TW202323365A - 包含回收單體之經改良擠壓加工性的聚酯共聚物 - Google Patents
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Abstract
本發明相關於一種包含回收單體並具有經改良擠壓加工性之聚酯共聚物、其製備方法,及包含其之物件。
Description
發明領域
本發明相關於一種包含回收單體並具有經改良擠壓加工性之聚酯共聚物、其製備方法,以及包含其之物件。
發明背景
聚酯具有優異的機械強度、耐熱性、透明度和氣體阻隔性,因此最適合作為飲料容器、包裝膜、視聽器材膜及類似物的材料,並被大量使用。 此外,它在全世界被廣泛生產,作為工業材料如醫用纖維或輪胎簾布及類似物。 由於聚酯片材或板材具有良好的透明度和優異的機械強度,因此被廣泛使用作為箱子、盒子、貨架、保護板、氣泡罩包裝、建築材料、內外裝潢材料,及類似用途之材料。
同時,約70%的海洋污染是由廢塑膠造成的,已成為嚴重的社會問題,各國都在規範拋棄式塑膠的使用,同時計劃對廢塑膠進行再利用。廢塑膠再利用的方法大致分為兩種,一種是將廢塑膠收集、研磨、清洗,之後進行熔融擠壓、再造粒,並作為原料使用,而另一種是利用藉由廢塑膠解聚化而得到的材料作為合成塑膠的單體。 在後者情況下,雙-2-羥基乙基對酞酸酯可藉由將廢塑膠中的PET或PETG解聚化而獲得,且正在研究將其使用作為聚酯共聚物的單體。
然而,由於廢塑膠中含有外來物質,很難得到令人滿意的材料,尤其是藉由將廢塑膠解聚化得到的材料製成的塑膠,經常會產生品質劣化的情況。尤其是,若塑膠的品質劣化,則藉由擠壓加工製備的物件的品質可能會不可避免地惡化。
因此,發明人證實,藉由使用回收的雙-2-羥基乙基對酞酸酯作為聚酯共聚物的單體,但控制其他後述單體的用量,可改良由廢塑膠解聚化得到的材料所製備的聚酯共聚物的品質,特別是可改良擠壓加工性,而完成本發明。
發明概要
[
技術問題]
本發明之一目的為提供包含回收單體並具有經改良的擠壓加工性的聚酯共聚物、及其製備方法、及包含其之物件。
[ 技術解決方案]
為了達成此目的,依據本發明,係提供一種聚酯共聚物,其聚合自:
1) 經回收之雙-2-羥基乙基對酞酸酯,
2) 包含二羧酸或其衍生物之酸,以及
3) 包含乙二醇和共聚單體之二醇,以及
具有一結構,於該結構中衍生自雙-2-羥基乙基對酞酸酯之部分、衍生自該二羧酸或其衍生物之酸部分,以及衍生自該二醇之二醇部分係重複的,
其中該聚酯共聚物具有1或更高的擠壓係數,其依據下列數學式1計算:
[數學式1]
在數學式1中,
A為該聚酯共聚物中衍生自經回收之雙-2-羥基乙基對酞酸酯之部分的含量(wt%),
B為該聚酯共聚物中殘餘酸的含量 (ppmw),
C為該聚酯共聚物中殘餘之經回收雙-2-羥基乙基對酞酸酯的含量(ppmw),以及
D為該聚酯共聚物中寡聚物之含量(面積/g)。
專業術語定義
本發明之共聚物係相關於由二羧酸或其衍生物與包含二乙二醇和共聚單體之二醇進行共聚合化而製備的共聚物,其中經回收的雙-2-羥基乙基對酞酸酯在共聚化過程中參與反應。
術語“衍生”是指衍生自包括在化學反應產物中的特定化合物的某一部分或單元,當該特定化合物參與該化學反應時。具體而言,衍生自二羧酸或其衍生物的酸部分,以及衍生自二醇的二醇部分,分別表示藉由酯化反應或縮合聚合反應而形成之聚酯共聚物中之一重複單元。此外,衍生自雙-2-羥基乙基對酞酸酯之部分是指藉由共聚化反應中的酯化反應形成的聚酯共聚物中的重複單元。
包含二羧酸或其衍生物之酸
本文使用的二羧酸或其衍生物是指與二醇成分一起構成聚酯共聚物的主要單體。特別地,該二羧酸包括對酞酸,且藉由該對酞酸可改良本發明的聚酯共聚物的特性。此外,對酞酸殘餘物亦可由對酞酸之烷基酯較佳為對酞酸二甲酯形成。
除了對酞酸之外,該二羧酸成分可更包含芳香族二羧酸成分、脂肪族二羧酸成分或其混合物。在這種情況下,較佳地,對酞酸除外的二羧酸成分可以30 wt%或更低的含量被包括在內,以全部二羧酸成分的總重量為基準。
芳族二羧酸成分可為C8-20,較佳為C8-14芳族二羧酸或其混合物。芳族二羧酸的範例可包括異酞酸、萘二甲酸如2,6-萘二甲酸及類似物、二苯基二羧酸、4,4'-二苯乙烯二羧酸、2,5-呋喃二羧酸、2,5-噻吩二羧酸及類似物,但芳族二羧酸的特定範例不受限於此。脂肪族二羧酸成分可為C4-20,較佳為C4-12脂肪族二羧酸成分或其混合物。脂肪族二羧酸之範例可包括環己烷二羧酸如1,4-環己烷二羧酸、1,3-環己烷二羧酸及類似物、直鏈、支鏈或環狀之脂肪族二羧酸成分如酞酸、癸二酸、琥珀酸、異癸基琥珀酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸、己二酸、戊二酸和壬二酸及類似物,但脂肪族二羧酸的特定實例不受限於此。
具體地,除了對酞酸之外,該包含二羧酸或其衍生物的酸亦可包含選自於由異酞酸、異酞酸二甲酯、酞酸、酞酸二甲酯、酞酸酐、2,6-萘二羧酸、 2,6-萘二羧酸二甲酯、二苯基二羧酸、1,4-環己烷二羧酸、1,3-環己烷二羧酸、1,4-環己烷二羧酸二甲酯、1,3-環己烷二羧酸二甲酯、癸二酸、琥珀酸、異癸基琥珀酸、順丁烯二酸、順丁烯二酸酐、反丁烯二酸、己二酸、戊二酸和壬二酸組成群組之一或多者。
二醇
