KR20180046117A - Method of manufacturing biodegradable polyester resin - Google Patents

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KR20180046117A KR1020160140977A KR20160140977A KR20180046117A KR 20180046117 A KR20180046117 A KR 20180046117A KR 1020160140977 A KR1020160140977 A KR 1020160140977A KR 20160140977 A KR20160140977 A KR 20160140977A KR 20180046117 A KR20180046117 A KR 20180046117A
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Abstract

The present invention relates to a method of producing a biodegradable polyester resin, comprising the steps of: (1) mixing an aliphatic dihydroxyl compound, an aliphatic dicarboxylic acid compound and an aromatic dicarboxylic acid compound to prepare slurry; (2) performing an esterification process on the slurry under an absolute pressure ranging from 1.5 bar to 4 bar to obtain an esterified reaction product; and (3) performing a condensation polymerization reaction process on the esterified reaction product. According to the present invention, the method of producing a biodegradable polyester resin minimizes the loss rate of the aliphatic dihydroxyl compound lost into an effluent and is able to inhibit the generation of by-products such as tetrahydrofuran (THF) by comprising the step of performing the esterification process under pressure.

Description

생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법{Method of manufacturing biodegradable polyester resin}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing biodegradable polyester resin,

본 발명은 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 1.5 ~ 4bar(절대압) 범위의 가압 상태에서 에스테르화 반응시키는 단계를 포함함으로써 유출수로의 지방족 디히드록시 화합물의 손실율을 최소화하고 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF)과 같은 부산물(by-product) 생성을 억제할 수 있는 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing a biodegradable polyester resin, and more particularly to a process for esterifying a biodegradable polyester resin under a pressure of 1.5 to 4 bar (absolute pressure), thereby minimizing the loss rate of an aliphatic dihydroxy compound And by-products such as tetrahydrofuran (THF) in the presence of an acid catalyst.

폴리에틸렌테레프탈레이드, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 방향족 폴리에스테르 수지로부터 성형된 수지 성형품은 가벼운 비중, 우수한 강도 및 투명성으로 음료병, 포장용 필름, 섬유제품, 전자제품 등의 여러 분야에서 사용되고 있다. 그러나, 이들 폴리에스테르 제품들은 사용 후의 폐기 처리가 심각한 환경문제로 대두되고 있다. BACKGROUND ART Resin molded articles molded from aromatic polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate are used in various fields such as beverage bottles, packaging films, textile products and electronic products due to their light specific gravity, excellent strength and transparency. However, these polyester products are becoming serious environmental problems after disposal.

상기와 같은 문제점에 대한 방안으로 생분해성을 갖는 지방족 폴리에스테르 수지에 대한 연구가 시도되었다. 그러나, 상기 지방족 폴리에스테르 수지는 생분해성은 우수하나 기계적 물성이 부족하다는 단점이 있다. 따라서, 지방족 폴리에스테르 수지의 기계적 강도를 보완해 주기 위하여, 상기 수지의 제조 과정 중에 방향족 모노머를 포함시켜 합성한 지방족-방향족 공중합체 형태의 생분해성 수지를 제조하는 방법이 개발되었다.In order to solve the above problems, studies have been made on aliphatic polyester resins having biodegradability. However, the aliphatic polyester resin has a disadvantage in that it has excellent biodegradability but lacks mechanical properties. Accordingly, in order to compensate the mechanical strength of the aliphatic polyester resin, there has been developed a method for producing a biodegradable resin in the form of an aliphatic-aromatic copolymer synthesized by incorporating an aromatic monomer during the production of the resin.

상기 지방족-방향족 공중합체 형태의 생분해성 수지로 대표적인 것이 폴리(부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트)(poly(butylene adipate-co-terephthalate); PBAT)이다. 상기 PBAT에 방향족 모노머로서 통상 사용되는 것이 디메틸 테레프탈레이트(dimethyl terephthalate, DMT)이다. 상기 DMT는 200℃이하의 반응 온도에서도 반응이 가능하여 반응을 쉽게 유도할 수 있다는 장점을 갖는다. 그러나, 고가라는 점 때문에 비용적 부담이 크다는 문제점이 있다.Poly (butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) is a typical biodegradable resin in the form of an aliphatic-aromatic copolymer. A commonly used aromatic monomer in PBAT is dimethyl terephthalate (DMT). The DMT has an advantage that the reaction can be easily conducted at a reaction temperature of 200 ° C or lower. However, there is a problem that the cost burden is large due to the high price.

