WO2024136285A1 - 생분해성 폴리에스테르 수지 비드 및 이의 제조 방법 - Google Patents

생분해성 폴리에스테르 수지 비드 및 이의 제조 방법 Download PDF

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WO2024136285A1
WO2024136285A1 PCT/KR2023/020574 KR2023020574W WO2024136285A1 WO 2024136285 A1 WO2024136285 A1 WO 2024136285A1 KR 2023020574 W KR2023020574 W KR 2023020574W WO 2024136285 A1 WO2024136285 A1 WO 2024136285A1
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WO
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acid
polyester resin
based compound
dicarboxylic acid
paragraph
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PCT/KR2023/020574
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김준영
정미혜
신미
박기현
Original Assignee
코오롱인더스트리 주식회사
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  • the present disclosure relates to biodegradable polyester resin beads and methods for producing the same.
  • PET polyethylene terephthalate
  • TPA terephthalic acid
  • EG ethylene glycol
  • terephthalic acid the main raw material of terephthalic acid is paraxylene, which is manufactured by refining crude oil. Accordingly, the production and use of terephthalic acid causes depletion of crude oil resources. In addition, when terephthalic acid is decomposed, carbon dioxide emissions increase, causing environmental pollution and climate change such as warming.
  • furan dicarboxylic acid is a material derived from biomass, which prevents depletion of crude oil resources and can minimize environmental pollution and climate change due to its biodegradability.
  • Polyester resin manufactured by replacing terephthalic acid with 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) satisfies the needs of eco-friendly issues and replaces various resins used in existing industrial fields. It can be used in products, etc.
  • polyester resin beads are provided that can be applied to most industrial materials and household goods to which silicon beads are applied because they are biodegradable.
  • a method for manufacturing polyester resin beads is provided, which can be applied to most industrial materials and household goods to which silicon beads are applied because they are biodegradable.
  • a polyester resin bead according to one embodiment includes a repeating unit represented by the following formula (1).
  • a 11 and A 12 are each independently a single bond or a straight-chain or branched divalent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, and R 11 is a halogen group, a hydroxy group, an alkoxy group, or an alkyl group.
  • R 11 is a halogen group, a hydroxy group, an alkoxy group, or an alkyl group.
  • n 11 is the molar ratio of the repeating unit
  • n 12 is an integer from 0 to 2.
  • the aspect ratio of the polyester resin beads may be 0.7 to 1.3.
  • the average particle size (D50) of the polyester resin beads may be 30 ⁇ m to 60 ⁇ m.
  • the average particle diameter of the polyester resin beads may be 30 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the weight average molecular weight of the polyester resin beads may be 3,000 g/mol to 10,000 g/mol.
  • a 11 and A 12 of Formula 1 may each independently be a single bond, or a straight-chain or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms.
  • a method for producing polyester resin beads according to another embodiment is to mix an aromatic dicarboxylic acid-based compound including a furan dicarboxylic acid-based compound, an aliphatic diol-based compound, and a curing agent with a straight-chain or branched-chain hydrocarbon having 5 to 10 carbon atoms in a reactor.
  • An esterification reaction step of producing an oligomer by reacting for 10 minutes to 10 hours while raising the temperature of the reactor to 40°C to 120°C; Lowering the temperature of the reactor to 5°C to room temperature, adding a stabilizer and reacting for 30 to 180 minutes to turn the oligomer into beads; and filtering and drying the solution containing the oligomer beads to obtain oligomer beads.
  • a method for producing polyester resin beads according to another embodiment is an aromatic dicarboxylic acid-based compound, an aliphatic diol-based compound including a furan dicarboxylic acid-based compound in high-temperature polymerization equipment equipped with a round-flask reactor and Dean-Stark equipment. and an esterification reaction step of preparing an oligomer by adding a curing agent and reacting at 40°C to 120°C for 10 minutes to 10 hours; A stabilizer and a linear or branched hydrocarbon-based solvent having 5 to 10 carbon atoms are added to another reactor, and the prepared oligomer is added while stirring at a speed of 5,000 to 10,000 rpm. Then, while continuing to stir, the temperature of the reactor is maintained at 5° C. to 5° C. Lowering the temperature to room temperature and beading the oligomer; and filtering and drying the solution containing the oligomer beads to obtain oligomer beads.
  • the esterification reaction step may be performed at a speed of 100 rpm to 1,000 rpm.
  • the drying may be performed for 500 to 800 minutes at a pressure of 10 Torr or less and a temperature of 70°C to 100°C.
  • the beading step may be performed at a stirring speed of 1,000 rpm to 10,000 rpm for 30 to 180 minutes.
  • the stabilizer may be added in an amount of 0.01 to 1.00% by weight based on the total weight of the aromatic dicarboxylic acid-based compound including the furan dicarboxylic acid-based compound, the aliphatic diol-based compound, the stabilizer, and the curing agent.
  • the molar ratio of the aromatic dicarboxylic acid-based compound including the furan dicarboxylic acid-based compound and the aliphatic diol-based compound may be 1:1.2 to 1:5.0.
  • the linear or branched hydrocarbon-based solvent having 5 to 10 carbon atoms may be n-hexane, n-heptane, n-dodecane, or a mixture thereof.
  • the stabilizer may be polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, sodium dodecylbenzene sulfonate, or a mixture thereof.
  • the furan dicarboxylic acid-based compound may be a compound represented by the following formula (2).
  • R 31 is a halogen group, a hydroxy group, an alkoxy group, or an alkyl group,
  • R 32 and R 33 are each independently a hydroxy group or an alkoxy group
  • n 32 is an integer from 0 to 2.
  • the aspect ratio of the furan dicarboxylic acid-based compound may be 1:1 to 3:1, and the average particle size (D50) may be 1 to 200 ⁇ m.
  • Aromatic dicarboxylic acid compounds include aliphatic dicarboxylic acid compounds, isophthalic acid, terephthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, diphenyl dicarboxylic acid, 4,4'-stilbendicarboxylic acid, and 2,5-thiophenedi. It may further include carboxylic acid, or mixtures thereof.
  • Aliphatic diol-based compounds include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propanediol (1,2-propanediol, 1,3-propanediol, etc.), 1,4-butanediol, pentanediol, and hexanediol (1,6-propanediol).
  • neopentyl glycol (2,2-dimethyl-1,3-propanediol), 1,2-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanediol, 1,2-cyclohexanedimethanol, 1 , 3-cyclohexanedimethanol, 1,4-cyclohexanedimethanol, tetramethylcyclobutanediol, or mixtures thereof.
  • the aliphatic dicarboxylic acid-based compound may be a compound represented by the following formula (3).
  • a 21 is a straight-chain or branched divalent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, and R 42 and R 43 are each independently a hydroxy group or an alkoxy group.
  • Aliphatic dicarboxylic acid compounds include malonic acid, succinic acid, glutaric acid, 2-methylglutaric acid, 3-methylglutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, and undecanedioic acid. , dodecanedioic acid, brassylic acid, tetradecanedioic acid, fumaric acid, 2,2-dimethylglutaric acid, suberic acid, maleic acid, itaconic acid, maleic acid, or mixtures thereof.
  • the aliphatic diol-based compound may be a compound represented by the following formula (4).
  • a 31 is a linear or branched divalent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms.
  • Polyester resin beads according to one embodiment are in the form of low molecular beads and are biodegradable, so they can be applied to most products to which silicon beads are applied in existing industrial fields.
  • Figure 1 is a scanning electron microscope photograph of polyester resin beads according to Example 1.
  • Figure 2 is a scanning electron microscope photograph of polyester resin beads according to Example 2.
  • Figure 3 is a scanning electron microscope photograph of the polyester resin beads according to Comparative Example 1.
  • Figure 4 is a scanning electron microscope photograph of polyester resin beads according to Comparative Example 2.
  • Figure 5 is a scanning electron microscope photograph of polyester resin beads according to Comparative Example 3.
  • alkyl refers to a saturated, monovalent aliphatic hydrocarbon radical, including straight and branched chains, having the specified number of carbon atoms.
  • the alkyl group typically has from 1 to 20 carbon atoms (“C 1 -C 20 alkyl”), preferably from 1 to 12 carbon atoms (“C 1 -C 12 alkyl”), more preferably from 1 to 12 carbon atoms (“C 1 -C 12 alkyl”). 8 carbon atoms (“C 1 -C 8 alkyl”), or 1 to 6 carbon atoms (“C 1 -C 6 alkyl”), or 1 to 4 carbon atoms (“C 1 -C 4 alkyl”) ) contains.
  • alkyl groups include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, iso-butyl, tert-butyl, n-pentyl, isopentyl, neopentyl, n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, etc. Includes.
  • Alkyl groups may be substituted or unsubstituted. In particular, unless otherwise specified, an alkyl group may be substituted with one or more halogens, up to the total number of hydrogen atoms present on the alkyl moiety.
  • C 1 -C 4 alkyl is a halogenated alkyl group, for example a fluorinated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, such as trifluoromethyl (-CF 3 ) or difluoroethyl (-CH 2 Contains CHF 2 ).
  • Alkyl groups described herein as optionally substituted may be substituted with one or more substituents, and the substituents are independently selected unless otherwise stated.
  • the total number of substituents is equal to the total number of hydrogen atoms on the alkyl moiety to the extent that such substitution satisfies chemical sense.
