KR100322954B1 - Manufacturing method of thermoplastic polyester - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디히드록시 화합물을 디카르복실산이나 이것의 에스테르 또는 에스테르-형성 유도체와 중축합시켜서 열가소성 폴리에스테르를 제조하는 방법으로서, 알칼리 금속이나 알칼리토금속을 기준으로 계산할때 폴리에스테르 ㎏당 알칼리금속 화합물이나 알칼리토금속 화합물을 1 내지 10mmol의 양만큼 첨가하는 최소한 하나의 제 1 단계; 그리고 고상 축합 반응을 수행하는 최소한 하나의 추가 단계로 이루어지는 열가소성 폴리에스테르의 제조방법에 관한 것이다.The present invention is a method for producing a thermoplastic polyester by polycondensing a dihydroxy compound with a dicarboxylic acid or an ester or ester-forming derivative thereof, wherein the alkali metal per kg of polyester is calculated based on the alkali metal or alkaline earth metal. At least one first step of adding the compound or alkaline earth metal compound in an amount of 1 to 10 mmol; And at least one additional step of carrying out the solid phase condensation reaction.
Description
본 발명은 디히드록시 화합물과 디카르복실산, 이들의 에스테르 또는 에스테르 형성 유도체를 다단계 중축합시켜서 열가소성 폴리에스테르를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for preparing thermoplastic polyesters by multistep polycondensation of dihydroxy compounds with dicarboxylic acids, their esters or ester forming derivatives.
전술한 유형의 방법은 특히 폴리알킬렌 테레프탈레이트를 제조하기 위해 범세계적으로 대규모로 수형되고 있다.Processes of the type mentioned above are being modified on a large scale worldwide, in particular for producing polyalkylene terephthalates.
분자량을 증가시키기 위해, 고상(solid phase) 후축합 반응이 최소한 2단계 반응으로 종종 수행되었다.In order to increase the molecular weight, solid phase postcondensation reactions were often carried out in at least two stage reactions.
본 발명의 목적에 요구되는 긴 잔류 시간 및 이에 관련하여 폴리에스테르가 가해져서 원하지 않는 스펙크 및 겔의 형성을 초래하는 열적 응력에 관련된 개선이 요구되고 있다.There is a need for long residence times required for the purposes of the present invention and related to the thermal stresses in which polyester is applied resulting in the formation of unwanted specks and gels.
폴리에스테르의 결정화도 또는 결정화 속도를 증가시키기 위한 중축합 반응에 있어서의 알칼리 금속 화합물의 존재는 공지되어 있으며, 예컨대 EP-A-215 364호 및 EP-A 29 285호에 개시되어 있다. EP-A 29 285호에 따르면, 첨가된 알칼리 금속 화합물의 양은 폴리에스테르를 기준으로 약 0.1 내지 2 중량%이거나, 폴리에스테르 1㎏ 당 0.02 내지 1몰이다(EP-215,364호). 그러나, 최종 생성물 중에서의 이와 같이 상대적으로 큰 양은 일부 응용에 대해서도 단점을 갖게 된다.The presence of alkali metal compounds in polycondensation reactions to increase the crystallinity or the rate of crystallization of polyesters is known and is disclosed, for example, in EP-A-215 364 and EP-A 29 285. According to EP-A 29 285, the amount of alkali metal compound added is about 0.1 to 2% by weight, or 0.02 to 1 mole per kilogram of polyester (EP-215,364). However, this relatively large amount in the final product also has disadvantages for some applications.
본 발명의 목적은 앞에서 개시한 유형의 폴리에스테르의 제조 방법을 제공하는 것이며, 제조 방법은 실질적으로 스펙크가 없고 겔이 없는 생성물을 제공하며 중축합 반응의 총시간을 감소시킨다.It is an object of the present invention to provide a process for the preparation of polyesters of the type described above, which provides a substantially speck-free, gel-free product and reduces the total time of the polycondensation reaction.
