TWI833502B - 高耐熱透明聚對苯二甲酸乙二醇酯（pet）共聚酯及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）共聚酯及其製造方法，包括以下步驟。配製包括滑石粉的分散漿液，混合對苯二甲酸與乙二醇，並導入分散漿液與側基酯化物，以進行酯交換反應並形成對苯二甲酸乙二酯。之後，進行預聚反應與縮聚反應，使對苯二甲酸乙二酯形成聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯。
Description
本發明是有關於一種聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)共聚酯及其製造方法，且特別是有關於一種高耐熱透明聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)共聚酯及其製造方法。
一般而言，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)樹脂的結晶速度較聚丁烯對苯二甲酸酯(polybutylene terephthalate，PBT)樹脂的結晶速度慢，使得PET樹脂在射出加工時須有較高的模溫與較長的冷卻時間，進而導致PET樹脂在工程塑料上的應用受到限制。此外，由於聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的剛性結構，熔點較高，進而導致製品的霧度較高。
因此，發展出可提升結晶速度並降低霧度的透明PET樹脂，藉此縮短射出成形時間並提升透明度及耐熱性，進而擴大產品應用，為目前業界的重要課題。
本發明提供一種聚對苯二甲酸乙二酯(PET)共聚酯及其製造方法，具有結晶快速、結晶度高的優點，可有效縮短射出成型時間且降低加工溫度，並可提升透明度及耐熱性。
本發明的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)共聚酯的製造方法，包括以下步驟。配製包括滑石粉的分散漿液，混合對苯二甲酸與乙二醇，並導入分散漿液與側基酯化物，以進行酯交換反應並形成對苯二甲酸乙二酯。之後，進行預聚反應與縮聚反應，使對苯二甲酸乙二酯形成聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯。
在本發明的一實施例中，滑石粉的平均粒徑為1.0μm至5.0μm，且平均比表面積為20M2/g至12M2/g。
在本發明的一實施例中，側基酯化物包括2,6-萘二甲酸酯化物。
在本發明的一實施例中，以分散漿液的總重量計，滑石粉的含量為1wt%至8wt%。
在本發明的一實施例中，分散漿液更包括分散劑與乙二醇，且以分散漿液的總重量計，分散劑的含量為99wt%至1wt%。
在本發明的一實施例中，以對苯二甲酸乙二酯的總重量計，分散漿液的添加量為1wt%至6wt%。
在本發明的一實施例中，在進行酯交換反應時，對苯二甲酸及乙二醇的當量比為1/1.2至1/1.8，反應溫度為200℃至230
℃，且反應時間為2小時至4小時。
在本發明的一實施例中，以對苯二甲酸乙二酯的總重量計，側基酯化物的添加量為1wt%至5wt%。
在本發明的一實施例中，在進行所述預聚反應時，反應物包括對苯二甲酸乙二酯與聚乙二醇，其中以對苯二甲酸乙二酯的總重量計，聚乙二醇的含量為0.5wt%至4wt%，反應溫度為230℃至270℃，真空度為760至10毫米汞柱，反應時間為1小時至2小時。
在本發明的一實施例中，縮聚反應在預聚反應之後進行，且在進行縮聚反應時，反應溫度為260℃至280℃，真空度為1至3毫米汞柱，反應時間為2小時至4小時。
本發明的聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯，由上述聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯的製造方法所製成。
基於上述，本發明將含有滑石粉的分散漿液與側基酯化物導入於製造PET共聚酯的反應過程中，透過高比表面積且粒徑分布窄的滑石粉，可誘導PET成核以提高結晶速率；此外，側基酯化物可提高透明性及耐熱性並降低霧度。藉由上述方法所製得的PET共聚酯，由於可快速結晶且結晶度高，進而可有效減少射出成型的加工時間，擴大其應用性。另一方面，透過上述方法更可製成透明度高、霧度低且具有較佳耐熱性的PET共聚酯。
以下，將詳細描述本發明的實施例。然而，這些實施例為例示性，且本發明揭露不限於此。
在本文中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，是一種避免在說明書中一一列舉該範圍中的所有數值的概要性表示方式。因此，某一特定數值範圍的記載，涵蓋該數值範圍內的任意數值以及由該數值範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍，如同在說明書中說明文寫出該任意數值和該較小數值範圍一樣。