  • Optionally substituted alkyl groups typically have 1 to 6 optional substituents, often 1 to 5 optional substituents, preferably 1 to 4 optional substituents, more preferably 1 to 3 optional substituents. It may contain a substituent.
  • Suitable optional substituents for alkyl groups include, but are not limited to, C 1 -C 8 alkyl, C 2 -C 8 alkenyl, C 2 -C 8 alkynyl, C 3 -C 8 cycloalkyl, 3-12 membered heterocyclyl.
  • C 3 -C 8 cycloalkyl 3- to 12-membered heterocyclyl, C 6 -C 12 aryl or C 5 -C 12 heteroaryl, each C 1 -C 8 alkyl, C 2 -C 8 alkenyl. , C 2 -C 8 alkynyl, C 3 -C 8 cycloalkyl, 3-12 membered heterocyclyl, C 6 -C 12 aryl and 5-12 membered heteroaryl are optional as further defined herein. It can be replaced with .
  • divalent aliphatic hydrocarbon i.e., alkylene
  • alkylene refers to a divalent hydrocarbyl group having a specified number of carbon atoms, capable of linking two other groups together.
  • Alkylene often refers to -(CH 2 ) n -, where n is 1 to 8, preferably n is 1 to 4.
  • alkylene may also be substituted with other groups and may contain at least one degree of substitution (i.e., an alkenylene or alkynylene moiety) or ring. The open valency of an alkylene need not be at the opposite end of the chain.
  • Alkylene groups are unsubstituted or substituted by the same groups described herein as suitable for alkyl.
  • halo or halogen refers to fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), or iodine (I), unless otherwise specified.
  • hydroxy refers to the group -OH, unless otherwise specified.
  • alkoxy refers to a monovalent -O-alkyl group in which the alkyl portion has the specified number of carbon atoms.
  • the alkoxy group typically has 1 to 8 carbon atoms (“C 1 -C 8 alkoxy”), or 1 to 6 carbon atoms (“C 1 -C 6 alkoxy”), or 1 to 4 carbon atoms ( “C 1 -C 4 alkoxy”).
  • C 1 -C 4 alkoxy is methoxy (-OCH 3 ), ethoxy (-OCH 2 CH 3 ), isopropoxy (-OCH(CH 3 ) 2 ), tert-butyloxy (-OC( Includes CH 3 ) 3 ) and the like.
  • the alkoxy group is unsubstituted or substituted on the alkyl portion by the same groups described herein as suitable for alkyl.
  • the alkoxy group may be optionally substituted with one or more halo atoms, especially one or more fluoro atoms, up to the total number of hydrogen atoms present on the alkyl part.
  • haloalkoxy groups having a certain number of carbon atoms and substituted with one or more halo substituents, for example, when fluorinated, "fluoroalkoxy" groups, typically such groups have from 1 to 6 carbon atoms.
  • the fluorinated alkyl group is typically a fluoroalkoxy group substituted with 1, 2 or 3 fluoro atoms, such as C 1 -C 6 , C 1 -C 4 or C 1 -C 2 fluoroalkoxy. It may be specifically referred to as a group.
  • C 1 -C 4 fluoroalkoxy is trifluoromethyloxy (-OCF 3 ), difluoromethyloxy (-OCF 2 H), fluoromethyloxy (-OCFH 2 ), difluoroethyloxy ( -OCH 2 CF 2 H) and the like.
  • the terms “optionally substituted” and “substituted or unsubstituted” mean that the particular group described may have no non-hydrogen substituents (i.e., unsubstituted) or that the group may have one or more non-hydrogen substituents. It is used interchangeably to indicate that it may have a substituent (i.e., substituted). Unless otherwise specified, the total number of substituents that may be present is equal to the number of H atoms present on the unsubstituted form of the group being described.
  • substituents are independently selected from the list of substitutes, the groups selected are the same or different. It will be understood throughout this specification that the number and nature of optional substituents will be limited to the extent that such substitutions satisfy chemical sense.
  • room temperature means 23 ⁇ 2°C.
  • average particle size means the particle size at 50% by volume in the cumulative size-distribution curve.
  • the average particle diameter means the average value of the bead diameter confirmed through an optical microscope in five or more randomly selected samples.
  • molecular weight means weight average molecular weight (Mw), and the weight average molecular weight (Mw) of the polymer or oligomer of the present invention is measured by gel permeation chromatography (Gel Permeation Chromatography: It can be measured using GPC). For example, after preparing a sample of a certain concentration, the GPC measurement system alliance 4 device is stabilized.
  • a chromatogram can be obtained by injecting the standard sample and sample into the device, and then the molecular weight can be calculated according to the analysis method (system: Alliance 4, column: Agilent PL mixed B, eluent: THF, flow rate) : 0.1 mL/min, temp: 40°C, injection: 100 ⁇ L)
  • a polyester resin bead according to one embodiment includes a repeating unit represented by the following formula (1).
  • a 11 and A 12 are each independently a single bond or a straight-chain or branched divalent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, and R 11 is a halogen group, a hydroxy group, an alkoxy group, or an alkyl group.
  • R 11 is a halogen group, a hydroxy group, an alkoxy group, or an alkyl group.
  • n 11 is the molar ratio of the repeating unit
  • n 12 is an integer from 0 to 2.
  • the polyester resin beads may have a particle shape, for example, a sphere, a drop, a bead, a ball, or a similar sphere.
  • the aspect ratio may be 0.7 to 1.3.
  • the aspect ratio of the polyester resin bead refers to the ratio of the longest diameter to the shortest diameter among the particle diameters of the polyester resin beads, and is 0.7 to 1.3, 0.8 to 1.3, 0.9 to 1.3, 0.9 to 1.2, It can be 0.9 to 1.1, for example 1.0 to 1.1, 1.0 to 1.09, 1.0 to 1.08, 1.0 to 1.07, 1.0 to 1.06, or 1.0 to 1.05.
  • the polyester resin bead according to the present invention has a spherical or quasi-spherical shape with an aspect ratio of 0.7 to 1.3 and can be used as a replacement for silicone beads in existing industrial fields, for example, in the manufacture of ink, cosmetics, toothpaste, paint, plastic, etc. It can be applied.
  • the average particle size (D50) of the polyester resin beads may be 30 ⁇ m to 60 ⁇ m, for example, 35 ⁇ m to 60 ⁇ m, for example, 35 ⁇ m to 55 ⁇ m.
  • the average particle diameter of the polyester resin beads may be 30 ⁇ m to 60 ⁇ m, for example, 40 ⁇ m to 60 ⁇ m.
  • Polyester resin beads within the above particle size range can be selected to suit the application as needed.
  • the weight average molecular weight of the polyester resin beads is 3,000 g/mol to 10,000 g/mol, for example 3,000 g/mol to 9,000 g/mol, for example 3,000 g/mol to 8,000 g/mol, for example 3,000 g/mol to 7,000 g/mol, such as 3,000 g/mol to 6,000 g/mol, or such as 3,000 g/mol to 5,000 g/mol.
  • Polyester resin beads within the above molecular weight range can be selected to suit the application as needed, and in particular, they can be used to replace silicone beads.
  • a 11 and A 12 of Formula 1 may each independently be a single bond, or a straight-chain or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms.
  • the polyester resin beads may contain 10 mol% to 99 mol% of the repeating unit represented by Formula 1 based on the total polyester resin, for example, 10 mol% to 90 mol% of the repeating unit represented by Formula 1.
  • a method for producing polyester resin beads is to mix an aromatic dicarboxylic acid-based compound including a furan dicarboxylic acid-based compound, an aliphatic diol-based compound, and a curing agent in a straight-chain or branched-chain hydrocarbon-based solvent having 5 to 10 carbon atoms.
  • An esterification reaction step of producing an oligomer by reacting for 10 minutes to 10 hours while raising the temperature of the reactor to 40°C to 120°C; Lowering the temperature of the reactor to 5°C to room temperature, adding a stabilizer and reacting for 30 to 180 minutes to turn the oligomer into beads; and filtering and drying the solution containing the oligomer beads to obtain oligomer beads.
  • a method for producing polyester resin beads includes an aromatic dicarboxylic acid-based compound including a furan dicarboxylic acid-based compound in high-temperature polymerization equipment equipped with a round-flask reactor and Dean-Stark equipment; Aliphatic diol-based compounds; and an esterification reaction step of preparing an oligomer by adding a curing agent and reacting at 40°C to 120°C for 10 minutes to 10 hours; A stabilizer and a linear or branched hydrocarbon-based solvent having 5 to 10 carbon atoms are added to another reactor, and the prepared oligomer is added while stirring at a speed of 5,000 to 1,0000 rpm. Then, while continuing to stir, the temperature of the reactor is raised to 5. Beading the oligomer by lowering the temperature from °C to room temperature; and filtering and drying the solution containing the oligomer beads to obtain oligomer beads.
  • the method for producing the polyester resin beads is produced in a solvent in which the polyester resin does not dissolve, that is, a straight-chain or branched-chain hydrocarbon-based solvent with 5 to 10 carbon atoms, thereby forming bubbles to produce polyester resin beads with controlled particle size. can do.
  • spherical polyester resin beads can be realized by adding a stabilizer.
  • the esterification reaction step is carried out at a speed of 100 rpm to 1,000 rpm, for example 200 rpm to 1,000 rpm, for example 300 to 1,000 rpm, for example 400 to 1,000 rpm, for example 500 to 1,000 rpm. It may be performed at a speed of 600 to 1,000 rpm or 600 to 1,000 rpm.