本文使用的二醇成分是指與上述二羧酸或其衍生物一起構成聚酯共聚物的主要單體。具體地,該二醇成分包含乙二醇和共聚單體,該共聚單體為二乙二醇、環己烷二甲醇、環己烷二甲醇衍生物或其組合。較佳地,該環己烷二甲醇衍生物為4-(羥基甲基)環己基甲基4-(羥基甲基)環己烷羧酸酯,或4-(4-(羥基甲基)環己基甲氧基甲基)環己基甲醇。較佳地,在本發明之聚酯樹脂包含環己烷二甲醇衍生物的情況下,其可包含衍生自4-(羥基甲基)環己基甲基4-(羥基甲基)環己烷羧酸酯和4-(4-(羥基甲基)環己基甲氧基甲基)環己基甲醇的二醇部分,其含量為0.1至25 mol%,以總二醇部分為基準。
此外,作為共聚單體,較佳可額外包括1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2-亞甲基-1,3-丙二醇、2-乙基-1,3-丙二醇、2-異丙基-1,3-丙二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、3-甲基-2,4-戊二醇、1,6-己二醇、1,2-環己二醇、1,4-環己二醇、二乙二醇或其混合物。
在這些共聚單體中,二乙二醇為有助於改良聚酯共聚物的顏色特性之成分。較佳地,可包括二乙二醇殘餘物含量為5至50莫耳,以100莫耳之總二醇成分殘餘物為基準。更佳地,可包括二乙二醇殘餘物含量為6莫耳或更多、7莫耳或更多、或8莫耳或更多,以及45莫耳或更少、40莫耳或更少、35莫耳或更少、30莫耳或更少、25莫耳或更少、或20莫耳或更少,以100莫耳之總二醇成分殘餘物為基準。
乙二醇為有助於改良聚酯共聚物的透明度和抗衝擊性之成分。較佳地,可包括乙二醇殘餘物含量為30至80莫耳,以100莫耳之總二醇成分殘餘物為基準。更佳地,可包括乙二醇殘餘物含量為35莫耳或更多、40莫耳或更多、45莫耳或更多、50莫耳或更多、或55莫耳或更多,以及75莫耳或更少,以100莫耳之總二醇成分殘餘物為基準。
環己烷二甲醇(例如,1,2-環己烷二甲醇、1,3-環己烷二甲醇或1,4-環己烷二甲醇)為有助於改良所製備的聚酯共聚物之透明度和抗衝擊性的成分。 較佳地,可包括環己烷二甲醇殘餘物含量為5至40莫耳,以100莫耳之總二醇成分殘餘物為基準。更佳地,可包括環己烷二甲醇殘餘物含量為7至35莫耳,以100莫耳之總二醇成分殘餘物為基準。
經回收之雙-2- 羥基乙基對酞酸酯
如本文所用,術語“經回收之雙-2-羥基乙基對酞酸酯”是指從使用後收集的廢塑膠中獲得的材料。能夠得到雙-2-羥基乙基對酞酸酯的廢塑膠可為PET、PETG及類似物。 例如,雙-2-羥基乙基對酞酸酯可從使用後收集的PEG中,經由醣解作用、水解作用、甲醇分解及類似方法獲得,這些方法為本領域廣知。
由於回收的雙-2-羥基乙基對酞酸酯在從廢塑膠中獲得的過程中會經過很多化學步驟,若將其使用作為共聚物的單體,則產物品質不可避免地會劣化。特別地,在其使用作為聚酯共聚物的單體之情況下,顏色品質可能劣化,且可能產生如後所述之大量副產物。
因此,本發明使用經回收的雙-2-羥基乙基對酞酸酯作為構成本發明之聚酯共聚物的主要單體,但控制使該聚酯共聚物包含經回收的雙-2-羥基乙基對酞酸酯含量為10至90wt%。若經回收的雙-2-羥基乙基對酞酸酯殘餘物含量小於10wt%,則上述二醇的含量可能相對增加,因此衍生自二醇成分的副產物,尤其是衍生自乙二醇的副產物可能會增加,從而導致聚酯共聚物的品質劣化。 此外,若經回收的雙-2-羥基乙基對酞酸酯殘餘物的含量大於90wt%,則聚酯共聚物的顏色品質和透明度可能會劣化。
聚酯共聚物
本發明的聚酯共聚物可藉由將回收的雙-2-羥基乙基對酞酸酯、二羧酸或其衍生物、以及乙二醇和如上所述的共聚單體進行共聚化而製備。 其中,該共聚化可包含依次進行酯化反應(步驟1)和縮合聚合反應(步驟2)。
酯化反應係於酯化反應催化劑的存在下進行,並可使用包含鋅系化合物的酯化反應催化劑。此類鋅系催化劑的具體範例可為醋酸鋅、醋酸鋅二水合物、氯化鋅、硫酸鋅、硫化鋅、碳酸鋅、檸檬酸鋅、葡萄糖酸鋅或其混合物。此外,每一起始材料的使用量如上所述。
酯化反應可在壓力0至10.0 kg/cm
2及溫度150至300°C下進行。酯化反應的條件可根據所製備的聚酯的特定性質、成分比例或加工條件等適當控制。具體地,酯化反應條件的較佳範例可包括壓力為0 至5.0 kg/cm
2,更佳為0.1至3.0 kg/cm
2;溫度為200至270°C,更佳為240至260°C。
另外,酯化反應可分批進行或連續進行,原料也可分別加入,但較佳以漿料形式加入,其中二羧酸成分和經回收的雙-2-羥基乙基對酞酸酯係與二醇成分混合。此外,亦可將二醇成分如在室溫下為固體的異山梨醇溶解於水或乙二醇中,之後與二羧酸成分如對酞酸混合,而形成漿料。或者,亦可將異山梨醇在60℃或更高溫度下熔融後,與二羧酸成分如對酞酸和其他二醇成分混合,而形成漿料。此外,可在混合漿料中額外加入水,以幫助增加漿料的流動性。
縮合聚合反應可藉由將該酯化反應產物在溫度150至300°C,及低壓600至0.01 mmHg下,反應1至24小時而進行。
