 디페닐 에테르 87.5g을 첨가한다. 몰레큐라 시이브로 접속시킨 후에 반응용기로 증류된 용매를 회수하기 위하여 몰레큐라 시이브 5A 20g으로 채운 튜브를 반응용기 상에 장치한다. 그후에도, 13mmHg의 감압하 130℃에서 13시간 동안 반응을 계속한다.
반응완결전에, 소량의 시료를 몰레큐라 시이브 층의 출구와 반응용기의 입수사이의 장소에 있는 증류된 용매로 부터 모은다. 분석결과, 용매는 수분함량 15ppm 또는 그 이하를 가지며, 에틸렌 글리콜은 검출한계인 10ppm 미만이다.
반응물을 클로로포름 500ml에 연속적으로 용해하고, 여기서 얻은 용액을 아세톤 5.8L에 쏟는다. 재침전된 덩어리를 감압하 60℃에서 6시간 동안 건조하면, 무게 평균 분자량 197,000을 갖는 폴리에틸렌 아디페이트를 얻는다. 이렇게 얻은 폴리에틸렌 아디페이트를 200℃에서 용융하고 용융상태에서 색조를 측정한다.
폴리에틸렌 아디페이트는 헤이젠수 100 또는 그 이하의 값을 갖는다.
[실시예 14]
1,4-부탄디올 30.5g과 숙신산 38.1g, 디페닐에테르 166g에 금속주석 0.931g을 첨가한다. 혼합물에 대기압하에서 1시간 동안 실온으로부터 150℃로 교반하면서 가열하는 반면에 0.5L/분의 비율로 질소로 환기시켜서 반응계로 부터 수분을 증류한다. 올리고머화 반응은 이렇게 14시간 동안 가열하므로서 진행된다.
그후에 몰레큐라 시이브층을 통해 통과시킨후에 반응계로 증류된 용매를 회수하기 위하여 반응용기 상에 몰레큐라 시이브 5A 20g을 채운 튜브를 장치한다.
반응 13mmHg의 감압하에 130℃에서 35시간 동안 더 계속한다. 반응 종결전에 소량의 시료를 몰레큐라시이브 층을 출구와 반응용기의 입구사이의 장소에 있는 증류된 용매로부터 모은다. 분석결과, 용매는 수분함량 5ppm 또는 그 이하를 가지며, 1,4-부탄디올의 함량은 검출 한계인 10ppm 미만이다. 반응물을 85℃에서 디페닐 에테르 645g에 용해하고, 실온에서 식힌다. 침전된 결정들을 여과하고 이소프로필 알코올 645g으로 3회 슬러지로 하고, 감압하에서 6시간동안 60℃로 건조하면, 무게 평균분자량 225,000을 갖는 정제된 폴리부틸렌 숙시네이트를 얻는다.
이렇게 얻은 폴리부틸렌 숙시네이트를 200℃에서 용융하고, 용융상태에서 색조를 측정한다. 폴리부틸렌 숙시네이트는 헤이젠 수 100 또는 그 이하의 값을 갖는다.
[실시예 15]
에틸렌 글리콜 18.9g과 숙신산 34.25g에 금속주석 0.210g을 첨가한다. 대기압하에서 1시간 동안 혼합물을 실온으로 부터 150℃로 되게 교반하면서 가열하는 반면에 0.5L/분의 비율로 질소로 환기시켜주므로서 반응계로 부터 수분을 증류한다.
반응은 이와 같이 6시간 동안 진행된다. 딘 스타크 트랩을 반응용기에 장치하고, 반응 혼합물에 디페닐에테르 155g을 첨가한다. 38mmHg의 감압하에서 8시간 동안 150℃로 공비 탈수반응을 행하여 반응계로부터 수분을 제거한다.
그후에 딘 스타크 트랩을 제거하고, 몰레큐라 시이브 층을 통해 통과시킨 후에 반응계에 증류된 용매를 회수시키기 위하여 반응용기 상에 몰레큐라 시이브 5A 20g을 채운 튜브를 장치한다. 반응을 130℃에서 34시간 더 계속한다. 반응종결전에, 몰레큐라 시이브 층의 출구와 반응용기의 입구사이의 장소에 있는 증류된 용매로 부터 소량의 시료를 모은다. 분석결과, 용매는 수분함량이 5ppm 이하이고, 에틸렌 글리콜 함량은 검출한계인 10ppm 미만이다. 반응물을 클로로 포름 500ml에 연속적으로 용해하고, 아세톤 5.8L에 쏟는다.
재침전된 덩어리를 감압하 60℃에서 6시간 동안 건조시키면, 무게 평균분자량 139,000을 갖는 축중합물을 얻는다.
이렇게 얻는 축중합물을 200℃로 용융하고 용융상태에서 색조를 측정한다.
축중합물은 헤이젠수 100 또는 그 이하의 값을 갖는다.