  • the drying may be performed for 500 to 800 minutes at a pressure of 10 Torr or less and a temperature of 70°C to 100°C.
  • the drying may be performed at a pressure of 1 to 10 Torr, 2 to 10 Torr, or 3 to 10 Torr.
  • the drying may be performed at a temperature of 70°C to 100°C, or 70°C to 90°C.
  • the beading step may be performed at a stirring speed of 1,000 rpm to 10,000 rpm for 30 to 180 minutes.
  • the beading step is performed at, for example, 1,000 rpm to 10,000 rpm, for example 2,000 rpm to 10,000 rpm, for example 3,000 rpm to 10,000 rpm, for example 3,000 rpm to 9,000 rpm, for example 3,000 rpm to 8,000 rpm, For example, it may be performed at a stirring speed of 3,000 rpm to 7,000 rpm.
  • the filter may mean pouring the stirred liquid into a Buchner covered with filter paper and filtering it. In this case, the beaded polyester resin remains for the filter paper.
  • epoxy resin polyisocyanate, polycarbodiimide, etc.
  • crosslinking with these hardeners the cohesion of the resin can be increased.
  • the curing agent may be added in an amount of 0.01 to 1.00% by weight based on the total weight of the aromatic dicarboxylic acid-based compound including the furan dicarboxylic acid-based compound, the aliphatic diol-based compound, the stabilizer, and the curing agent.
  • the curing agent is 0.05 to 1.00% by weight, 0.05 to 0.50% by weight, 0.05 to 0.40% by weight based on the total weight of the aromatic dicarboxylic acid-based compound, aliphatic diol-based compound, stabilizer and curing agent including the furan dicarboxylic acid-based compound. It may be included in weight percent, or 0.05 to 0.30 weight percent.
  • the stabilizer may be added in an amount of 0.01 to 1.00% by weight based on the total weight of the aromatic dicarboxylic acid-based compound including the furan dicarboxylic acid-based compound, the aliphatic diol-based compound, the stabilizer, and the curing agent.
  • the stabilizer is 0.05 to 1.00% by weight, 0.05 to 0.50% by weight, 0.05 to 0.40% by weight based on the total weight of the aromatic dicarboxylic acid-based compound, aliphatic diol-based compound, stabilizer and curing agent including the furan dicarboxylic acid-based compound. It may be included in weight percent, or 0.05 to 0.30 weight percent.
  • an aromatic dicarboxylic acid-based compound is reacted with an aliphatic diol-based compound to produce an aromatic oligomer with a low degree of polymerization.
  • the aliphatic diol-based compound may be used in excess of the desired copolymer composition.
  • the molar ratio of the dicarboxylic acid-based compound including the aromatic dicarboxylic acid-based compound and the aliphatic diol-based compound may be 1:1.2 to 1:5.0. If the molar content of the aliphatic diol-based compound is too high compared to the molar content of the dicarboxylic acid-based compound, the reaction speed may slow down or the productivity of the resin may decrease. If the molar content of the aliphatic diol-based compound is too small, unreacted dicarboxylic acid may be produced. Residual components may cause foreign matter to form, and the transparency of the resin may decrease.
  • the linear or branched hydrocarbon-based solvent having 5 to 10 carbon atoms may be n-hexane, n-heptane, n-dodecane, or a mixture thereof.
  • the stabilizer may be polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, sodium dodecylbenzene sulfonate, or a mixture thereof.
  • the furan dicarboxylic acid-based compound may be a bio-derived material, and the polyester resin manufactured using the furan dicarboxylic acid-based compound may be biodegradable.
  • the furan dicarboxylic acid-based compound may be a compound represented by the following formula (2).
  • R 31 is a halogen group, a hydroxy group, an alkoxy group, or an alkyl group
  • R 32 and R 33 are each independently a hydroxy group or an alkoxy group
  • n 32 is an integer of 0 to 2.
  • the furan dicarboxylic acid-based compound may be 2,5-furandicarboxylic acid or an ester thereof, in which case, in Formula 2, R 32 and R 33 are hydroxy groups. Or it is an alkoxy group, and n 32 may be 0.
  • the furan dicarboxylic acid-based compound may have a spherical or oval shape.
  • the aspect ratio of the furan dicarboxylic acid-based compound may be 1:1 to 3:1, and the average particle size (D50) may be 1 to 200 ⁇ m.
  • the average particle size (D50) of the furan dicarboxylic acid-based compound may be 5 ⁇ m to 100 ⁇ m, such as 10 ⁇ m to 95 ⁇ m, such as 15 ⁇ m to 90 ⁇ m, such as 20 ⁇ m to 85 ⁇ m.
  • the aromatic dicarboxylic acid-based compound may further include additional aromatic dicarboxylic acid components and/or aliphatic dicarboxylic acid-based compounds in addition to the furan dicarboxylic acid-based compound.
  • the aromatic dicarboxylic acid may be an aromatic dicarboxylic acid having 8 to 20 carbon atoms, for example, an aromatic dicarboxylic acid having 8 to 14 carbon atoms, or a mixture thereof, and may include naphthalene dicarboxylic acids such as isophthalic acid, terephthalic acid, and 2,6-naphthalene dicarboxylic acid. It may be a boxylic acid, diphenyl dicarboxylic acid, 4,4'-stilbendicarboxylic acid, or 2,5-thiophenedicarboxylic acid.
  • Terephthalic acid is a dicarboxylic acid such as terephthalic acid, its alkyl ester (lower alkyl ester with 1 to 4 carbon atoms such as monomethyl, monoethyl, dimethyl, diethyl or dibutyl ester), and/or their acid anhydride. It may react with the diol component to form dicarboxylic acid moiety such as terephthaloyl moiety.
  • Aliphatic dicarboxylic acid-based compounds can impart heat discoloration inhibition properties to polyester resin.
  • the aliphatic dicarboxylic acid-based compound may be a compound represented by the following formula (3).
  • a 21 is a linear or branched divalent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, and R 42 and R 43 are each independently a hydroxy group or an alkoxy group.
  • aliphatic dicarboxylic acid compounds include malonic acid, succinic acid, glutaric acid, 2-methylglutaric acid, 3-methylglutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, It may be undecanedioic acid, dodecanedioic acid, brassylic acid, tetradecanedioic acid, fumaric acid, 2,2-dimethylglutaric acid, suberic acid, maleic acid, itaconic acid, or maleic acid.
  • the aliphatic dicarboxylic acid-based compound may be succinic acid or adipic acid.
  • R 42 and R 43 are hydroxy groups
  • a 21 may be C 2 alkylene (ie, ethylene) or C 4 alkylene (ie, butylene).
  • Aliphatic diol-based compounds can provide excellent compatibility and elongation to polyester resins.
  • the aliphatic diol-based compound may be a compound represented by the following formula (4).
  • a 31 is a linear or branched divalent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms.
  • the aliphatic diol-based compound may include an aliphatic diol-based compound having 2 to 20 carbon atoms, for example, 2 to 12 carbon atoms.
  • examples of such aliphatic diol compounds include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propanediol (1,2-propanediol, 1,3-propanediol, etc.), 1,4-butanediol, pentanediol, and hexanediol.
  • the aliphatic diol-based compound may be ethylene glycol or 1,4-butanediol.
  • a 31 may be C 2 alkylene (ie, ethylene) or C 4 alkylene (ie, butylene).
  • the esterification reaction step can be performed batchwise or continuously.
  • it may further include a pre-polymerization step of pre-polymerizing the oligomer, and a polycondensation step of subjecting the pre-polymerized polymer to a polycondensation reaction.
  • glycol, EG glycol, EG
  • a curing agent epoxy resin, 0.2% by weight
  • n-hexane prepared in advance.
  • n-hexane is maintained at a stirring speed of 6,000 rpm or more.
  • a polyester resin was obtained in the same manner as in Example 1, except that the composition of the spherical 2,5-furan dicarboxylic acid and the ethylene glycol was changed as shown in Table 1 below.
  • a polyester resin was obtained in the same manner as in Example 1, except that the spherical 2,5-furan dicarboxylic acid was changed to powder-type plate-shaped 2,5-furan dicarboxylic acid.
  • a polyester resin was obtained in the same manner as in Example 1, except that the use of a curing agent and stabilizer was excluded.
  • a polyester resin was obtained in the same manner as Comparative Example 1, except that the use of a curing agent and stabilizer was excluded.
  • the particle size distribution was measured using Microtrac's bluewave.
  • the average particle diameter was measured using Wilovert 30 from Hund.
  • Example 1 The particle shapes of Example 1, Example 2, and Comparative Examples 1 to 3 were observed using a scanning electron microscope (SEM), and the results are shown in Table 2 and Figures 1 to 5.
  • Figure 1 is a scanning electron microscope photograph of a polyester resin bead according to Example 1.
  • Figure 2 is a scanning electron microscope photograph of a polyester resin bead according to Example 2.
  • Figure 3 is a scanning electron microscope photograph of the polyester resin beads according to Comparative Example 1.
  • Figure 4 is a scanning electron microscope photograph of polyester resin beads according to Comparative Example 2.
  • Figure 5 is a scanning electron microscope photograph of polyester resin beads according to Comparative Example 3.