此縮合聚合反應可在溫度150至300°C,較佳200至290°C,更佳260至280°C;以及低壓600至0.01 mmHg,較佳200至0.05 mmHg,更佳100至0.1 mmHg下進行。藉由對縮合聚合反應施加低壓條件,可將縮合聚合化副產物二醇類移出,因此,若縮合聚合反應的低壓條件未落在400至0.01 mmHg內,可能無法充分移出副產物。此外,在150至300°C的溫度範圍外進行縮合聚合反應的情況下,若在150℃或更低溫度下進行縮合聚合反應,則縮合聚合反應的副產物二醇類可能無法充分移出,因此,最終反應產物的固有黏度可能較低,所製備樹脂的特性可能劣化,若反應在300°C 或更高溫度下進行,所製備的聚酯樹脂可能變黃。此外,縮合聚合反應可進行一段時間,直到最終反應產物的固有黏度達到合適的位準,例如平均滯留時間為1至24小時。
此外,縮合聚合反應可使用包含鈦系化合物、鍺系化合物、銻系化合物、鋁系化合物、錫系化合物或其混合物的縮合聚合催化劑。
鈦系化合物之範例可為鈦酸四乙酯、鈦酸乙醯基三丙酯、鈦酸四丙酯、鈦酸四丁酯、鈦酸2-乙基己酯、鈦酸辛二酯、鈦酸乳酸酯、鈦酸三乙醇胺、鈦酸乙醯丙酮酯、乙醯乙酸乙酯鈦酸酯、鈦酸異硬脂酯、二氧化鈦、 及類似物。 鍺系化合物之範例可為二氧化鍺、四氯化鍺、乙二醇鍺、乙酸鍺、使用其之共聚物、或其混合物及類似物。較佳地,可使用二氧化鍺,且該二氧化鍺可使用結晶二氧化鍺或非晶形二氧化鍺,亦可使用可溶於二醇之二氧化鍺。
同時,本發明的聚酯共聚物特徵為其數學式1的擠壓係數為1或更高。如後面的範例中所述,若擠壓係數為1或更高,則在擠壓加工期間,滾輪的積垢(plate-out)可能減少,且釋氣(outgas)可能減少,因此擠壓性便可相當優異,這意味著擠壓加工性優異。相反地,若擠壓係數小於1,則在擠壓加工過程中,積垢會增加,因而降低生產率,且釋氣會增加,因而影響製備片材的品質。
較佳地,本發明之聚酯共聚物具有如下數學式1的擠壓係數為1或更多、2或更多、3或更多、4或更多、5或更多、6或更多、7或更多、8或更多、9或更多,或10或更多。 同時,擠壓係數越高則擠壓加工性越優異,因此其上限在理論上沒有限定,例如可為200或更低、190或更低、180或更低、170或更低、160或更低、150或更低、140或更低、130或更低、120或更低、110或更低,或100或更低。
同時,在數學式1中,對於變數A至D,施加除了每一單位之外的數值。例如,對於變數A,若聚酯共聚物中來自經回收的雙-2-羥基乙基對酞酸酯的部分含量為50 wt%,則A為50。變數A至D可經由分析所製備之聚酯共聚物而得,具體方法在後述範例中具體化。
同時,變數D是聚酯共聚物中寡聚物的含量(面積/g),具體地,寡聚物是指重量平均分子量為1,000或更低的小分子。 聚酯共聚物中的寡聚物含量的測定方法在後述範例中具體化。
同時,本發明之聚酯共聚物具有0.50至1.0 dl/g的固有黏度、較佳為0.50至0.85 dl/g、更佳為0.55至0.80 dl/g或0.60至0.80 dl/g。固有黏度的測量方法將在後述範例中具體說明。
根據本發明,亦提供一種包含聚酯共聚物的物件。
經由上述方法製備的聚酯共聚物不僅可在模塑前為小片狀、粒狀或粉末狀,亦可為由單獨的成形加工如擠出或射出或類似方法形成的成形物件形式,例如,薄膜或片材,較佳為薄膜、熱收縮膜、片材、型材或吹膜。
[ 有益效用]
如上所述,本發明的聚酯共聚物包含回收單體並具有優異的擠壓加工性,因此可應用於各種物件,特別是用於製備薄膜。
以下,為了更好地理解本發明,係舉出較佳範例。 然而,提供這些範例只是為了更好地理解本發明,本發明的範圍不受限於此。
範例1
在容量為10 L的反應器中(其中一管柱和一可水冷卻的冷凝器相連接),加入雙-2-羥基乙基對酞酸酯(689.8 g;以下稱之為 “r-BHET”)、TPA(對酞酸;2554.5 g)、 EG(乙二醇; 755.4 g)、CHDM(1,4-環己烷二甲醇;826.4 g)和DEG(二乙二醇; 211.1 g),並加入TiO
2(1.0 g)作為催化劑、磷酸(1.5 g)作為穩定劑、Polysynthren Blue RLS(Clarient Inc., 0.006 g)作為藍色調色劑,以及Solvaperm Red BB(Clarient Inc., 0.004 g)作為紅色調色劑。
隨後,將氮氣引入反應器中以形成加壓狀態,其中反應器的壓力比大氣壓力高2.0 kgf/cm
2(絕對壓力:2231.1 mmHg)。 此外,將反應器的溫度升溫至220°C,歷時90分鐘,在220°C保持2小時,之後升溫至260℃,歷時2小時。 之後,目視觀察反應器中的混合物,直到混合物變為透明,同時將反應器的溫度保持在260℃,進行酯化反應。 在此過程中,副產物通過管柱和冷凝器排出。 酯化反應完成後,將加壓狀態的反應器內的氮氣排放到外部,使反應器內的壓力降至大氣壓力,之後將反應器內的混合物轉移到容量為7 L的反應器中,該處可進行真空反應。
此外,將反應器的壓力從大氣壓力狀態降低至5 Torr(絕對壓力:5 mmHg),歷時30分鐘,同時將反應器的溫度升高至265℃,歷時1小時,同時保持反應器壓力在1 Torr(絕對壓力:1 mmHg)或更低壓力下,進行縮合聚合反應。在縮合聚合反應開始時,將攪拌速度設定為快速,但若攪拌力降低,或隨著縮合聚合反應的進行,因反應物的黏度增加導致反應物的溫度升高超過預定溫度,則攪拌速度可適當控制。進行縮合聚合反應直到反應器中的混合物(熔融材料)的固有黏度(IV)變為0.70 dl/g。若反應器中的混合物的固有黏度達到所需位準,則將混合物排出反應器並靜置,以冷卻劑固化,之後進行造粒,使得平均重量變為約12至14 mg,因而製備聚酯共聚物。