이에, 상기 DMT 보다 저렴한 방향족 모노머를 사용하여 공중합체를 제조하고자 하는 노력이 계속되어 왔다. 대표적인 예로서 방향족 디카르복실산인 테레프탈산(purified terephthalic acid, PTA)을 공중합체의 합성 반응에 이용하는 방법이 제시되었다.Accordingly, efforts have been made to produce copolymers using aromatic monomers lower in cost than DMT. As a representative example, a method of using purified terephthalic acid (PTA), an aromatic dicarboxylic acid, in the synthesis reaction of a copolymer has been proposed.

예컨대, 특허문헌 1(US 8,614,280 B2)에는 테레프탈산, 아디프산, 1,4-부탄디올 및 글리세롤을 물리적으로 혼합하고, 그 혼합물에 추가의 1,4-부탄디올 및 테트라부틸오르토티타네이트(TBOT)를 첨가하면서 240℃의 온도, 1.5시간의 체류시간, 0.85bar의 압력에서 에스테르화 반응시킨 후, 예비축합, 축중합 및 사슬연장 반응을 거쳐 PBAT를 제조하는 실시예가 기재되어 있다. For example, in Patent Document 1 (US 8,614,280 B2), terephthalic acid, adipic acid, 1,4-butanediol and glycerol are physically mixed, and further 1,4-butanediol and tetrabutylorthotitanate (TBOT) Is subjected to an esterification reaction at a temperature of 240 DEG C, a residence time of 1.5 hours and a pressure of 0.85 bar, and then subjected to pre-condensation, polycondensation and chain extension to prepare PBAT.

그러나, 상기 실시예에 따르면, 고온(240℃)의 에스테르화 반응시 테레프탈산의 높은 산가와 낮은 용해도로 인해 1,4-부탄디올(1,4-butanediol, BDO)이 다량 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF)으로 변환되는 부반응이 야기된다. 이에, 특허문헌 1에서는 상기 부반응에 의한 1,4-부탄디올의 손실율을 감안하여, 상기 1,4-부탄디올을 테레프탈산 및 아디프산 총량 대비 2배 이상의 몰비로 사용하였다. 이렇게 과량으로 투입된 1,4-부탄디올 중 일부는 상기와 같이 THF로 변환되는 이외에도 감압 및 고온 조건하에서 유출수 내에 포함되어 반응기 밖으로 빠져 나오는데, 이러한 유출수로의 1,4-부탄디올의 손실율 또한 10%이상의 비중을 차지한다. 이 경우 고가의 1,4-부탄디올을 재활용하기 위해 별도의 특수한 회수 설비로 1,4-부탄디올을 리사이클(recycle)하여야 하는 단점이 있다.However, according to the above-mentioned embodiment, 1,4-butanediol (BDO) is a major component of tetrahydrofuran (THF) due to high acid value of terephthalic acid and low solubility in the esterification reaction at a high temperature ) Is caused to occur. Accordingly, in consideration of the loss ratio of 1,4-butanediol by the side reaction, the 1,4-butanediol is used in a molar ratio of 2 times or more with respect to the total amount of terephthalic acid and adipic acid. Part of the 1,4-butanediol charged in such an excess amount is converted into THF as described above, but is also contained in the effluent under the reduced pressure and high temperature conditions to escape from the reactor. The loss ratio of 1,4-butanediol to the effluent is also 10% Respectively. In this case, there is a disadvantage that 1,4-butanediol should be recycled by a special recovery equipment in order to recycle the expensive 1,4-butanediol.