  • the polyester resin beads according to the examples are spherical and have a regular particle size distribution, and all have an average particle size (D50) of 30 ⁇ m to 60 ⁇ m, but the polyester resin beads according to Comparative Examples 1 to 3 Since polyester resin has an irregular square or plate-shaped structure, it can be confirmed that the particle size distribution is irregular.

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Abstract

화학식 1로 표시되는 반복 단위를 포함하는, 폴리에스테르 수지 비드를 제공한다. 화학식 1에 대한 상세 내용은 명세서에 기재한 바와 같다. 대표도: 도 1

Description

생분해성 폴리에스테르 수지 비드 및 이의 제조 방법
본 개시는 생분해성 폴리에스테르 수지 비드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
폴리에스테르(polyester) 수지는 주쇄(main chain)에 에스터(ester, RO-C(=O)-R') 작용기를 가지는 고분자 수지를 말하며, 여러 산업 분야에서 포장용, 디스플레이용, 절연 재료용 등의 다양한 용도로 사용되고 있다.
그 대표적인 예로는, 테레프탈산(terephthalic acid, TPA)과 에틸렌 글리콜(ethylene glycol, EG)의 반응에 의해 제조되는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate (PET)) 수지를 들 수 있다.
다만, 테레프탈산의 주원료는 파라자일렌이며, 이는 원유를 정제하여 제조되는 것이다. 이에, 테레프탈산의 제조 및 사용은 원유 자원 고갈을 유발한다. 또한, 테레프탈산의 분해 시, 이산화탄소 배출량이 증가하여, 환경 오염을 유발하며, 온난화 등 기후 변화를 초래할 수 있다.
이와 관련하여, 폴리에스테르 수지 제조 시, 테레프탈산을 2,5-퓨란 디카르복실산(2,5-Furandicarboxylic acid, FDCA)으로 대체하려는 시도가 이어지고 있다. 여기서, 퓨란 디카르복실산은 바이오매스로부터 유래한 소재로서 원유 자원 고갈을 방지하고, 그 생분해성에 기인하여 환경 오염, 기후 변화 등을 최소화할 수 있다.
테레프탈산을 2,5-퓨란 디카르복실산(2,5-Furandicarboxylic acid, FDCA)으로 대체하여 제조된 폴리에스테르 수지는 친환경 이슈에 따른 니즈를 충족시키면서 기존 산업 분야에서 사용되는 다양한 수지들을 대체하여 여러 제품 등에 활용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 생분해가 가능하기 때문에 실리콘 비드가 적용된 대부분의 산업자재 및 생활용품 등에 적용 가능한 폴리에스테르 수지 비드를 제공한다.
다른 실시예에 따르면, 생분해가 가능하기 때문에 실리콘 비드가 적용된 대부분의 산업자재 및 생활용품 등에 적용 가능한 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 폴리에스테르 수지 비드는 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 포함한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2023020574-appb-img-000001
화학식 1에서, A11 및 A12는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 15의 2가 지방족 탄화수소기이고, R11은 할로겐기, 하이드록시기, 알콕시기, 또는 알킬기이고, n11은 반복 단위의 몰비이며, n12는 0 내지 2의 정수이다.
상기 폴리에스테르 수지 비드의 종횡비는 0.7 내지 1.3일 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지 비드의 평균 입도(D50)는 30㎛ 내지 60㎛일 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지 비드의 평균 입자 직경은 30㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지 비드의 중량평균분자량은 3,000 g/mol 내지 10,000 g/mol일 수 있다.
상기 화학식 1의 A11 및 A12는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기일 수 있다.
다른 실시예에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법은 반응기 내에서 퓨란 디카르복실산계 화합물을 포함하는 방향족 디카르복실산계 화합물, 지방족 디올계 화합물 및 경화제를 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 5 내지 10의 탄화수소계 용매에 첨가하고 상온에서 교반하는 단계; 반응기의 온도를 40℃ 내지 120℃로 올리면서 10분 내지 10시간 동안 반응시켜 올리고머를 제조하는 에스테르화 반응 단계; 반응기의 온도를 5℃ 내지 상온으로 낮춘 후 안정제를 투입하여 30분 내지 180분 동안 반응시켜 상기 올리고머를 비드화하는 단계; 그리고 상기 올리고머 비드를 포함하는 용액을 필터 및 건조하여 올리고머 비드를 수득하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법은 Round-flask 반응기와 Dean-Stark 장비가 구비된 고온 중합 장비 내에 퓨란 디카르복실산계 화합물을 포함하는 방향족 디카르복실산계 화합물, 지방족 디올계 화합물 및 경화제를 첨가하고 40℃ 내지 120℃에서 10분 내지 10시간 동안 반응시켜 올리고머를 제조하는 에스테르화 반응 단계; 또 다른 반응기에 안정제 및 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 5 내지 10의 탄화수소계 용매를 첨가하고 5,000 내지 10,000 rpm의 속도로 교반하면서 상기 제조된 올리고머를 첨가한 후, 계속 교반하면서 반응기의 온도를 5℃ 내지 상온으로 낮추어 상기 올리고머를 비드화하는 단계; 그리고 상기 올리고머 비드를 포함하는 용액을 필터 및 건조하여 올리고머 비드를 수득하는 단계를 포함한다.
상기 에스테르화 반응 단계는 100rpm 내지 1,000rpm의 속도로 수행될 수 있다.
상기 건조는 10 Torr 이하의 압력 및 70℃ 내지 100℃의 온도에서 500분 내지 800분 동안 수행될 수 있다.
상기 비드화 단계는 30분 내지 180분 동안 1,000rpm 내지 10,000rpm의 교반 속도로 수행될 수 있다.
상기 안정제는 퓨란 디카르복실산계 화합물을 포함하는 방향족 디카르복실산계 화합물, 지방족 디올계 화합물, 안정제 및 경화제의 총 중량에 대하여 0.01 내지 1.00 중량%로 첨가될 수 있다.
상기 에스테르화 반응 단계 중 상기 퓨란 디카르복실산계 화합물을 포함하는 방향족 디카르복실산계 화합물과, 상기 지방족 디올계 화합물의 몰비는 1 : 1.2 내지 1 : 5.0일 수 있다.
상기 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 5 내지 10의 탄화수소계 용매는 n-헥산, n-헵탄, n-도데칸 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 안정제는 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 소듐 도데실벤젠 술포네이트(Sodium dodecylbenzene sulfonate) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 퓨란 디카르복실산계 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure PCTKR2023020574-appb-img-000002
상기 화학식 2에서,
상기 R31은 할로겐기, 하이드록시기, 알콕시기, 또는 알킬기이고,
상기 R32 및 R33은 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 알콕시기이고,
상기 n32는 0 내지 2의 정수이다.
상기 퓨란 디카르복실산계 화합물의 종횡비는 1:1 내지 3:1이고, 평균 입도(D50)는 1 내지 200㎛일 수 있다.
방향족 디카르복실산계 화합물은 지방족 디카르복실산계 화합물, 이소프탈산, 테레프탈산, 나프탈렌디카르복실산, 디페닐 디카르복실산, 4,4'-스틸벤디카르복실산, 2,5-티오펜디카르복실산, 또는 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다.
지방족 디올계 화합물은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로판디올(1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올 등), 1,4-부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올(1,6-헥산디올 등), 네오펜틸 글리콜(2,2-디메틸-1,3-프로판디올), 1,2-사이클로헥산디올, 1,4-사이클로헥산디올, 1,2-사이클로헥산디메탄올, 1,3-사이클로헥산디메탄올, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 테트라메틸사이클로부탄디올, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
지방족 디카르복실산계 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 3]
Figure PCTKR2023020574-appb-img-000003
화학식 3에서, A21은 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 15의 2 가 지방족 탄화수소기이고, R42 및 R43은 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 알콕시기이다.
지방족 디카르복실산계 화합물은 말론산, 숙신산, 글루타르산, 2-메틸글루타르산, 3-메틸글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸디산, 도데칸디산, 브라실산, 테트라데칸디산, 푸마르산, 2,2-디메틸글루타르산, 수베르산, 말레산, 이타콘산, 말레산, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
지방족 디올계 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 4]
Figure PCTKR2023020574-appb-img-000004
화학식 4에서, A31은 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 15의 2 가 지방족 탄화수소기이다.
일 실시예에 따른 폴리에스테르 수지 비드는 저분자 비드 형태이며, 생분해가 가능하기 때문에 기존 산업 분야에서 실리콘 비드가 적용된 대부분의 제품 등에 적용 가능하다.
도 1은 실시예 1에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 주사전자현미경 사진이다.
도 2는 실시예 2에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 비교예 1에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 비교예 2에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 비교예 3에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 주사전자현미경 사진이다.