範例2
在容量為10 L的反應器中(其中一管柱和一可水冷卻的冷凝器相連接),加入r-BHET(2248.9 g)、TPA(1202.5 g)、EG(182.6 g)、CHDM(734.8 g),加入TiO
2(1.0 g)作為催化劑、磷酸(1.5 g)作為穩定劑、乙酸鈷(0.7 g)作為著色劑。
隨後,將氮氣引入反應器中以形成加壓狀態,其中反應器的壓力比大氣壓力高2.0 kgf/cm
2(絕對壓力:2231.1 mmHg)。此外,將反應器的溫度升溫至220°C,歷時90分鐘,在220°C保持2小時,之後升溫至255℃,歷時2小時。 之後,目視觀察反應器中的混合物,直到混合物變為透明,同時將反應器的溫度保持在255℃,進行酯化反應。在此過程中,副產物通過管柱和冷凝器排出。酯化反應完成後,將加壓狀態的反應器內的氮氣排放到外部,使反應器內的壓力降至大氣壓力,之後將反應器內的混合物轉移到容量為7 L的反應器中,該處可進行真空反應。
此外,將反應器的壓力從大氣壓降低至5 Torr(絕對壓力:5 mmHg),歷時30分鐘,同時將反應器的溫度升高至285℃,歷時1小時,同時保持反應器壓力在1 Torr(絕對壓力:1 mmHg)或更低壓力下,進行縮合聚合反應。在縮合聚合反應開始時,將攪拌速度設定為快速,但若攪拌力降低,或隨著縮合聚合反應的進行,因反應物的黏度增加導致反應物的溫度升高超過預定溫度,則攪拌速度可適當控制。進行縮合聚合反應直到反應器中的混合物(熔融材料)的固有黏度(IV)變為0.70 dl/g。若反應器中的混合物的固有黏度達到所需位準,則將混合物排出反應器並靜置,以冷卻劑固化,之後進行造粒,使得平均重量變為約12至14 mg,因而製備聚酯共聚物。
範例3
在容量為10 L的反應器中(其中一管柱和一可水冷卻的冷凝器相連接),加入r-BHET(3291.8 g)、 TPA(717.1 g)、EG(21.4 g)、CHDM(522.5 g)、DEG(311.4 g),加入TiO
2(1.0 g)作為催化劑、磷酸(1.5 g)作為穩定劑、Polysynthren Blue RLS(Clarient Inc., 0.007 g) 作為藍色調色劑,以及Solvaperm Red BB(Clarient Inc., 0.004 g)作為紅色調色劑。
隨後,將氮氣引入反應器中以形成加壓狀態,其中反應器的壓力比大氣壓力高2.0 kgf/cm
2(絕對壓力:2231.1 mmHg)。此外,將反應器的溫度升溫至220°C,歷時90分鐘,在220°C保持2小時,之後升溫至255℃,歷時2小時。 之後,目視觀察反應器中的混合物,直到混合物變為透明,同時將反應器的溫度保持在255℃,進行酯化反應。在此過程中,副產物通過管柱和冷凝器排出。酯化反應完成後,將加壓狀態的反應器內的氮氣排放到外部,使反應器內的壓力降至大氣壓力,之後將反應器內的混合物轉移到容量為7 L的反應器中,該處可進行真空反應。
此外,將反應器的壓力從大氣壓力降低至5 Torr(絕對壓力:5 mmHg),歷時30分鐘,同時將反應器的溫度升高至285℃,歷時1小時,同時保持反應器壓力在1 Torr(絕對壓力:1 mmHg)或更低壓力下,進行縮合聚合反應。在縮合聚合反應開始時,將攪拌速度設定為快速,但若攪拌力降低,或隨著縮合聚合反應的進行,因反應物的黏度增加導致反應物的溫度升高超過預定溫度,則攪拌速度可適當控制。進行縮合聚合反應直到反應器中的混合物(熔融材料)的固有黏度(IV)變為0.70 dl/g。若反應器中的混合物的固有黏度達到所需位準,則將混合物排出反應器並靜置,以冷卻劑固化,之後進行造粒,使得平均重量變為約12至14 mg,因而製備聚酯共聚物。
範例4
在容量為10 L的反應器中(其中一管柱和一可水冷卻的冷凝器相連接),加入r-BHET(4388.5 g)、TPA(151.0 g)、EG(45.1 g)、CHDM(261.9 g)、DEG(239.0 g)、CHDM衍生物(341.2g;包含i)4-(羥基甲基)環己基甲基4-(羥基甲基)環己烷甲酸酯,和ii)4-(4-(羥基甲基)環己基甲氧基甲基)環己基甲醇,莫耳比為1: 3),加入GeO
2(1.0 g)作為催化劑、磷酸(1.5g)作為穩定劑、Clarient Inc. (0.020 g)作為藍色調色劑、Clarient Inc. (0.008 g)作為紅色調色劑。
隨後,將氮氣引入反應器中以形成加壓狀態,其中反應器的壓力比大氣壓力高0.5 kgf/cm
2(絕對壓力:1127.8 mmHg)。此外,將反應器的溫度升溫至220°C,歷時90分鐘,在220°C保持2小時,之後升溫至260℃,歷時2小時。 之後,目視觀察反應器中的混合物,直到混合物變為透明,同時將反應器的溫度保持在260℃,進行酯化反應。在此過程中,副產物通過管柱和冷凝器排出。酯化反應完成後,將加壓狀態的反應器內的氮氣排放到外部,使反應器內的壓力降至大氣壓力,之後將反應器內的混合物轉移到容量為7 L的反應器中,該處可進行真空反應。