상기 PBAT를 제조하는 다른 종래의 방법으로서, 특허문헌 2(국내 공개특허공보 제10-2014-0018468호)에는 반응기에서 1,4-부탄디올과 아디프산, 테트라부틸 티타네이트, 트리페닐 포스페이트, 글리세린을 혼합하여 1차 에스테르 반응시킨 후, 상기 반응기에 테레프탈산을 순차적으로 분할 투입하여 2차 에스테르화 반응시키고, 이어서 축중합 반응을 거쳐 PBAT를 제조하는 실시예가 기재되어 있고, 이때 상기 1차 및 2차 에테스화 반응은 상압(1bar)에서 수행된다고 기재하고 있다.As another conventional method for producing the PBAT, Patent Document 2 (Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0018468) discloses a process for producing PBAT by reacting 1,4-butanediol with adipic acid, tetrabutyl titanate, triphenyl phosphate, glycerin Is subjected to a primary esterification reaction, terephthalic acid is sequentially added and added to the reactor to carry out a secondary esterification reaction, and then a polycondensation reaction is carried out to prepare PBAT. In this case, the primary and secondary It is stated that the acetylation reaction is carried out at atmospheric pressure (1 bar).

상기 특허문헌 2는 상기 방법에 의해 테레프탈산의 용해도를 증가시킴으로써 부반응에 의한 1,4-부탄디올의 THF 전환율을 감소시킬 수 있다고 기재하고 있다. 그러나, 여전히 부반응 억제효과가 부족한 실정이고, 유출수 내에 포함되어 반응기 밖으로 빠져나오는 1,4-부탄디올의 손실 문제 또한 해소되지 못하였다.Patent Document 2 discloses that the THF conversion of 1,4-butanediol can be reduced by side reactions by increasing the solubility of terephthalic acid by the above method. However, the effect of suppressing the side reaction is still insufficient, and the problem of the 1,4-butanediol loss which is contained in the effluent and escaped from the reactor has not been solved.

즉, 특허문헌 1에서와 같이 감압 하에서 에스테르화 반응을 수행하거나, 특허문헌 2에서와 같이 상압 하에서 에스테르화 반응을 수행하는 방식으로는 부반응에 의한 THF 발생 및 유출수로의 1,4-부탄디올의 손실 문제가 해소되기 어려운 바, 이러한 문제를 해소할 수 있는 생분해성 폴리에스테르 수지 중합기술에 대한 연구가 필요한 실정이다.That is, in the method of performing the esterification reaction under reduced pressure as in Patent Document 1, or performing the esterification reaction under atmospheric pressure as in Patent Document 2, the generation of THF by side reaction and the loss of 1,4-butanediol It is difficult to solve the problem, and it is necessary to study biodegradable polyester resin polymerization technology which can solve such problems.

USUS 86142808614280 B2B2 USUS 10201400184681020140018468 AA

본 발명은 1.5 ~ 4bar(절대압) 범위의 가압 상태에서 에스테르화 반응시키는 단계를 포함함으로써 유출수로의 지방족 디히드록시 화합물의 손실율을 최소화하고, THF와 같은 부산물 발생을 억제할 수 있는 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention relates to a process for producing a biodegradable polyester (hereinafter abbreviated as " biodegradable polyester ") capable of minimizing the loss rate of an aliphatic dihydroxy compound to an effluent and suppressing the generation of by-products such as THF by performing an esterification reaction under a pressure of 1.5 to 4 bar To provide a method for producing a resin.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 (1) 지방족 디히드록시 화합물, 지방족 디카르복실산 화합물 및 방향족 디카르복실산 화합물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계; (2) 상기 슬러리를 1.5 ~ 4bar(절대압) 범위의 가압 상태에서 에스테르화 반응시키는 단계; 및 (3) 상기 에스테르화 반응 생성물을 축중합 반응시키는 단계;를 포함하는 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법을 제공한다. Disclosure of the Invention In order to solve the above problems, the present invention provides a process for producing a slurry, comprising: (1) mixing an aliphatic dihydroxy compound, an aliphatic dicarboxylic acid compound and an aromatic dicarboxylic acid compound to prepare a slurry; (2) esterifying the slurry under a pressure of from 1.5 to 4 bar (absolute pressure); And (3) polycondensation of the esterification reaction product. The present invention also provides a method for producing a biodegradable polyester resin.