이후 설명하는 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 구현되는 형태는 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 할 수 있다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "알킬"은 다른 설명이 없는 한, 특정 수의 탄소 원자를 갖는 직쇄 및 분지쇄를 비롯한 포화된 1 가의 지방족 탄화수소 라디칼을 지칭한다. 알킬기는 전형적으로 1 개 내지 20 개의 탄소 원자("C1-C20 알킬"), 바람직하게는 1 개 내지 12 개의 탄소 원자("C1-C12 알킬"), 더욱 바람직하게는 1 개 내지 8 개의 탄소 원자("C1-C8 알킬"), 또는 1 개 내지 6 개의 탄소 원자("C1-C6 알킬"), 또는 1 내지 4 개의 탄소 원자("C1-C4 알킬")를 함유한다. 알킬기의 예는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소-부틸, tert-부틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, n-헥실, n-헵틸, n-옥틸 등을 포함한다. 알킬기는 치환되거나 비치환될 수 있다. 특히, 달리 특정되지 않는 한, 알킬기는 하나 이상의 할로겐으로, 알킬 잔기 상에 존재하는 수소 원자의 총수까지 치환될 수 있다. 따라서, C1-C4 알킬은 할로겐화된 알킬기, 예를 들어, 1 개 내지 4 개의 탄소 원자를 갖는 불화된 알킬기, 예컨대, 트라이플루오로메틸(-CF3) 또는 다이플루오로에틸(-CH2CHF2)을 포함한다.
본 명세서에서 임의적으로 치환되는 것으로 기술된 알킬기는 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고, 치환기는 달리 설명되지 않는 한 독립적으로 선택된다. 치환기의 총수는 이러한 치환이 화학적 감각을 만족시키는 정도까지 알킬 잔기 상의 수소 원자의 총수와 동일하다. 임의적으로 치환된 알킬기는 전형적으로 1 개 내지 6 개의 임의적인 치환기, 종종 1 개 내지 5 개의 임의적인 치환기, 바람직하게는 1 개 내지 4 개의 임의적인 치환기, 더욱 바람직하게는 1 개 내지 3 개의 임의적인 치환기를 함유할 수 있다.
알킬기에 적합한 임의적인 치환기는, 비제한적으로 C1-C8 알킬, C2-C8 알켄일, C2-C8 알킨일, C3-C8 사이클로알킬, 3 원 내지 12 원 헤테로사이클릴, C6-C12 아릴 및 5 원 내지 12 원 헤테로아릴, 할로, =O(옥소), =S(티오노), =N-CN, =N-ORx, =NRx, -CN, -C(O)Rx, -CO2Rx, -C(O)NRxRy, -SRx, -SORx, -SO2Rx, -SO2NRxRy, -NO2, -NRxRy, -NRxC(O)Ry, -NRxC(O)NRxRy, -NRxC(O)ORx, -NRxSO2Ry, -NRxSO2NRxRy, -ORx, -OC(O)Rx 및 -OC(O)NRxRy를 포함하고, 각각의 Rx 및 Ry는 독립적으로 수소(H), C1-C8 알킬, C1-C8 아실, C2-C8 알켄일, C2-C8 알킨일, C3-C8 사이클로알킬, 3 원 내지 12 원 헤테로사이클릴, C6-C12 아릴 또는 5 원 내지 12 원 헤테로아릴이거나, Rx 및 Ry는 이들이 부착된 N 원자와 함께 3 원 내지 12 원 헤테로사이클릴 또는 5 원 내지 12 원 헤테로아릴 고리를 형성할 수 있고, 각각은 임의적으로 O, N 및 S(O)q(이때, q는 0 내지 2임)로부터 선택되는 1 개, 2 개 또는 3 개의 추가 헤테로원자를 함유할 수 있고, 각각의 Rx 및 Ry는 할로, =O, =S, =N-CN, =N-OR', =NR', -CN, -C(O)R', -CO2R', -C(O)NR'2, -SOR', -SO2R', -SO2NR'2, -NO2, -NR'2, -NR'C(O)R', -NR'C(O)NR'2, -NR'C(O)OR', -NR'SO2R', -NR'SO2NR'2, -OR', -OC(O)R' 및 -OC(O)NR'2로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는 1 개 내지 3 개의 치환기로 임의적으로 치환되고, 이때 각각의 R'는 독립적으로 수소(H), C1-C8 알킬, C1-C8 아실, C2-C8 알켄일, C2-C8 알킨일, C3-C8 사이클로알킬, 3 원 내지 12 원 헤테로사이클릴, C6-C12 아릴 또는 C5-C12 헤테로아릴이고, 각각의 C1-C8 알킬, C2-C8 알켄일, C2-C8 알킨일, C3-C8 사이클로알킬, 3 원 내지 12 원 헤테로사이클릴, C6-C12 아릴 및 5 원 내지 12 원 헤테로아릴은 본원에 추가로 정의된 바와 같이 임의적으로 치환될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "2 가 지방족 탄화수소(즉, 알킬렌)"는 다른 설명이 없는 한, 2 개의 다른 기를 함께 연결할 수 있는, 특정 수의 탄소 원자를 갖는 2 가 하이드로카빌기를 지칭한다. 종종 알킬렌은 -(CH2)n-(이때, n은 1 내지 8이고, 바람직하게는 n은 1 내지 4임)를 지칭한다. 특정되는 경우, 알킬렌은 또한 다른 기로 치환될 수 있고, 적어도 1의 불치환도(즉, 알켄일렌 또는 알킨일렌 잔기) 또는 고리를 포함할 수 있다. 알킬렌의 개방 원자가는 쇄의 반대 단부일 필요는 없다. 따라서, 분지된 알킬렌기, 예컨대 -CH(Me)-, -CH2CH(Me)- 및 -C(Me)2-가 또한 용어 "알킬렌"의 범주에 포함되고, 환형기, 예컨대 사이클로프로판-1,1-다이일 및 불포화기, 예컨대 에틸렌(-CH=CH-) 또는 프로필렌(-CH2-CH=CH-)도 마찬가지이다. 알킬렌기는 알킬에 적합한 것으로 본원에 기술된 바와 동일한 기에 의해 치환되거나 비치환된다.
본 명세서에서 사용된 용어 "할로" 또는 "할로겐"은 다른 설명이 없는 한, 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 요오드(I)를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "하이드록시"는 다른 설명이 없는 한, -OH 기를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "알콕시"는 다른 설명이 없는 한, 알킬 부분이 특정 수의 탄소 원자를 갖는 1 가 -O-알킬기를 지칭한다. 알콕시기는 전형적으로 1 개 내지 8 개의 탄소 원자("C1-C8 알콕시"), 또는 1 개 내지 6 개의 탄소 원자("C1-C6 알콕시"), 또는 1 개 내지 4 개의 탄소 원자("C1-C4 알콕시")를 갖는다. 예를 들어, C1-C4 알콕시는 메톡시(-OCH3), 에톡시(-OCH2CH3), 이소프로폭시(-OCH(CH3)2), tert-부틸옥시(-OC(CH3)3) 등을 포함한다. 알콕시기는 알킬에 적합한 것으로 본원에 기술된 바와 동일한 기에 의해 알킬 부분 상에서 치환되거나 비치환된다. 특히, 알콕시기는 알킬 부분 상에 존재하는 수소 원자의 총수까지 하나 이상의 할로 원자, 특히 하나 이상의 플루오로 원자로 임의적으로 치환될 수 있다. 이러한 기는 특정 수의 탄소 원자를 갖고 하나 이상의 할로 치환기로 치환된 "할로알콕시", 예를 들어 불화된 경우, 더욱 구체적으로 "플루오로알콕시"기로 지칭되고, 전형적으로 이러한 기는 1 개 내지 6 개의 탄소 원자, 바람직하게는 1 개 내지 4 개의 탄소 원자, 종종 1 개 또는 2 개의 탄소 원자, 및 1 개, 2 개 또는 3 개의 할로 원자를 함유한다(즉, "C1-C6 할로알콕시", "C1-C4 할로알콕시" 또는 "C1-C2 할로알콕시"). 더욱 구체적으로, 불화된 알킬기는 전형적으로 1 개, 2 개 또는 3 개의 플루오로 원자로 치환된 플루오로알콕시기, 예컨대, C1-C6, C1-C4 또는 C1-C2 플루오로알콕시기로 구체적으로 지칭될 수 있다. 따라서, C1-C4 플루오로알콕시는 트라이플루오로메틸옥시(-OCF3), 다이플루오로메틸옥시(-OCF2H), 플루오로메틸옥시(-OCFH2), 다이플루오로에틸옥시(-OCH2CF2H) 등을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "임의적으로 치환된" 및 "치환된 또는 비치환된"은 기술되는 특정 기가 비-수소 치환기(즉, 비치환된)를 전혀 갖지 않을 수 있거나, 기가 하나 이상의 비-수소 치환기(즉, 치환된)를 가질 수 있음을 나타내기 위해 상호교환적으로 사용된다. 달리 특정되지 않는 한, 존재할 수 있는 치환기의 총수는 기술되는 기의 비치환된 형태 상에 존재하는 H 원자의 수와 동일하다. 임의적인 치환기가 이중 결합을 통해 부착되는 경우(예컨대, 옥소(=O) 치환기), 기는 이용가능한 원자가를 점유하여 포함되는 다른 치환기의 총수는 2 만큼 감소된다. 임의적인 치환기가 대체물의 목록으로부터 독립적으로 선택되는 경우, 선택된 기는 동일하거나 상이하다. 본 명세서 전반에 걸쳐, 임의적인 치환기의 수 및 성질은 이러한 치환이 화학적 감각을 만족시키는 정도까지로 제한될 것임을 이해할 것이다.
본 명세서에서 "상온"이란, 23±2℃를 의미한다.
본 명세서에서 화학식의 양 말단에 표시된 *는 인접하는 다른 화학식과 연결됨을 표시한 것이다.