此外,將反應器的壓力從大氣壓降低至5 Torr(絕對壓力:5 mmHg),歷時30分鐘,同時將反應器的溫度升高至275℃,歷時1小時,同時保持反應器壓力在1 Torr(絕對壓力:1 mmHg)或更低壓力下,進行縮合聚合反應。在縮合聚合反應開始時,將攪拌速度設定為快速,但若攪拌力降低,或隨著縮合聚合反應的進行,因反應物的黏度增加導致反應物的溫度升高超過預定溫度,則攪拌速度可適當控制。進行縮合聚合反應直到反應器中的混合物(熔融材料)的固有黏度(IV)變為0.80 dl/g。若反應器中的混合物的固有黏度達到所需位準,則將混合物排出反應器並靜置,以冷卻劑固化,之後進行造粒,使得平均重量變為約12至14 mg,因而製備聚酯共聚物。
範例5
在容量為10 L的反應器中(其中一管柱和一可水冷卻的冷凝器相連接),加入r-BHET(1005.9 g)、DMT(對酞酸二甲酯;2304.9 g)、EG(874.1 g)、CHDM(707.2 g)、DEG(231.3 g),加入乙酸錳(II)四水合物(1.5 g)和Sb
2O
3(1.8 g)作為催化劑,加入乙酸鈷(0.6 g)作為著色劑。
隨後,將氮氣引入反應器中以形成加壓狀態,其中反應器的壓力比大氣壓力高0.1 kgf/cm
2(絕對壓力:833.6 mmHg)。此外,將反應器的溫度升溫至220°C,歷時90分鐘,在220°C保持2小時,之後升溫至240℃,歷時2小時。 之後,目視觀察反應器中的混合物,直到混合物變為透明,同時將反應器的溫度保持在240℃,進行酯化反應。在此過程中,副產物通過管柱和冷凝器排出。酯化反應完成後,將加壓狀態的反應器內的氮氣排放到外部,使反應器內的壓力降至大氣壓力,之後將反應器內的混合物轉移到容量為7 L的反應器中,該處可進行真空反應。
此外,將反應器的壓力從大氣壓降低至5 Torr(絕對壓力:5 mmHg),歷時30分鐘,同時將反應器的溫度升高至265℃,歷時1小時,同時保持反應器壓力在1 Torr(絕對壓力:1 mmHg)或更低壓力下,進行縮合聚合反應。在縮合聚合反應開始時,將攪拌速度設定為快速,但若攪拌力降低,或隨著縮合聚合反應的進行,因反應物的黏度增加導致反應物的溫度升高超過預定溫度,則攪拌速度可適當控制。進行縮合聚合反應直到反應器中的混合物(熔融材料)的固有黏度(IV)變為0.70 dl/g。若反應器中的混合物的固有黏度達到所需位準,則將混合物排出反應器並靜置,以冷卻劑固化,之後進行造粒,使得平均重量變為約12至14 mg,因而製備聚酯共聚物。
範例6
在容量為10 L的反應器中(其中一管柱和一可水冷卻的冷凝器相連接),加入r-BHET(2283.5 g)、TPA(1221.0 g)、IPA(異酞酸;1492.4 g)、EG(185.5 g)、CHDM(746.2 g),並加入GeO
2(1.0 g)作為催化劑。
隨後,將氮氣引入反應器中以形成加壓狀態,其中反應器的壓力比大氣壓力高2.0 kgf/cm
2(絕對壓力:2231.1 mmHg)。此外,將反應器的溫度升溫至220°C,歷時90分鐘,在220°C保持2小時,之後升溫至255℃,歷時2小時。 之後,目視觀察反應器中的混合物,直到混合物變為透明,同時將反應器的溫度保持在255℃,進行酯化反應。在此過程中,副產物通過管柱和冷凝器排出。酯化反應完成後,將加壓狀態的反應器內的氮氣排放到外部,使反應器內的壓力降至大氣壓力,之後將反應器內的混合物轉移到容量為7 L的反應器中,該處可進行真空反應。
此外,將反應器的壓力從大氣壓力降低至5 Torr(絕對壓力:5 mmHg),歷時30分鐘,同時將反應器的溫度升高至285℃,歷時1小時,同時保持反應器壓力在1 Torr(絕對壓力:1 mmHg)或更低壓力下,進行縮合聚合反應。在縮合聚合反應開始時,將攪拌速度設定為快速,但若攪拌力降低,或隨著縮合聚合反應的進行,因反應物的黏度增加導致反應物的溫度升高超過預定溫度,則攪拌速度可適當控制。進行縮合聚合反應直到反應器中的混合物(熔融材料)的固有黏度(IV)變為0.70 dl/g。若反應器中的混合物的固有黏度達到所需位準,則將混合物排出反應器並靜置,以冷卻劑固化,之後進行造粒,使得平均重量變為約12至14 mg,因而製備聚酯共聚物。
比較例1
在容量為10 L的反應器中(其中一管柱和一可水冷卻的冷凝器相連接),加入TPA(3005.3 g)、EG(1088.8 g)、CHDM(834.3 g)、DEG(211.1 g),加入TiO
2(1.0 g)作為催化劑,以及磷酸(1.5 g)作為穩定劑。
隨後,將氮氣引入反應器中以形成加壓狀態,其中反應器的壓力比大氣壓力高2.0 kgf/cm
2(絕對壓力:2231.1 mmHg)。此外,將反應器的溫度升溫至220°C,歷時90分鐘,在220°C保持2小時,之後升溫至255℃,歷時2小時。 之後,目視觀察反應器中的混合物,直到混合物變為透明,同時將反應器的溫度保持在255℃,進行酯化反應。在此過程中,副產物通過管柱和冷凝器排出。酯化反應完成後,將加壓狀態的反應器內的氮氣排放到外部,使反應器內的壓力降至大氣壓力,之後將反應器內的混合物轉移到容量為7 L的反應器中,該處可進行真空反應。