본 발명자들은, 디히드록시 화합물을 디카르복실산, 이들의 에스테르 또는 에스테르 형성 유도체와 함께 다단계 중축합시켜서 열가소성 폴리에스테르를 제조하는 방법에 있어서, 하나 이상의 제 1 단계에서, 알칼리 금속화합물 또는 알칼리 토금속 화합물을 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속으로서 계산하여 폴리에스테르 1㎏ 당 1 내지 10mmol의 양으로 첨가하고, 하나 이상의 추 단계에서 고상 축합 반응을 수행하는 본 발명의 방법에 따라 상기 목적이 달성될 수 있다는 것을 알게 되었다.In the process for producing thermoplastic polyesters by multi-step polycondensation of dihydroxy compounds with dicarboxylic acids, their esters or ester forming derivatives, the inventors have at least one first step an alkali metal compound or an alkaline earth metal. It is found that the above object can be achieved according to the method of the present invention which calculates the compound as an alkali metal or an alkaline earth metal and adds it in an amount of 1 to 10 mmol per kg of polyester and performs a solid phase condensation reaction in at least one weight step. It became.
본 발명의 신규한 방법에 있어서, 분자량이 높으며 실질적으로 스펙트가 없고 겔이 없는 폴리에스테르는 더 짧은 중축합 시간에서, 특히 고상 축합 반응으로 수득될 수 있다.In the novel process of the invention, high molecular weight, substantially unspecified, gel-free polyesters can be obtained at shorter polycondensation times, especially in solid phase condensation reactions.
사용되는 디히드록시 화합물은 지방족, 방향족 또는 지환족 디올일 수 있다.The dihydroxy compounds used may be aliphatic, aromatic or cycloaliphatic diols.
상기의 화합물은 탄소수가 2 내지 20개, 특히 2 내지 12개이고, 탄소수가 2 내지 12개, 특히 2 내지 6개인 지방족 디올이 특히 바람직하다.The above compounds are particularly preferably aliphatic diols having 2 to 20 carbon atoms, especially 2 to 12 carbon atoms, and having 2 to 12 carbon atoms, especially 2 to 6 carbon atoms.
상기의 예로는 에탄디올(에틸렌글리콜), 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 시클로헥산디올, 히드로퀴논, 레조르시놀, 및 비스페놀 A가 있는데, 이중에서 에탄디올과 1,4-부탄디올이 특히 바람직하다.Examples include ethanediol (ethylene glycol), 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, cyclohexanediol, hydroquinone, resorcinol, and bisphenol A, among which ethanediol and 1,4-butanediol This is particularly preferred.
사용되는 디카르복실산은 바람직하게는 탄소수가 4 내지 20개, 특히 4 내지 12개인 지방족 및/또는 방향족 디카르복실산일 수 있다.The dicarboxylic acids used may preferably be aliphatic and / or aromatic dicarboxylic acids having 4 to 20 carbon atoms, in particular 4 to 12 carbon atoms.
그 예로서는 이소프탈산, 프탈산, 테레프탈산, 이들 산의 알킬 치환된 유도체, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 2,7-나프탈렌디카르복실산, 지방족 디카르복실산, 예컨대 숙신산, 아디프산, 세바스산, 아젤라산 및 데칸디카르복실산이 있고, 이중에서도 이소프탈산과 테레프탈산 또는 이들의 혼합물이 특히 바람직하다.Examples include isophthalic acid, phthalic acid, terephthalic acid, alkyl substituted derivatives of these acids, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid, adipic acid, There are sebacic acid, azelaic acid and decandicarboxylic acid, of which isophthalic acid and terephthalic acid or mixtures thereof are particularly preferred.
상기에 있어서, 폴리알킬렌 테레프탈레이트, 폴리알킬렌 이소프탈레이트 또는 산성분인 테레프탈산 및 이소프탈산의 공중합체가 본 발명의 방법으로 특히 유리하게 제조될 수 있음이 입증되었다.In the above, it has been proved that polyalkylene terephthalate, polyalkylene isophthalate or copolymers of acidic terephthalic acid and isophthalic acid can be produced particularly advantageously by the process of the invention.
전술한 성분들 이외에도, 본 발명에 따라 제조된 폴리에스테르는 예컨대, 히프록시카르복실산으로부터 유래된 추가의 단위체들을, 특정 단량체 성분을 기준으로 비교적 소량, 바람직하게는 10 몰% 미만으로 함유할 수도 있다.In addition to the aforementioned components, the polyesters prepared according to the invention may contain further units, for example derived from hydroxycarboxylic acids, in relatively small amounts, preferably less than 10 mol%, based on the particular monomer component. have.