본 명세서에서, 평균 입도(D50)이란, 누적 분포 곡선(cumulative size-distribution curve)에서 부피비로 50%에서의 입자 크기를 의미한다.
본 명세서에서, 평균 입자 직경이란, 무작위 추출한 5개 이상의 샘플에서 광학 현미경을 통해 확인된 비드 직경의 평균값을 의미한다.
또한, 본 명세서에서, "분자량"이란 별도의 정의가 없는 한, 중량평균분자량(Mw)을 의미하며, 본 발명의 폴리머 또는 올리고머의 중량평균분자량(Mw)은 겔투과크로마토그래피(Gel Permeation Chromatography: GPC)를 이용하여 측정할 수 있다. 예컨대, 일정 농도의 샘플 시료를 준비한 후, GPC 측정 시스템 alliance 4 기기를 안정화시킨다. 기기가 안정화되면 기기에 표준 시료와 샘플 시료를 주입하여 크로마토그램을 얻어낸 다음, 분석 방법에 따라 분자량을 산출할 수 있다 (시스템: Alliance 4, 컬럼: Agilent社 PL mixed B, eluent: THF, flow rate: 0.1 mL/min, temp: 40℃, injection: 100μL)
위와 같은 정의를 기반으로, 본 발명의 구현 예들을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이들은 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며, 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
일 실시예에 따른 폴리에스테르 수지 비드는 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 포함한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2023020574-appb-img-000005
화학식 1에서, A11 및 A12는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 15의 2 가 지방족 탄화수소기이고, R11은 할로겐기, 하이드록시기, 알콕시기, 또는 알킬기이고, n11은 반복 단위의 몰비이고, n12는 0 내지 2의 정수이다.
일 예로 상기 폴리에스테르 수지 비드는 입자 형상으로 예를 들어 구형, 방울, 구슬, 공(Ball) 또는 유사 구 형태일 수 있다.
종횡비는 0.7 내지 1.3일 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지　비드의　종횡비(Aspect ratio)란, 폴리에스테르 수지 비드의 입경 중 가장 짧은 직경에 대한 가장 긴 직경의 비율을 의미하며, 0.7 내지 1.3, 0.8 내지 1.3, 0.9 내지 1.3, 0.9 내지 1.2, 0.9 내지 1.1, 예를 들어 1.0 내지 1.1, 1.0 내지 1.09, 1.0 내지 1.08, 1.0 내지 1.07, 1.0 내지 1.06, 또는 1.0 내지 1.05일 수 있다.
본 발명에 따른 폴리에스테르 수지 비드는 종횡비가 0.7 내지 1.3인 구형 또는 유사 구 형태로서 기존 산업 분야에서 실리콘 비드를 대체하여 사용할 수 있으며, 예를 들어 잉크, 화장품, 치약, 페인트, 플라스틱 등의 제조에 적용할 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지 비드의 평균 입도(D50)는 30㎛ 내지 60㎛, 예를 들어 35㎛ 내지 60㎛, 예를 들어 35㎛ 내지 55㎛일 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지 비드의 평균 입자 직경은 30㎛ 내지 60㎛, 예를 들어 40㎛ 내지 60㎛일 수 있다.
상기 입경 범위에서 폴리에스테르 수지　비드를 필요에 따라 용도에 맞게 선택할 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지 비드의 중량평균분자량은 3,000 g/mol 내지 10,000 g/mol, 예를 들어 3,000 g/mol 내지 9,000 g/mol, 예를 들어 3,000 g/mol 내지 8,000 g/mol, 예를 들어 3,000 g/mol 내지 7,000 g/mol, 예를 들어 3,000 g/mol 내지 6,000 g/mol, 또는 예를 들어 3,000 g/mol 내지 5,000 g/mol 일 수 있다.
상기 분자량 범위에서 폴리에스테르 수지　비드를 필요에 따라 용도에 맞게 선택할 수 있으며, 특히 실리콘 비드를 대체하는 용도로 사용할 수 있다.
상기 화학식 1의 A11 및 A12는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기일 수 있다.
폴리에스테르 수지 비드는 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 폴리에스테르 수지 전체에 대하여 10 몰% 내지 99 몰%로 포함할 수 있고, 예를 들어 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 10 몰% 내지 90 몰%로 포함할 수 있고, 예를 들어 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 20 몰% 내지 80 몰%로 포함할 수 있고, 또는 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 30 몰% 내지 70 몰%로 포함할 수 있다.
다른 일 실시예에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법은 퓨란 디카르복실산계 화합물을 포함하는 방향족 디카르복실산계 화합물, 지방족 디올계 화합물 및 경화제를 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 5 내지 10의 탄화수소계 용매에 첨가하고 상온에서 교반하는 단계; 반응기의 온도를 40℃ 내지 120℃로 올리면서 10분 내지 10시간 동안 반응시켜 올리고머를 제조하는 에스테르화 반응 단계; 반응기의 온도를 5℃ 내지 상온으로 낮춘 후 안정제를 투입하여 30분 내지 180분 동안 반응시켜 상기 올리고머를 비드화하는 단계; 그리고 상기 올리고머 비드를 포함하는 용액을 필터 및 건조하여 올리고머 비드를 수득하는 단계를 포함한다.
또 다른 일 실시예에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법은 Round-flask 반응기와 Dean-Stark 장비가 구비된 고온 중합 장비 내에 퓨란 디카르복실산계 화합물을 포함하는 방향족 디카르복실산계 화합물; 지방족 디올계 화합물; 및 경화제를 첨가하고 40℃ 내지 120℃에서 10분 내지 10시간 동안 반응시켜 올리고머를 제조하는 에스테르화 반응 단계; 또 다른 반응기에 안정제 및 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 5 내지 10의 탄화수소계 용매를 첨가하고 5,000 내지 1,0000 rpm의 속도로 교반하면서 상기 제조된 올리고머를 첨가한 후, 계속 교반하면서 반응기의 온도를 5℃ 내지 상온으로 낮추어 상기 올리고머를 비드화하는 단계; 그리고 상기 올리고머 비드를 포함하는 용액을 필터 및 건조하여 올리고머 비드를 수득하는 단계를 포함한다.
상기 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법은 폴리에스테르 수지가 용해되지 않는 용매, 즉 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 5 내지 10의 탄화수소계 용매에서 제조됨으로써 버블을 형성하여 입자 사이즈가 조절된 폴리에스테르 수지 비드를 제조할 수 있다.
특히, 안정제를 함께 투입함으로써 구형의 폴리에스테르 수지 비드를 구현할 수 있다.
상기 에스테르화 반응 단계는 100rpm 내지 1,000rpm의 속도, 예를 들어 200rpm 내지 1,000rpm의 속도, 예를 들어 300 내지 1,000rpm의 속도, 예를 들어 400 내지 내지 1,000rpm의 속도, 예를 들어 500 내지 1,000rpm 또는 600 내지 1,000rpm의 속도로 수행될 수 있다.
상기 건조는 10 Torr 이하의 압력 및 70℃ 내지 100℃의 온도에서 500분 내지 800분 동안 수행될 수 있다.
예를 들어 상기 건조는 1 내지 10 Torr, 2 내지 10 Torr, 또는 3 내지 10 Torr의 압력에서 수행될 수 있다.
예를 들어 상기 건조는 70℃ 내지 100℃, 또는 70℃ 내지 90℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 비드화 단계는 30분 내지 180분 동안 1,000rpm 내지 10,000rpm의 교반 속도로 수행될 수 있다.
상기 비드화 단계는 예를 들어 1,000rpm 내지 10,000rpm, 예를 들어 2,000rpm 내지 10,000rpm, 예를 들어 3,000rpm 내지 10,000rpm, 예를 들어 3,000rpm 내지 9,000rpm, 예를 들어 3,000rpm 내지 8,000rpm, 예를 들어 3,000rpm 내지 7,000rpm의 교반 속도로 수행될 수 있다.
상기 필터는 상기 교반 후의 교반액을 거름종이가 깔려있는 부흐너에 붓고 필터하는 것을 의미할 수 있다. 이 경우, 거름종이 위해 비드화된 폴리에스테르 수지가 남아있게 된다.
상기 경화제로는, 에폭시 수지, 폴리이소시아네이트, 폴리카르보디이미드 등을 이용할 수 있다. 이들　경화제로 가교함으로써, 수지의 응집력을 높일 수 있다.
상기 경화제는 퓨란 디카르복실산계 화합물을 포함하는 방향족 디카르복실산계 화합물, 지방족 디올계 화합물, 안정제 및 경화제의 총 중량에 대하여 0.01 내지 1.00 중량%로 첨가될 수 있다.
예를 들어 상기 경화제는 퓨란 디카르복실산계 화합물을 포함하는 방향족 디카르복실산계 화합물, 지방족 디올계 화합물, 안정제 및 경화제의 총 중량에 대하여 0.05 내지 1.00 중량%, 0.05 내지 0.50 중량%, 0.05 내지 0.40 중량%, 또는 0.05 내지 0.30 중량%로 포함될 수 있다.
상기 안정제는 퓨란 디카르복실산계 화합물을 포함하는 방향족 디카르복실산계 화합물, 지방족 디올계 화합물, 안정제 및 경화제의 총 중량에 대하여 0.01 내지 1.00 중량%로 첨가될 수 있다.