本發明的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)共聚酯的製造方法，包括以下步驟。配製包括滑石粉的分散漿液，混合對苯二甲酸與乙二醇，並導入分散漿液與側基酯化物，以進行酯交換反應並形成對苯二甲酸乙二酯。之後，進行預聚反應與縮聚反應，使對苯二甲酸乙二酯形成聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯。在下文中，將詳盡說明各步驟的細節。
在本實施例中，配製分散漿液，分散漿液包括滑石粉，且可更包括分散劑與乙二醇(EG)，但不以此為限。此處，分散漿液的配製方法可例如為但不限於：將滑石粉、分散劑以及乙二醇混合之後，於常溫下以超音波震盪打漿1小時所得。
具體來說，滑石粉可例如是超細滑石粉，其作為晶核劑之用。在一些實施例中，滑石粉的外型可例如為不規則或圓形顆粒狀結構，平均粒徑可例如為1μm至5μm，平均比表面積可例如為20M2/g至12M2/g。在一些較佳的實施例中，滑石粉的平均粒徑可例如為1μm至2μm，平均比表面積可例如為20M2/g至16M2/g。由於滑石粉的粒徑分布窄，使得比表面積高，進而可誘導PET加速成核，具有提高PET結晶速率的效果。
在一些實施例中，以分散漿液的總重量計，滑石粉的含量可例如為1wt%至8wt%。在一些較佳的實施例中，滑石粉的含量可例如為1wt%至6wt%。在一些更佳的實施例中，滑石粉的含量可例如為1wt%至5wt%。當分散漿液中的滑石粉的含量大於8wt%時，易出現滑石粉因過量而沉積的現象。當分散漿液中的滑石粉的含量小於1wt%時，可能會因滑石粉的含量過低，導致PET結晶難以形成。當滑石粉的含量介於1wt%至5wt%之間時，可大幅提高PET的結晶速率。
分散劑可例如是含羥基官能基的偶合劑，舉例來說，可以為己基三甲氧基矽烷、螯合型鈦酸酯偶合劑如二(焦磷酸辛酯)羟乙酸钛酸酯等，用以分散溶液(即，分散漿液)中的成分。在一些實施例中，以分散漿液的總重量計，分散劑的含量可為0.2wt%至2wt%。在一些較佳的實施例中，分散劑的含量可為0.3wt%至1.5wt%。在一些更佳的實施例中，分散劑的含量可為0.5wt%至1.0wt%。在一些最佳的實施例中，分散劑的含量可為0.5wt%
至1.0wt%。當分散漿液中的分散劑的含量大於2wt%時，分散均勻性變差，且容易導致共聚酯縮聚反應性變差。當分散漿液中的分散劑的含量小於0.2wt%時，可能會因含量過低，使得溶液中的成分無法被有效分散，造成沉積現像。當分散液的含量介於0.5wt%至1.0wt%之間時，可發揮良好的分散效果。
在本實施例中，混合對苯二甲酸(PTA)與乙二醇(EG)，並導入分散漿液與側基酯化物，以進行酯交換反應(transesterification reaction)並形成對苯二甲酸乙二酯(BHET)。進行酯交換反應的主要反應物(即，合成對苯二甲酸乙二酯的原料)為對苯二甲酸與乙二醇，其中，對苯二甲酸與乙二醇的當量比可約為1/1.2至1/1.8，反應溫度可約為200℃至230℃，反應時間可約為2小時至4小時。當反應條件如上所述時，具有約90%至96%的酯化率，但不以此為限。側基酯化物可包括2,6-萘二甲酸酯化物，側基酯化物可提高透明性及耐熱性並降低霧度，以製成透明度高、霧度低且具有較佳耐熱性的PET共聚酯。
具體來說，在此步驟中，更包括分散漿液及側基酯化物等組成的添加，以幫助形成PET時的成核和結晶階段。以對苯二甲酸乙二酯(BHET)的總重量計，分散漿液的添加量可為2wt%至20wt%，亦即，滑石粉的添加量可約為0.1wt%至1wt%；較佳地，滑石粉的添加量可約為0.2wt%至0.8wt%；更佳地。滑石粉的添加量可約為0.3wt%至0.6wt%。當滑石粉的添加量少於0.1
wt%時，將會因添加量過少而不具功效。當滑石粉的添加量大於1.0wt%時，對成核速率提升不大，另過多滑石粉不易加料影響反應速率。當滑石粉(或分散漿液)的添加量落於上述所限定範圍時，可有效縮短PET的結晶的時間，以提高結晶速率。
在本實施例中，以對苯二甲酸乙二酯(BHET)的總重量計，側基酯化物的添加量可為1wt%至5wt%。當側基酯化物的添加量少於1wt%時，成品射出外觀偏霧、耐熱性改善不明顯。當側基酯化物的添加量大於5wt%時，將會導到改質聚酯熱變形溫度下降。當側基酯化物的添加量落於上述所限定範圍時，可提高透明性及耐熱性並降低霧度，以製成透明度高、霧度低且具有較佳耐熱性的PET共聚酯。
具體來說，在進行預聚反應時，反應物可包括對苯二甲酸乙二酯(BHET)與聚乙二醇(PEG)。以對苯二甲酸乙二酯(BHET)的總重量計，聚乙二醇(PEG)的含量可約為0.5wt%至4wt%；較佳地，聚乙二醇(PEG)的含量可約為1wt%至4wt%，且反應溫度為230℃至270℃，緩降真空度至20torr至10torr，反應時間為1小時至2小時。