此外,將反應器的壓力從大氣壓力降低至5 Torr(絕對壓力:5 mmHg),歷時30分鐘,同時將反應器的溫度升高至285℃,歷時1小時,同時保持反應器壓力在1 Torr(絕對壓力:1 mmHg)或更低壓力下,進行縮合聚合反應。在縮合聚合反應開始時,將攪拌速度設定為快速,但若攪拌力降低,或隨著縮合聚合反應的進行,因反應物的黏度增加導致反應物的溫度升高超過預定溫度,則攪拌速度可適當控制。進行縮合聚合反應直到反應器中的混合物(熔融材料)的固有黏度(IV)變為0.70 dl/g。若反應器中的混合物的固有黏度達到所需位準,則將混合物排出反應器並靜置,以冷卻劑固化,之後進行造粒,使得平均重量變為約12至14 mg,因而製備聚酯共聚物。
比較例2
在容量為10 L的反應器中(其中一管柱和一可水冷卻的冷凝器相連接),加入TPA(2780.6 g)、EG(1495.5 g)、CHDM(241.2 g)、DEG(159.8 g)、CHDM衍生物(341.2g;包含i)4-(羥基甲基)環己基甲基4-(羥基甲基)環己烷甲酸酯,和ii)4-(4-(羥基甲基)環己基甲氧基甲基)環己基甲醇,莫耳比為1: 3),加入TiO
2(1.0 g)作為催化劑、磷酸(1.5g)作為穩定劑、乙酸鈷(0.7 g)作為著色劑。
隨後,將氮氣引入反應器中以形成加壓狀態,其中反應器的壓力比大氣壓力高2.0 kgf/cm
2(絕對壓力:2231.1 mmHg)。此外,將反應器的溫度升溫至220°C,歷時90分鐘,在220°C保持2小時,之後升溫至255℃,歷時2小時。 之後,目視觀察反應器中的混合物,直到混合物變為透明,同時將反應器的溫度保持在255℃,進行酯化反應。在此過程中,副產物通過管柱和冷凝器排出。酯化反應完成後,將加壓狀態的反應器內的氮氣排放到外部,使反應器內的壓力降至大氣壓力,之後將反應器內的混合物轉移到容量為7 L的反應器中,該處可進行真空反應。
此外,將反應器的壓力從大氣壓力降低至5 Torr(絕對壓力:5 mmHg),歷時30分鐘,同時將反應器的溫度升高至260℃,歷時1小時,同時保持反應器壓力在1 Torr(絕對壓力:1 mmHg)或更低壓力下,進行縮合聚合反應。在縮合聚合反應開始時,將攪拌速度設定為快速,但若攪拌力降低,或隨著縮合聚合反應的進行,因反應物的黏度增加導致反應物的溫度升高超過預定溫度,則攪拌速度可適當控制。進行縮合聚合反應直到反應器中的混合物(熔融材料)的固有黏度(IV)變為0.85 dl/g。若反應器中的混合物的固有黏度達到所需位準,則將混合物排出反應器並靜置,以冷卻劑固化,之後進行造粒,使得平均重量變為約12至14 mg,因而製備聚酯共聚物。
比較例3
在容量為10 L的反應器中(其中一管柱和一可水冷卻的冷凝器相連接),加入TPA(3631.3 g)、 EG(2780.3 g)、DEG(159.7 g),並加入GeO
2(1.0 g)作為催化劑、磷酸(1.5 g)作為穩定劑。
隨後,將氮氣引入反應器中以形成加壓狀態,其中反應器的壓力比大氣壓力高1.0 kgf/cm
2(絕對壓力:1495.6 mmHg)。此外,將反應器的溫度升溫至220°C,歷時90分鐘,在220°C保持2小時,之後升溫至265℃,歷時2小時。 之後,目視觀察反應器中的混合物,直到混合物變為透明,同時將反應器的溫度保持在255℃,進行酯化反應。在此過程中,副產物通過管柱和冷凝器排出。酯化反應完成後,將加壓狀態的反應器內的氮氣排放到外部,使反應器內的壓力降至大氣壓力,之後將反應器內的混合物轉移到容量為7 L的反應器中,該處可進行真空反應。
此外,將反應器的壓力從大氣壓降低至5 Torr(絕對壓力:5 mmHg),歷時30分鐘,同時將反應器的溫度升高至275℃,歷時1小時,同時保持反應器壓力在1 Torr(絕對壓力:1 mmHg)或更低壓力下,進行縮合聚合反應。在縮合聚合反應開始時,將攪拌速度設定為快速,但若攪拌力降低,或隨著縮合聚合反應的進行,因反應物的黏度增加導致反應物的溫度升高超過預定溫度,則攪拌速度可適當控制。進行縮合聚合反應直到反應器中的混合物(熔融材料)的固有黏度(IV)變為0.60 dl/g。若反應器中的混合物的固有黏度達到所需位準,則將混合物排出反應器並靜置,以冷卻劑固化,之後進行造粒,使得平均重量變為約12至14 mg,因而製備聚酯共聚物。
比較例4
在容量為10 L的反應器中(其中一管柱和一可水冷卻的冷凝器相連接),加入TPA(2300.2 g)、NPG(新戊二醇;158.0 g)、DEG(202.3 g),並加入GeO
2(1.0 g)作為催化劑、磷酸(1.5 g)作為穩定劑。
隨後,將氮氣引入反應器中以形成加壓狀態,其中反應器的壓力比大氣壓力高2.0 kgf/cm
2(絕對壓力:2231.1 mmHg)。此外,將反應器的溫度升溫至220°C,歷時90分鐘,在220°C保持2小時,之後升溫至265℃,歷時2小時。 之後,目視觀察反應器中的混合物,直到混合物變為透明,同時將反應器的溫度保持在255℃,進行酯化反應。在此過程中,副產物通過管柱和冷凝器排出。酯化反應完成後,將加壓狀態的反應器內的氮氣排放到外部,使反應器內的壓力降至大氣壓力,之後將反應器內的混合物轉移到容量為7 L的反應器中,該處可進行真空反應。
此外,將反應器的壓力從大氣壓力降低至5 Torr(絕對壓力:5 mmHg),歷時30分鐘,同時將反應器的溫度升高至280℃,歷時1小時,同時保持反應器壓力在1 Torr(絕對壓力:1 mmHg)或更低壓力下,進行縮合聚合反應。在縮合聚合反應開始時,將攪拌速度設定為快速,但若攪拌力降低,或隨著縮合聚合反應的進行,因反應物的黏度增加導致反應物的溫度升高超過預定溫度,則攪拌速度可適當控制。進行縮合聚合反應直到反應器中的混合物(熔融材料)的固有黏度(IV)變為0.70 dl/g。若反應器中的混合物的固有黏度達到所需位準,則將混合物排出反應器並靜置,以冷卻劑固化,之後進行造粒,使得平均重量變為約12至14 mg,因而製備聚酯共聚物。