상기 슬러리에서 고형분의 함량은 40 ~ 90중량%일 수 있고, 상기 (1) 단계에서 상기 슬러리는 상기 지방족 디히드록시 화합물, 지방족 디카르복실산 화합물 및 방향족 디카르복실산 화합물을 25 ~ 80℃에서 30분 ~ 3시간동안 교반하여 제조될 수 있다.The slurry may have a solid content of 40 to 90% by weight. In the step (1), the slurry may contain the aliphatic dihydroxy compound, the aliphatic dicarboxylic acid compound, and the aromatic dicarboxylic acid compound at 25 to 80 ° C For 30 minutes to 3 hours.

바람직하게, 상기 지방족 디히드록시 화합물은 1,4-부탄디올일 수 있고, 상기 방향족 디카르복실산 화합물은 테레프탈산(PTA)일 수 있다.Preferably, the aliphatic dihydroxy compound may be 1,4-butanediol, and the aromatic dicarboxylic acid compound may be terephthalic acid (PTA).

상기 지방족 디히드록시 화합물의 함량은 지방족 및 방향족 디카르복실산 화합물의 합계량 1몰에 대하여 1.3 ~ 1.7몰일 수 있다.The content of the aliphatic dihydroxy compound may be 1.3 to 1.7 moles based on 1 mole of the total amount of the aliphatic and aromatic dicarboxylic acid compounds.

상기 (2) 단계에서, 상기 슬러리에 촉매, 열안정제 및 분지제로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상을 포함하는 첨가제를 더 투입한 후, 가압 상태에서 에스테르화 반응을 실시할 수 있다.In the step (2), an additive including at least one selected from the group consisting of a catalyst, a heat stabilizer and a branching agent may be further added to the slurry, and the esterification reaction may be performed under a pressurized condition.

상기 첨가제는 촉매 및 열안정제를 포함할 수 있고, 상기 열안정제에 대한 촉매의 투입 중량비(촉매/열안정제)는 1.5 ~ 5.5일 수 있다.The additive may include a catalyst and a heat stabilizer, and the weight ratio of the catalyst to the heat stabilizer (catalyst / thermal stabilizer) may be 1.5 to 5.5.

상기 열안정제는 아인산, 유기 포스파이트(phosphite) 및 유기 포스페이트(phosphate)로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상을 포함할 수 있다.The thermal stabilizer may include one or more selected from the group consisting of phosphorous acid, organic phosphites, and organic phosphates.

상기 분지제는 탄소수 3 내지 6인 3관능 이상의 다가 알코올 분지제일 수 있으며, 상기 분지제의 투입량은 상기 축중합 반응 생성물 중량대비 0.095 ~ 0.23중량%일 수 있다.The branching agent may be a trifunctional or multivalent alcohol branching agent having 3 to 6 carbon atoms, and the amount of the branching agent may be 0.095 to 0.23% by weight based on the weight of the condensation polymerization product.

그리고, 본 발명에 따른 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법은 상기 (3) 단계에 따라 제조된 상기 축중합 반응 생성물을 사슬연장 반응시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for producing a biodegradable polyester resin according to the present invention may further comprise the step of subjecting the condensation polymerization product produced according to the step (3) to a chain extension reaction.

본 발명의 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법에 따르면, 에스테르화 반응을 1.5 ~ 4bar(절대압) 범위의 가압 조건하에서 진행함으로써 방향족 디카르복실산 화합물의 용해성을 증가시키고 정반응 속도 및 유출수 배출을 가속화할 수 있다. 그럼으로써, 에스테르화 반응시 지방족 디히드록시 화합물이 THF와 같은 부산물로 변환되는 부반응이 억제될 수 있고, 유출수에 포함되어 빠져나가는 지방족 디히드록시 화합물의 손실율이 최소화될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따르면 지방족 디히드록시 화합물의 사용량을 줄일 수 있다.According to the process for producing a biodegradable polyester resin of the present invention, the esterification reaction is carried out under a pressurizing condition in the range of 1.5 to 4 bar (absolute pressure), thereby increasing the solubility of the aromatic dicarboxylic acid compound and accelerating the reaction rate of the reaction and effluent discharge . Thus, in the esterification reaction, the side reaction in which the aliphatic dihydroxy compound is converted into a by-product such as THF can be suppressed, and the loss rate of the aliphatic dihydroxy compound included in the effluent can be minimized. Therefore, according to the present invention, the use amount of the aliphatic dihydroxy compound can be reduced.