縮聚反應在預聚反應之後進行。在本實施例中，在進行縮聚反應時，反應溫度為260℃至280℃，且真空度為1torr至3torr，反應時間為2小時至4小時，更詳細來說，當攪拌功率由70w增加至110w時，反應結束。至此，已大致完成PET共聚酯的
製造。
一般而言，PET聚酯射出加工存在以下問題：(1)原料使用對苯二甲酸及乙二醇，因乙二醇鏈短不具柔順性，阻礙了PET結晶能力；(2)PET為剛性結構，熔點較高，射出成型加工必須要較高溫度，且製品的霧度較高，因此，限制了PET的應用範圍。在本發明的實施例中，透過在聚合時加入含有滑石粉的分散漿液，利用高比表面積且粒徑分布窄的滑石粉，進而可加速PET成核並大幅提高結晶速率。此外，透過在聚合時加入側基酯化物，可提高透明性及耐熱性並降低霧度，以製成透明度高、霧度低且具有較佳耐熱性的PET共聚酯。藉由上述優化製程所製得的PET共聚酯，具備快速結晶、半結晶時間縮短且結晶度高、透明度高、霧度低且具有較佳耐熱性，同時縮短射出成型加工時間之優點。
以下，藉由實驗例來詳細說明上述本發明的PET共聚酯及其製造方法。然而，下述實驗例並非用以限制本發明。
如以上表1中所述，比較例中並未使用本發明的萘二酸酯化物以及超細滑石粉，因此，相較於使用本發明的萘二酸酯化物以及超細滑石粉之實例1至實例5，比較例的結晶速率與透明性較低且霧度較高。
綜上所述，本發明將含有滑石粉的分散漿液與側基酯化物導入於製造PET共聚酯的反應過程中，透過高比表面積且粒徑分布窄的滑石粉，可誘導PET成核以提高結晶速率；此外，側基酯化物可提高透明性及耐熱性並降低霧度。藉由上述方法所製得的PET共聚酯，由於可快速結晶且結晶度高，進而可有效減少射出成型的加工時間，擴大其應用性。另一方面，透過上述方法更可製成透明度高、霧度低且具有較佳耐熱性的PET共聚酯。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
Claims (6)
- 一種聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯的製造方法，包括：配製分散漿液，所述分散漿液包括滑石粉；混合對苯二甲酸與乙二醇，並導入所述分散漿液與側基酯化物，以進行酯交換反應並形成對苯二甲酸乙二酯；以及進行預聚反應與縮聚反應，使所述對苯二甲酸乙二酯形成所述聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯，其中所述滑石粉的平均粒徑為1.0μm至5.0μm，且平均比表面積為20M2/g至12M2/g，其中所述側基酯化物包括2,6-萘二甲酸酯化物，其中以所述分散漿液的總重量計，所述滑石粉的含量為1wt%至8wt%，其中以所述對苯二甲酸乙二酯的總重量計，所述分散漿液的添加量為1wt%至6wt%，其中以所述對苯二甲酸乙二酯的總重量計，所述側基酯化物的添加量為1wt%至5wt%。
- 如請求項1所述的聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯的製造方法，其中所述分散漿液更包括分散劑與乙二醇，且以所述分散漿液的總重量計，所述分散劑的含量為99wt%至1wt%。
- 如請求項1所述的聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯的製造方法，其中在進行所述酯交換反應時，所述對苯二甲酸及所 述乙二醇的當量比為1/1.2至1/1.8，反應溫度為200℃至230℃，且反應時間為2小時至4小時。
- 如請求項1所述的聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯的製造方法，其中在進行所述預聚反應時，反應物包括所述對苯二甲酸乙二酯與聚乙二醇，其中以所述對苯二甲酸乙二酯的總重量計，所述聚乙二醇的含量為0.5wt%至4wt%，反應溫度為230℃至270℃，真空度為760至10毫米汞柱，反應時間為為1小時至2小時。
- 如請求項1所述的聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯的製造方法，其中所述縮聚反應在所述預聚反應之後進行，且在進行所述縮聚反應時，反應溫度為260℃至280℃，真空度為1至3毫米汞柱，反應時間為2小時至4小時。
- 一種聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯，由請求項1至請求項5中任一種所述的聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯的製造方法所製成。
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Patent Citations (3)
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