본 발명의 신규한 방법에서, 출발 단량체들이 공지의 방식으로 반응하는 동안에 제 1 단계에서 공지된 방식으로, 알칼리 금속 화합물이나 알칼리 토금속 화합물을 (알칼리 금속이나 알칼리 토금속을 기준으로 계산하여) 폴리에스테르 1㎏당 1 내지 10mmol, 바람직하게는 2 내지 7mmol, 특히 2.5 내지 5mmol 첨가하였다.In the novel process of the present invention, the alkali metal compound or alkaline earth metal compound is calculated (calculated based on alkali metal or alkaline earth metal) in a known manner in the first step while the starting monomers are reacted in a known manner. 1 to 10 mmol, preferably 2 to 7 mmol, in particular 2.5 to 5 mmol, per kg.
이론적으로, 알칼리 금속의 무기 및 유기 화합물, 바람직하게는 Li, Na 또는 K, 특히 바람직하게는 나트륨 화합물이 적합하다.Theoretically, inorganic and organic compounds of alkali metals are preferred, preferably Li, Na or K, particularly preferably sodium compounds.
알칼리 금속이나 알칼리 토금속, 바람직하게는 나트륨의 적당한 무기 화합물의 예로는 상응하는 규산염, 인산염, 아인산염, 황산염, 또는 바람직하게는 탄산염, 중탄산염 및 수산화물이 있다.Examples of suitable inorganic compounds of alkali or alkaline earth metals, preferably sodium, are the corresponding silicates, phosphates, phosphites, sulfates, or preferably carbonates, bicarbonates and hydroxides.
알칼리 금속 및 알칼리 토금속, 바람직하게는 나트륨의 유기 화합물로는 바람직하게는 탄소수가 30개 이하이고, 카르복실기가 1 내지 4개인 (시클로)지방족, 아르알리파틱 또는 방향족 카르복실산의 상응하는 염이 포함된다. 이들의 예로는 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 이소부티르산, 카프릴산, 스테아르산, 시클로헥산카르복실산, 숙신산, 아디프산, 수베르산, 1,10-데칸디카르복실산, 1,4-시클로헥산디카르복실산, 테레프탈산, 1,2,3-프로판트리카르복실산, 1,3,5-시클로헥산트리카르복실산, 트리멜리트산, 1,2,3,4-시클로펜탄테트라카르복실산, 피로멜리트산, 벤조산, 치환된 벤조산, 이량체 산 및 삼량체 산의 알칼리 금속염, 그리고 중성이거나 부분적으로 중화된 몬탄 왁스 염 또는 몬탄 왁스 에스테르 염(몬탄산염)이 있다. 다른 유형의 산 라디칼과의 염, 예를 들어 알칼리 금속 파라핀 술폰산염, 알칼리 금속 올레핀 술폰산염 및 알칼리 금속 아릴술폰산염, 또는 페놀레이트 및 알코올레이트, 예를 들어 메탄올레이트, 에탄올레이트 또는 글리콜레이트도 본 발명에 사용할 수 있다. 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 수산화나트륨, 모노- 및 폴리카르복실산, 특히 탄소수가 2 내지 18개, 바람직하게는 2 내지 6개이고, 카르복실기가 4개 이하, 바람직하게는 2개 이하인 지방족 모노- 및 폴리카르복실산, 및 탄소수가 2 내지 15개, 바람직하게는 2 내지 8개인 나트륨 알코올레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 구성원들의 실례로는 아세트산 나트륨, 프로피온산 나트륨, 부티르산 나트륨, 옥살산 나트륨, 말론산 나트륨, 숙신산 나트륨, 나트륨 메탄올레이트, 나트륨 에탄올레이트 및 나트륨 글리콜레이트가 있다. 나트륨 메탄올레이트가 특히 바람직하며, 나트륨을 기준으로 계산하였을 때 2.5 내지 5mmol의 양으로 사용하는 것이 특히 유용하다. 상이한 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 화합물의 혼합물도 사용할 수 있다.Organic compounds of alkali metals and alkaline earth metals, preferably sodium, preferably contain up to 30 carbon atoms and include the corresponding salts of (cyclo) aliphatic, araliphatic or aromatic carboxylic acids having 1 to 4 carboxyl groups do. Examples thereof include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, caprylic acid, stearic acid, cyclohexanecarboxylic acid, succinic acid, adipic acid, suberic acid, 1,10-decanedicarboxylic acid, 1, 4-cyclohexanedicarboxylic acid, terephthalic acid, 1,2,3-propanetricarboxylic acid, 1,3,5-cyclohexanetricarboxylic acid, trimellitic acid, 1,2,3,4-cyclopentane Alkali metal salts of tetracarboxylic acid, pyromellitic acid, benzoic acid, substituted benzoic acid, dimer acid and trimer acid, and neutral or partially neutralized montan wax salts or montan wax ester salts (montanates). Salts with other types of acid radicals, for example alkali metal paraffin