예컨대, 상기 방향족 디카르복실산 화합물로 테레프탈산을 사용하고 지방족 디히드록시 화합물로 1,4-부탄디올을 사용할 경우, 가압조건에서 에스테르화 반응을 진행하면 부반응이 억제되어 THF의 생성율이 감소될 수 있다. 또한, 유출수 내에 포함되어 빠져나가는 1,4-부탄디올의 손실율 또한 현저히 감소되므로, 고가인 1,4-부탄디올을 회수하기 위한 별도의 리사이클 설비가 필요하지 않다.For example, when terephthalic acid is used as the aromatic dicarboxylic acid compound and 1,4-butanediol is used as the aliphatic dihydroxy compound, the side reaction is inhibited and the production rate of THF is reduced when the esterification reaction is conducted under the pressurized condition . In addition, since the loss rate of 1,4-butanediol escaped in the effluent is also significantly reduced, there is no need for a separate recycling facility for recovering the expensive 1,4-butanediol.

본 발명은 (1) 지방족 디히드록시 화합물, 지방족 디카르복실산 화합물 및 방향족 디카르복실산 화합물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계; (2) 상기 슬러리를 1.5 ~ 4bar(절대압) 범위의 가압 상태에서 에스테르화 반응시키는 단계; 및 (3) 상기 에스테르화 반응 생성물을 축중합 반응시키는 단계;를 포함하는 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to (1) a process for producing a slurry by mixing an aliphatic dihydroxy compound, an aliphatic dicarboxylic acid compound and an aromatic dicarboxylic acid compound; (2) esterifying the slurry under a pressure of from 1.5 to 4 bar (absolute pressure); And (3) subjecting the esterification reaction product to polycondensation. The present invention also relates to a method for producing a biodegradable polyester resin.

본 발명의 일 실시예에 따른 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법에 대해 단계별로 살펴보면 하기와 같다.A method of manufacturing a biodegradable polyester resin according to an embodiment of the present invention will be described step by step.

(1) 슬러리 제조단계(1) Slurry preparation step

이 단계는 지방족 디히드록시 화합물, 지방족 디카르복실산 화합물 및 방향족 디카르복실산 화합물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계이다.This step is a step of preparing a slurry by mixing an aliphatic dihydroxy compound, an aliphatic dicarboxylic acid compound and an aromatic dicarboxylic acid compound.

상기 슬러리에서 고형분의 함량은 40 ~ 90중량%인 것이 바람직하다. 여기서, 슬러리란 액체 중에 고형분이 화학적 또는 물리적으로 분산된 유동성이 적은 고농도의 현탁액을 말하는 것으로, 본 발명에서 상기 고형분의 함량은 상기 슬러리 총 중량을 100중량%로 하였을 때, 상기 슬러리에 포함된 지방족 및 방향족 디카르복실산 화합물의 중량%을 이르는 것이다. 상기 고형분의 함량이 40중량% 미만일 경우 저점도로 제조된 슬러리를 모노 펌프를 통해 연속적으로 에스테르화 반응기에 이송하는데 어려움이 있고, 반면 90중량%를 초과할 경우 각각의 성분들이 균일하게 혼합된 슬러리를 제조하기 어려울 수 있다. The solid content of the slurry is preferably 40 to 90% by weight. Here, the term " slurry " refers to a suspension of high concentration in which the solid content is chemically or physically dispersed in the liquid, and the content of the solid content in the present invention is such that when the total weight of the slurry is 100 wt% And the weight% of the aromatic dicarboxylic acid compound. When the solid content is less than 40% by weight, it is difficult to continuously transfer the slurry prepared at a low point to the esterification reactor through a mono pump. On the other hand, when the content of the slurry exceeds 90% by weight, It may be difficult to manufacture.