[비교예 2]
300ml 환저 플라스크 내부를 질소로 치환하고, 그후에 1,4-부탄디올 20.0g과 숙신산 22.4g으로 채운다. 혼합물을 질소환기 하에서 가열한다. 탈수 축중합 반응은 질소대기하 190-220℃에서 3.5시간 동안 실시되고, 이어서 20-2mmHg의 감압하에서 3.5시간 동안 연속적으로 실시된다. 그후에 티타늄 테트라 이소 프로폭사이드 촉매(축중합물 100부당 0.01부)를 대기압 하의 질소대기하에서 반응혼합물에 첨가한다.
15-0.2mmHg의 감압하에서 215-220℃에서 4.5시간 동안 반응을 더 계속한다.
탈글리콜화 반응(deglycolation)은 0.02mmHg의 고진공하에서 4시간 동안 연속적으로 행해진다. 반응물을 질소압을 지닌 반응용기로부터 압출하고, 진공중에서 90℃에서 6시간 동안 건조한다.
이렇게 얻은 폴리부틸렌 숙시네이트는 무게평균분자량 115,000을 갖는다.
폴리부틸렌 숙시네이트는 200℃에서 용융하고, 용융상태에서 색조를 측정된다. 헤이젠 수는 500g을 얻었다.

Claims (21)

  1. 원료물질로서 (i) 지방족 다가 알코올과 지방족 다염기산으로 된 혼합물 또는 (ii) 지방족 다가 알코올, 지방족 다염기산과 하이드록시 카르복실산으로 된 혼합물로 이루어진 모노머 조성물을 사용하고 유기용매중에서 상술한 모노머 조성물의 축중합반응을 실시하는 것을 포함하는 중량 평균 분자량이 15,000 이상인 지방족 폴리에스테르 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 물 또는 모노머를 함유하는 유기용매의 적어도 일부를 반응 혼합물로부터 부터 제거시키고, 제거된 유기용매내의 모노머와 물의 함량 보다 작거나 동일한 함량을 갖는 추가 유기용매를 반응혼합물에 채워 넣는 것을 특징으로 하는 지방족 폴리에스테르의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 반응혼합물로 부터 제거된 유기용매를 건조제, 흡착제 및 이들 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 처리(제)와 접촉시켜 물 또는 과잉의 모노머를 제거하고 추가용매로서 반응혼합물에 연속적으로 회수되도록 하게 함을 특징으로 하는 지방족 폴리에스테르 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 건조제는 분자체, 오산화이인(P2O5) 또는 금속 하이드라이드인 것을 특징으로 하는 지방족 폴리에스테르 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 흡착제는 분산체인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 반응혼합물에 채워진 추가 유기용매는 물과 모노머를 50ppm 이하로 포함함을 특징으로 하는 지방족 폴리에스테르 제조방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 물은 공비증류에 의하여 반응혼합물로 부터 초기에 제거되며 일부분의 유기용매는 반응혼합물로부터 제거됨을 특징으로 하는 지방족 폴리에스테르의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 유기용매는 에테르 용매, 디페닐 에테르 용매 및 이들 옹매의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 지방족 폴리에스테르의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 유기용매는 아니솔, 페네톨, 디페닐 에테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 지방족 폴리에스테르의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 다가알코올은 지방족 디올임을 특징으로 하는 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 지방족 디올은 에틸렌 글리콜 또는 1,4-부탄디올임을 특징으로 하는 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 다염기산은 지방족 디카르복실산임을 특징으로 하는 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 지방족 디카르보실산은 숙신산 또는 아디프산임을 특징으로 하는 제조방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 히드록시 카르복실산은 하이드록시 카르복실산의 올리고머임을 특징으로 하는 제조방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 하이드록시 카르복실산은 젖산임을 특징으로 하는 제조방법.
  16. 제 1 항의 제조방법에 의하여 제조된 중량 평균 분자량이 15,000 이상인 지방족 폴리에스테르.
  17. 제 6 항의 제조방법에 의하여 제조된 중량 평균 분자량이 50,000 이상인 지방족 폴리에스테르.
  18. 제 1 항에 있어서, 축중합 반응은 촉매 존재하에서 실시됨을 특징으로 하는 지방족 폴리에스테르의 제조방법.
  19. 제 18 항의 제조방법에 의하여 제조된 고체상의 지방족 폴리에스테르를 친수성 유기용매 존재하에서의 산성 물질과 함께 접촉시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 지방족 폴리에스테르의 정제방법.
  20. 제 19 항의 제조방법에 의하여 제조된 촉매함량이 50ppm 이하인 지방족 폴리에스테르.
  21. 제 1 항의 제조방법에 의하여 제조된 용융상태에서 헤이젠 수 100 이하인 것을 특징으로 하는 지방족 폴리에스테르.
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