sulfonates, alkali metal olefin sulfonates and alkali metal arylsulfonates, or phenolates and alcoholates such as methanolates, ethanolates or glycolates It can be used for the invention. Sodium carbonate, sodium bicarbonate, sodium hydroxide, mono- and polycarboxylic acids, in particular aliphatic mono- and polycarboxes having from 2 to 18 carbon atoms, preferably from 2 to 6 carbon atoms, and having up to 4 carboxyl groups, preferably up to 2 carbon atoms. It is preferable to use an acid and sodium alcoholate having 2 to 15 carbon atoms, preferably 2 to 8 carbon atoms. Examples of particularly preferred members are sodium acetate, sodium propionate, sodium butyrate, sodium oxalate, sodium malonate, sodium succinate, sodium methanolate, sodium ethanolate and sodium glycolate. Sodium methanolate is particularly preferred and it is particularly useful to use in amounts of 2.5 to 5 mmol, calculated on the basis of sodium. Mixtures of different alkali metal and alkaline earth metal compounds may also be used.
알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 또는 알칼리 금속 화합물 또는 알칼리 토금속 화합물은 일반적으로는 에스테르화/중축합 공정, 바람직하게는 에스테르 교환/증축합 공정에 의한 폴리에스테르 합성의 제 1 단계 과정에서 어느때나 첨가된다. 에스테르 교환/중축합 공정이 사용되는 경우, 에스테르 교환 반응이 시작될 때의 첨가가 특히 바람직하다. 에스테르화/중축합 공정 및 에스테르 교환/중축합 공정은 널리 공지되어 있으며, 예컨대 문헌[Ullman's Encyklopaedie der technischen chemie (4th edition) 19 (1980), 61-88]에 개시되어 있다.The alkali metal or alkaline earth metal, or alkali metal compound or alkaline earth metal compound is generally added at any time in the first step of the polyester synthesis by the esterification / polycondensation process, preferably the transesterification / condensation process. If a transesterification / polycondensation process is used, the addition at the start of the transesterification reaction is particularly preferred. Esterification / polycondensation processes and transesterification / polycondensation processes are well known and are described, for example, in Ullman's Encyklopaedie der technischen chemie (4th edition) 19 (1980), 61-88.
실시예Example
에스테르 교환/중축합 공정으로 디메틸 테레프탈레이트 및 1,4-부탄디올로부터의 폴리에스테르를 제조하는데 있어서, 에스테르 교환 반응 동안에, 나트륨 메탄올레이트 형태로 나트륨 4mmol(완전한 화학양론적 반응에서 형성된 폴리에스테르 1㎏을 기준으로 한 양)을 첨가하고, 먼저 용융물이나 용액내에서 축합반응시킨 후, 생성물을 제 2 단계에서 고상 축합 반응시켰다.In the preparation of polyesters from dimethyl terephthalate and 1,4-butanediol in the transesterification / polycondensation process, during the transesterification reaction, 4 kgol of sodium (1 kg of polyester formed in complete stoichiometric reaction) in the form of sodium methanolate Based on the amount), and then condensation in the melt or solution first, and then the product is subjected to a solid phase condensation reaction in the second step.
동일한 조건하에서 나트륨 메탄올레이트 없이 수행한 반응과 비교하였더니, 실질적으로 분자량이 더 빠르게 증가되었으며, 수득된 생성물은 실질적으로 스펙크 및 겔 성분이 더 적었다.Compared to the reaction carried out without sodium methanolate under the same conditions, the molecular weight increased substantially more rapidly, and the product obtained had substantially less speck and gel components.
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