實驗例
對於在範例和比較例中製備的共聚物,其特性評估如下。
1) 殘餘組成物
聚酯樹脂中之衍生自r-BHET的組成物(wt%)和衍生自二醇的組成物(mol%),係使用1H-NMR光譜確認,其在25°C下使用核磁共振裝置(JEOL, 600MHz FT-NMR)獲得,在將樣本溶於CDCl
3溶劑中,濃度為3 mg/mL後。 其中,衍生自二醇的殘餘組成物係以衍生自每一特定二醇(DEG 和 CHDM)的殘餘物比衍生自二醇的所有殘餘物總組成物的莫耳%進行分析。
2) 固有黏度
固有黏度係於35°C恆溫器中使用烏氏黏度計(Ubbelohde viscometer)測量,在將聚酯共聚物溶於150°C鄰氯苯酚(OCP)中,濃度為0.12%後。 具體地,管式黏度計的溫度保持在35℃,並計算溶劑通過管式黏度計的特定內部截面之間所花費的時間t
0(流出時間),以及溶液通過它們之間所花費的時間t。之後,將t
0值和t值代入式1計算比黏度,將比黏度值代入式2計算固有黏度。
[式1]
[式2]
3) HPLC / 殘餘酸、BHET 之測量
使用高效液相層析法進行測量。 具體地,為了定量顆粒樣本中未反應和殘餘之酸和二醇,係藉由再沉澱萃取出殘餘單體(TPA、DMT、BHET、IPA及類似物)。
用於HPLC之標準溶液係用於稀釋樣本至校正曲線範圍內,藉由將0.01 g待定量之單體(TPA、BHET、DMT、IPA及類似物)溶於20mL MeOH(500 μg/mL)中,之後以MeOH連續稀釋。用於樣本的前處理,將約0.1 g顆粒樣本溶於1 mL HFIP中(振盪器180 rpm,攪拌1小時或更久),確認其完全溶解後,加入3 ml MeOH 進行再沉澱。
此外,為了應用於液相層析質譜分析,需要設定動相,因此將蒸餾水和H
3PO
4混合以製備pH 2之動相A,動相B使用乙腈。HPLC測量條件摘錄如下。
- 管柱:Mightysil C18 (4.0*250mm), (5 μm)
- 動相:H
2O & H
3PO
4/ 乙腈 (梯度)
- 流速:1.2 ml / min
- 偵測波長:242 nm
- 滯留時間:約30分鐘
- 注入體積:10 um
以標準溶液繪製校正曲線後,計算相關係數(r
2)。其線性係於分析準確度/精密度時確認。 為符合可接受的標準,理論值的偏差應在定量下限之20%以內,且理論值的偏差應在定量下限以外的濃度之15%以內,且r
2(相關係數)應為0.98或更高。
4) GC 總面積/g
為了藉由熱分解對寡聚物和單分子進行定量分析,使用氣相層析法收集在以下預處理條件下產生的氣體材料,並轉換成圖表中的總面積/g。
當在 260°C大氣環境的預處理條件下加熱顆粒樣本1小時, 所產生的材料被收集在 GC 頂部空間中,並定量該收集材料的總面積(單位面積/g)。 較高的總面積/g代表顆粒中存在有大量未反應的物質和寡聚物,亦指出熱分解產生的單分子增加。在GC中偵測到的寡聚物的面積/g表示該材料通常具有1000或更小的分子量。GC測量條件摘錄如下。
GC裝置條件
- 模組:Triplus 500 (Thermo)
- 靜置溫度:260°C
- 靜置時間:60分鐘
- 迴圈溫度:260°C
- 迴圈體積:1 mL
- 注入時間:0.5分鐘
- 注入模式:標準
5) 擠壓係數
上面解釋的數據和如本文所述的數學公式1應用於測量擠壓係數。
6) 擠壓性6-1) 積垢評估
使用具有以下規格的Breyer設備,擠壓並評估範例和比較例的樣本。
- 供應商:Breyer GmbH(德國,2000年12月)
- 主擠出機:帶有或不帶排氣段的單螺桿擠壓機
- 直徑:45 mm
- L/D: 33:1
將樣本在260℃下擠壓厚度為0.25至1 mm的片材,片材擠壓開始1小時後,對擠壓滾筒進行積垢的檢測評估。藉由檢測評估,片材擠壓後的污染度評估如下。
- X: 片材擠壓後滾輪無汙染
- Δ: 片材擠壓後滾輪產生輕微汙染
- O: 片材擠壓後滾輪有汙染
當範例和比較例製備的樣本中的未反應單體、殘餘單體和熱分解產生的寡聚物(總面積/g)較多時,片材擠壓時產生的單分子增加,其增加滾輪的污染程度, 因而導致在片材擠壓過程中品質和生產率劣化。
6-2) 釋氣發生之評估
使用相同的設備,由範例和比較例中製備的樣本進行擠壓並評估,並在每一顆粒通過擠壓機之後,將顆粒壓至滾輪時產生的釋氣進行檢測評估。
- Θ:無釋氣產生/確認6次,間隔10分鐘
- O:些許釋氣產生
- Δ:輕微釋氣產生
- X:連續釋氣產生
7) 可拉伸性
為了評估擠壓片材的品質,將上述製備的聚酯薄膜 (0.25 um) 切成10 cm x 10 cm的正方形,並以MD:TD=1:5的拉伸比(DR) 進行拉伸,同時再加熱至75至95℃的拉伸溫度。
若聚酯膜的品質下降,膜的表面可能會不均勻,若在拉伸膜中產生魚眼(fish eye),則產生魚眼的部分可能會產生不均勻的拉伸,這會產生影響拉伸膜的品質,因此難以確保拉伸膜的期望收縮率。