예를 들어 상기 안정제는 퓨란 디카르복실산계 화합물을 포함하는 방향족 디카르복실산계 화합물, 지방족 디올계 화합물, 안정제 및 경화제의 총 중량에 대하여 0.05 내지 1.00 중량%, 0.05 내지 0.50 중량%, 0.05 내지 0.40 중량%, 또는 0.05 내지 0.30 중량%로 포함될 수 있다.
에스테르화 반응 단계에서는, 방향족 디카르복실산계 화합물을 지방족 디올계 화합물과 반응시켜, 중합도가 낮은 방향족 올리고머를 제조한다.
에스테르화 반응 중 소실되거나 미반응되는 물질의 양을 고려하여, 목적하는 공중합체 조성보다 지방족 디올계 화합물을 과량 사용할 수 있다.
방향족 디카르복실산계 화합물을 포함하는 디카르복실산계 화합물과, 지방족 디올계 화합물의 몰비는 1 : 1.2 내지 1 : 5.0일 수 있다. 디카르복실산계 화합물의 몰 함량 대비 지방족 디올계 화합물의 몰 함량이 지나치게 많으면 반응 속도가 느려지거나 수지의 생산성이 저하될 수 있으며, 지방족 디올계 화합물의 몰 함량이 지나치게 적으면 미반응 디카르복실산 성분이 잔류하여 이물이 발생할 수 있으며, 수지의 투명성이 저하될 수 있다.
상기 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 5 내지 10의 탄화수소계 용매는 n-헥산, n-헵탄, n-도데칸 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 안정제는 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 소듐 도데실벤젠 술포네이트 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 퓨란 디카르복실산계 화합물은 바이오 유래 물질일 수 있으며, 퓨란 디카르복실산계 화합물에 의해 제조된 폴리에스테르 수지는 생분해성을 가질 수 있다.
퓨란 디카르복실산계 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure PCTKR2023020574-appb-img-000006
상기 화학식 2에서, 상기 R31은 할로겐기, 하이드록시기, 알콕시기, 또는 알킬기이고, 상기 R32 및 R33은 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 알콕시기이고, 상기 n32는 0 내지 2의 정수이다.
예를 들어, 퓨란 디카르복실산계 화합물은 2,5-퓨란디카르복실산(2,5-Furandicarboxylic acid) 또는 이의 에스테르일 수 있고, 이 경우 화학식 2에서, R32 및 R33은 하이드록시기 또는 알콕시기이고, n32는 0일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 퓨란 디카르복실산계 화합물은 구형 내지는 타원형일 수 있다. 예컨대 상기 퓨란 디카르복실산계 화합물의 종횡비는 1:1 내지 3:1이고, 평균 입도(D50)는 1 내지 200㎛일 수 있다.
더욱 구체적인 일 예로 상기 퓨란 디카르복실산계 화합물의 평균 입도(D50)는 5㎛ 내지 100㎛, 예컨대 10㎛ 내지 95㎛, 예컨대 15㎛ 내지 90㎛, 예컨대 20㎛ 내지 85㎛일 수 있다.
방향족 디카르복실산계 화합물은 퓨란 디카르복실산계 화합물 이외에 추가적인 방향족 디카르복실산 성분 및/또는 지방족 디카르복실산계 화합물을 더 포함할 수 있다.
방향족 디카르복실산은 탄소수 8 내지 20, 예를 들어 탄소수 8 내지 14의 방향족 디카르복실산 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 이소프탈산, 테레프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복실산 등의 나프탈렌디카르복실산, 디페닐 디카르복실산, 4,4'-스틸벤디카르복실산, 또는 2,5-티오펜디카르복실산 등일 수 있다. 테레프탈산은 테레프탈산 등의 디카르복실산, 이의 알킬 에스테르(모노메틸, 모노에틸, 디메틸, 디에틸 또는 디부틸에스테르 등 탄소수 1 내지 4의 저급 알킬 에스테르) 및/또는 이들의 산무수물(acid anhydride)을 포함하며, 디올 성분과 반응하여 테레프탈로일 부분(terephthaloyl moiety) 등의 디카르복실산 부분(dicarboxylic acidmoiety)을 형성할 수 있다.
지방족 디카르복실산계 화합물은 폴리에스테르 수지에 열 변색 억제 특성을 부여할 수 있다.
지방족 디카르복실산계 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 3]
Figure PCTKR2023020574-appb-img-000007
상기 화학식 3에서,
상기 A21은 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 15의 2 가 지방족 탄화수소기이고, 상기 R42 및 R43은 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 알콕시기이다.
일 예로, 지방족 디카르복실산계 화합물은 말론산, 숙신산, 글루타르산, 2-메틸글루타르산, 3-메틸글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸디산, 도데칸디산, 브라실산, 테트라데칸디산, 푸마르산, 2,2-디메틸글루타르산, 수베르산, 말레산, 이타콘산, 또는 말레산 등일 수 있다.
특히, 지방족 디카르복실산계 화합물은 숙신산 또는 아디프산일 수 있다. 이 경우, 화학식 3에서, R42 및 R43은 하이드록시기이고, A21은 C2 알킬렌(즉, 에틸렌) 또는 C4 알킬렌(즉, 부틸렌)일 수 있다.
지방족 디올계 화합물은 폴리에스테르 수지에 우수한 상용성 및 연장 특성(elongation)을 부여할 수 있다.
지방족 디올계 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 4]
Figure PCTKR2023020574-appb-img-000008
상기 화학식 4에서, 상기 A31은 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 15의 2 가 지방족 탄화수소기이다.
일 예로, 지방족 디올계 화합물은 탄소수 2 내지 20, 예를 들어 탄소수 2 내지 12의 지방족 디올계 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 지방족 디올계 화합물의 예로는, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로판디올(1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올 등), 1,4-부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올(1,6-헥산디올 등), 네오펜틸 글리콜(2,2-디메틸-1,3-프로판디올), 1,2-사이클로헥산디올, 1,4-사이클로헥산디올, 1,2-사이클로헥산디메탄올, 1,3-사이클로헥산디메탄올, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 테트라메틸사이클로부탄디올 등의 선형, 가지형 또는 고리형 지방족 디올 성분을 들 수 있다.
특히, 지방족 디올계 화합물은 에틸렌 글리콜 또는 1,4-부탄디올일 수 있다. 이 경우, 화학식 4에서, A31은 C2 알킬렌(즉, 에틸렌) 또는 C4 알킬렌(즉, 부틸렌)일 수 있다.
에스테르화 반응 단계는 배치(batch)식 또는 연속식으로 수행될 수 있다.
필요에 따라 올리고머를 예비 중합시키는, 예비 중합 단계, 및 예비 중합된 중합체를 중축합 반응시키는, 중축합 단계를 더욱 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[제조예: 폴리에스테르 수지 비드의 제조]
(실시예 1)
1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 n-헥산을 500ml 투입하여 50℃로 가열하여 준비해둔다. 이때, 안정제 (소듐 도데실벤젠 술포네이트, 0.2 중량%)를 미리 투입하여 용해한다. 다른 쪽에서 500mL 등근 바닥 플라스크에 미리 제조한 구형의 2,5-퓨란 디카르복실산(2,5-furandicarboxylic acid, FDCA, 종횡비 1:1, 평균 입도(D50): 41㎛)과 에틸렌글리콜 (Ethylene glycol, EG)를 몰비 1:1.4, 중량비 64.2 : 35.4의 비율로 투입하고, 경화제 (에폭시 수지, 0.2 중량%)를 투입한 후 120℃로 가열하여 에스테르화를 진행하여 올리고머를 형성한다. 이후, 에스테르화 반응이 완료되어 Clear point가 도달하여 올리고머가 투명한 상태가 되면 이를 미리 준비해 둔 n-헥산에 투입한다. 이때, n-헥산은 6,000rpm 이상의 교반 속도를 유지하도록 한다. 투입이 완료된 이후 2시간 이상 교반을 유지하며 실온으로 자연 냉각을 진행한다. 교반이 끝나면 여과하여 진공 오븐을 이용하여 건조하여 올리고머 비드를 수득한다.
(실시예 2)
상기 구형의 2,5-퓨란 디카르복실산 및 상기 에틸렌글리콜의 조성을 아래 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폴리에스테르 수지를 수득한다.
(비교예 1)
상기 구형의 2,5-퓨란 디카르복실산을 파우더 타입의 판상형 2,5-퓨란 디카르복실산으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폴리에스테르 수지를 수득한다.
(비교예 2)
아래 표 1에서와 같이 경화제 및 안정제 사용을 배제한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폴리에스테르 수지를 수득한다.
(비교예 3)
아래 표 1에서와 같이 경화제 및 안정제 사용을 배제한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하여 폴리에스테르 수지를 수득한다.
FDCA
(중량%)		 Diol
(중량%)		 경화제
(중량%)		 첨가제
(중량%)		 비드화 용매
실시예 1 구형
(64.2)		 EG
(35.4)		 0.2 0.2 n-Hexane
실시예 2 구형(67.4) EG
(32.2)		 0.2 0.2 n-Hexane
비교예 1 판상형
(67.4)		 EG
(32.2)		 0.2 0.2 n-Hexane
비교예 2 구형
(64.2)		 EG
(35.8)		 - - n-Hexane
비교예 3 판상형(67.6) EG
(32.4)		 - - n-Hexane
FDCA: 2,5-퓨란디카복실산EG: 에틸렌 글리콜
평가 1: 입도분포 및 평균 입자 직경
실시예 1, 실시예 2, 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 입도분포를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 1 내지 도 5에 나타내었다.