將上述製備的聚酯片切成10 cm×10 cm的正方形,在拉伸至MD:TD=1:5拉伸比(DR)的薄膜中,目視檢測魚眼而進行評估。
- X:些許魚眼
- Δ:輕微產生魚眼
- O:未均勻拉伸
上述結果列於下表1。
[表1]
單位 | 範例 | 比較例 | ||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 1 | 2 | 3 | 4 | |||
r-BHET | wt% | 14 | 50 | 63 | 81 | 21 | 50 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
DEG | mol% | 8 | 0 | 13 | 11.5 | 8 | 13 | 8 | 11.5 | 0 | 15 | |
CHDM | mol% | 31 | 31 | 20 | 14.5 | 31 | 20 | 31 | 14.5 | 0 | 0 | |
固有黏度 | dg/l | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.8 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.85 | 0.6 | 0.7 | |
HPLC | 殘餘酸 | ppmw | 10.3 | 6.1 | 4.4 | 1.9 | 9.5 | 5.0 | 12 | 10 | 20 | 25 |
殘餘 BHET | ppmw | 75 | 70 | 86 | 50 | 90 | 99 | 100 | 120 | 107 | 110 | |
GC | 寡聚物 | 面積/g | 7.8.E+07 | 7.3.E+07 | 7.2.E+07 | 6.9.E+07 | 7.7.E+07 | 7.3.E+07 | 8.2.E+08 | 7.8.E+08 | 1.0.E+09 | 1.5.E+09 |
擠壓係數 | - | 3.92 | 19.13 | 27.11 | 134.89 | 4.72 | 16.72 | 0.10 | 0.11 | 0.05 | 0.02 | |
擠壓性 | 滾輪積垢 | - | X | X | X | X | X | X | Δ | Δ | O | O |
擠壓釋氣降低 | - | O | Θ | Θ | Θ | O | Θ | Δ | Δ | X | X | |
可拉伸性 | 魚眼 | - | X | X | X | X | X | X | Δ | Δ | O | O |
(無)
Claims (11)
- 一種聚酯共聚物,其聚合自: 1) 經回收之雙-2-羥基乙基對酞酸酯, 2) 包含二羧酸或其衍生物之酸,以及 3) 包含乙二醇和共聚單體之二醇,且 具有一結構,於該結構中衍生自雙-2-羥基乙基對酞酸酯之部分、衍生自該二羧酸或其衍生物之酸部分,以及衍生自該二醇之二醇部分係重複的, 其中該聚酯共聚物具有1或更高的擠壓係數,其依據下列數學式1計算: [數學式1] 在數學式1中, A為該聚酯共聚物中衍生自經回收之雙-2-羥基乙基對酞酸酯之部分的含量(wt%), B為該聚酯共聚物中殘餘酸的含量 (ppmw), C為該聚酯共聚物中殘餘的經回收之雙-2-羥基乙基對酞酸酯的含量(ppmw),以及 D為該聚酯共聚物中寡聚物之含量(面積/g)。
- 如請求項1之聚酯共聚物,其中該聚酯共聚物包含含量為10至90 wt%之該衍生自經回收之雙-2-羥基乙基對酞酸酯的部分。
- 如請求項1之聚酯共聚物,其中該共聚單體為二乙二醇、環己烷二甲醇、環己烷二甲醇之衍生物或其組合。
- 如請求項3之聚酯共聚物,其中該環己烷二甲醇之衍生物為4-(羥基甲基)環己基甲基 4-(羥基甲基)環己烷羧酸酯,或 4-(4-(羥基甲基)環己基甲氧基甲基)環己基甲醇。
- 如請求項1之聚酯共聚物,其中該共聚單體更包含1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2-亞甲基-1,3-丙二醇、2-乙基-1,3-丙二醇、2-異丙基-1,3-丙二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、3-甲基-2,4-戊二醇、1,6-己二醇、1,2-環己二醇、1,4-環己二醇、二乙二醇或其混合物。
- 如請求項1之聚酯共聚物,其中該包含二羧酸或其衍生物之酸包含對酞酸。
- 如請求項6之聚酯共聚物,其中該包含二羧酸或其衍生物之酸包含選自於由異酞酸、異酞酸二甲酯、酞酸、酞酸二甲酯、酞酸酐、2,6-萘二羧酸、 2,6-萘二羧酸二甲酯、二苯基二羧酸、1,4-環己烷二羧酸、1,3-環己烷二羧酸、1,4-環己烷二羧酸二甲酯、1,3-環己烷二羧酸二甲酯、癸二酸、琥珀酸、異癸基琥珀酸、順丁烯二酸、順丁烯二酸酐、反丁烯二酸、己二酸、戊二酸和壬二酸組成群組之一或多者。
- 如請求項1之聚酯共聚物,其中該擠壓係數為3或更高。
- 如請求項1之聚酯共聚物,其中該聚酯共聚物具有0.50至1.0 dl/g的固有黏度。
- 一種物件,其包含如請求項1至9任一項之聚酯共聚物。
- 如請求項10之物件,其中該物件為薄膜、熱收縮膜、片材、型材或吹膜。
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