입도분포 측정
상기 입도분포는 Microtrac社의 bluewave로 측정하였다.
합성된 올리고머 비드 1g을 물 10g과 혼합한 뒤 sonication에 10분 동안 분산시킨다. 이 분산액을 Micritrac社의 bluewave의 투입구에 넣고 측정한다.
평균 입자 직경 측정
상기 평균 입자 직경은 Hund社의 Wilovert 30으로 측정하였다.
합성된 올리고머 비드 1g을 물 10g과 혼합한 뒤 sonication에 10분 동안 분산시킨다. 이 분산액을 슬라이드 글라스에 한 방울 떨어뜨리고 커버 글라스로 덮은 뒤 Hund社의 Wilovert 30으로 측정한다.
평가 2: 형상
주사전자현미경(SEM)을 이용하여 실시예 1, 실시예 2, 및 비교예 1 내지 비교예 3의 입자모양을 관찰하여, 그 결과를 하기 표 2 및 도 1 내지 도 5에 나타내었다.
분자량 Mw
(g/mol)		 평균 입도 D50
(㎛)		 평균 입자 직경
(㎛)		 종횡비 단경:장경 형태
실시예 1 4,300 49 47 1.01 1:1.01 구형
실시예 2 3,720 38 41 1.02 1:1.02 구형
비교예 1 3,410 55 58 2.50 1:2.50 불규칙 각형
비교예 2 2,900 40 38 2.70 1:2.70 판상형
비교예 3 2,510 33 37 1.54 1.3:2 판상형
도 1은 실시예 1에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 주사전자현미경 사진이다.도 2는 실시예 2에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 비교예 1에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 비교예 2에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 비교예 3에 따른 폴리에스테르 수지 비드의 주사전자현미경 사진이다.
상기 표 2 및 도 1 내지 도 5를 보면, 실시예에 따른 폴리에스테르 수지 비드는 구형으로 입도 분포가 규칙적이며 모두 30㎛ 내지 60㎛의 평균 입도(D50)를 가지나, 비교예 1 내지 3에 따른 폴리에스테르 수지는 불규칙 각형 또는 판상형의 구조를 가지기에 입도 분포가 불규칙함을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (21)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 포함하는, 폴리에스테르 수지 비드(bead):
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2023020574-appb-img-000009
    화학식 1에서,
    상기 A11 및 A12는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 15의 2가 지방족 탄화수소기이고,
    상기 R11은 할로겐기, 하이드록시기, 알콕시기, 또는 알킬기이고,
    상기 n11은 반복 단위의 몰비이고,
    상기 n12는 0 내지 2의 정수이다.
  2. 제1항에서,
    상기 폴리에스테르 수지 비드의 종횡비는 0.7 내지 1.3인, 폴리에스테르 수지 비드.
  3. 제1항에서,
    상기 폴리에스테르 수지 비드의 평균 입도(D50)는 30㎛ 내지 60㎛인, 폴리에스테르 수지 비드.
  4. 제1항에서,
    상기 폴리에스테르 수지 비드의 평균 입자 직경은 30㎛ 내지 60㎛인, 폴리에스테르 수지 비드.
  5. 제1항에서,
    상기 폴리에스테르 수지 비드의 중량평균분자량은 3,000 g/mol 내지 10,000 g/mol 인, 폴리에스테르 수지 비드.
  6. 제1항에서,
    상기 화학식 1의 A11 및 A12는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기인 폴리에스테르 수지 비드.
  7. 반응기 내에서 퓨란 디카르복실산계 화합물을 포함하는 방향족 디카르복실산계 화합물, 지방족 디올계 화합물 및 경화제를 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 5 내지 10의 탄화수소계 용매에 첨가하고 상온에서 교반하는 단계;
    반응기의 온도를 40℃ 내지 120℃로 올리면서 10분 내지 10시간 동안 반응시켜 올리고머를 제조하는 에스테르화 반응 단계;
    반응기의 온도를 5℃ 내지 상온으로 낮춘 후 안정제를 투입하여 30분 내지 180분 동안 반응시켜 상기 올리고머를 비드화하는 단계; 그리고
    상기 올리고머 비드를 포함하는 용액을 필터 및 건조하여 올리고머 비드를 수득하는 단계를 포함하는 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법.
  8. Round-flask 반응기와 Dean-Stark 장비가 구비된 고온 중합 장비 내에 퓨란 디카르복실산계 화합물을 포함하는 방향족 디카르복실산계 화합물, 지방족 디올계 화합물 및 경화제를 첨가하고 40℃ 내지 120℃에서 10분 내지 10시간 동안 반응시켜 올리고머를 제조하는 에스테르화 반응 단계;
    또 다른 반응기에 안정제 및 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 5 내지 10의 탄화수소계 용매를 첨가하고 5,000 내지 10,000 rpm의 속도로 교반하면서 상기 제조된 올리고머를 첨가한 후, 계속 교반하면서 반응기의 온도를 5℃ 내지 상온으로 낮추어 상기 올리고머를 비드화하는 단계; 그리고
    상기 올리고머 비드를 포함하는 용액을 필터 및 건조하여 올리고머 비드를 수득하는 단계를 포함하는 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에서,
    상기 에스테르화 반응 단계는 100rpm 내지 1,000rpm의 속도로 수행되는 폴리에스테르 수지 비드의 제조방법.
  10. 제7항 또는 제8항에서,
    상기 건조는 10 Torr 이하의 압력 및 70℃ 내지 100℃의 온도에서 500분 내지 800분 동안 수행되는 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법.
  11. 제7항 또는 제8항에서,
    상기 비드화 단계는 30분 내지 180분 동안 1,000rpm 내지 10,000rpm의 교반 속도로 수행되는 폴리에스테르 수지 비드의 제조방법.
  12. 제7항 또는 제8항에서,
    상기 안정제는 퓨란 디카르복실산계 화합물을 포함하는 방향족 디카르복실산계 화합물, 지방족 디올계 화합물, 안정제 및 경화제의 총 중량에 대하여 0.01 내지 1.00 중량%로 첨가되는, 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법.
  13. 제7항 또는 제8항에서,
    상기 에스테르화 반응 단계 중 상기 퓨란 디카르복실산계 화합물을 포함하는 방향족 디카르복실산계 화합물과, 상기 지방족 디올계 화합물의 몰비는 1 : 1.2 내지 1 : 5.0인, 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법.
  14. 제7항 또는 제8항에서,
    상기 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 5 내지 10의 탄화수소계 용매는 n-헥산, n-헵탄, n-도데칸 또는 이들의 혼합물인 폴리에스테르 수지 비드의 제조방법.
  15. 제7항 또는 제8항에서,
    상기 안정제는 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 소듐 도데실벤젠 술포네이트 또는 이들의 혼합물인 폴리에스테르 수지 비드의 제조방법.
  16. 제7항 또는 제8항에서,
    상기 퓨란 디카르복실산계 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법:
    [화학식 2]
    Figure PCTKR2023020574-appb-img-000010
    상기 화학식 2에서,
    상기 R31은 할로겐기, 하이드록시기, 알콕시기, 또는 알킬기이고,
    상기 R32 및 R33은 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 알콕시기이고,
    상기 n32는 0 내지 2의 정수이다.
  17. 제7항 또는 제8항에서,
    상기 퓨란 디카르복실산계 화합물의 종횡비는 1:1 내지 3:1이고,
    평균 입도(D50)는 1 내지 200㎛인, 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법.
  18. 제7항 또는 제8항에서,
    상기 방향족 디카르복실산계 화합물은 지방족 디카르복실산계 화합물, 이소프탈산, 테레프탈산, 나프탈렌디카르복실산, 디페닐 디카르복실산, 4,4'-스틸벤디카르복실산, 2,5-티오펜디카르복실산, 또는 이들의 혼합물을 더 포함하고,
    상기 지방족 디올계 화합물은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로판디올(1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올 등), 1,4-부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올(1,6-헥산디올 등), 네오펜틸 글리콜(2,2-디메틸-1,3-프로판디올), 1,2-사이클로헥산디올, 1,4-사이클로헥산디올, 1,2-사이클로헥산디메탄올, 1,3-사이클로헥산디메탄올, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 테트라메틸사이클로부탄디올, 또는 이들의 혼합물을 포함하는,
    폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 지방족 디카르복실산계 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물인 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법:
    [화학식 3]
    Figure PCTKR2023020574-appb-img-000011
    상기 화학식 3에서,
    상기 A21은 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 15의 2 가 지방족 탄화수소기이고,
    상기 R42 및 R43은 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 알콕시기이다.
  20. 제18항에서,
    상기 지방족 디카르복실산계 화합물은 말론산, 숙신산, 글루타르산, 2-메틸글루타르산, 3-메틸글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸디산, 도데칸디산, 브라실산, 테트라데칸디산, 푸마르산, 2,2-디메틸글루타르산, 수베르산, 말레산, 이타콘산, 말레산, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인, 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법.
  21. 제18항에서,
    상기 지방족 디올계 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 화합물인 폴리에스테르 수지 비드의 제조 방법:
    [화학식 4]
    Figure PCTKR2023020574-appb-img-000012
    상기 화학식 4에서,
    상기 A31은 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 15의 2 가 지방족 탄화수소기이다.
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