본 발명에서, 상기 슬러리는 상기 지방족 디히드록시 화합물, 지방족 디카르복실산 화합물 및 방향족 디카르복실산 화합물을 25 ~ 80℃에서 30분 ~ 3시간동안 교반하여 제조될 수 있으나, 교반온도 및 시간은 특별하게 제한되는 것은 아니다. 상기 슬러리의 제조 온도 및 시간을 상기 범위로 조절함으로써 상기 화합물들이 균일하게 혼합된 유동성이 적은 슬러리가 제조될 수 있다.In the present invention, the slurry may be prepared by stirring the aliphatic dihydroxy compound, the aliphatic dicarboxylic acid compound and the aromatic dicarboxylic acid compound at 25 to 80 ° C for 30 minutes to 3 hours, Is not particularly limited. By adjusting the temperature and time for the preparation of the slurry to the above-mentioned range, a slurry having a low fluidity and uniformly mixing the compounds can be prepared.

상기 지방족 디히드록시 화합물은 에탄디올, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 2,4-디메틸-2-에틸-1,3-헥산디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 2-에틸-2-부틸-1,3-프로판디올, 2-에틸-2-이소부틸-1,3-프로판 디올 및 2,2,4-트리메틸-1,6-헥산디올로 이루어진 군에서 선택되는 일종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게 1,4-부탄디올일 수 있다.The aliphatic dihydroxy compound may be at least one selected from the group consisting of ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, Ethyl-2-ethyl-1,3-hexanediol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, -Isobutyl-1,3-propanediol, and 2,2,4-trimethyl-1,6-hexanediol, preferably 1,4-butanediol.

상기 지방족 디카르복실산 화합물은 말론산, 숙신산, 글루타르산, 2-메틸글루타르산, 3-메틸글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸디산, 도데칸디산, 브라실산, 테트라데칸디산, 푸마르산, 2,2-디메틸글루타르산, 수베르산, 말레산, 이타콘산 및 말레산으로 이루어진 군에서 선택되는 일종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게 아디프산일 수 있다.The aliphatic dicarboxylic acid compound may be at least one selected from the group consisting of malonic acid, succinic acid, glutaric acid, 2-methylglutaric acid, 3-methylglutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, May include one or more selected from the group consisting of acid, dodecanedic acid, brassylic acid, tetradecanedic acid, fumaric acid, 2,2-dimethylglutaric acid, suberic acid, maleic acid, itaconic acid and maleic acid, Preferably adipic acid.

그리고, 상기 방향족 디카르복실산 화합물은 테레프탈산, 이소프탈산, 2,6-나프토산 및 1,5-나프토산으로 이루어진 군에서 선택되는 일종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게 테레프탈산(purified terephthalic acid, PTA)일 수 있다.The aromatic dicarboxylic acid compound may include at least one member selected from the group consisting of terephthalic acid, isophthalic acid, 2,6-naphthoic acid and 1,5-naphthoic acid, and preferably terephthalic acid (terephthalic acid, PTA).

상기 지방족 디히드록시 화합물의 함량은 지방족 및 방향족 디카르복실산 화합물의 합계량 1몰에 대하여 1.3 ~ 1.7몰일 수 있다. 이는, 본 발명에 따라 에스테르화 반응 공정을 가압 하에서 수행함으로써 부반응을 감소시켜 얻어지는 효과로, 기존의 감압방식에 비하여 지방족 디히드록시 화합물의 사용량을 현저히 낮춘 것이다.The content of the aliphatic dihydroxy compound may be 1.3 to 1.7 moles based on 1 mole of the total amount of the aliphatic and aromatic dicarboxylic acid compounds. This is achieved by reducing the side reaction by performing the esterification reaction step under pressure in accordance with the present invention, thereby significantly lowering the amount of the aliphatic dihydroxy compound to be used compared to the conventional reduced pressure method.

(2) 에스테르화 반응 단계(2) Esterification reaction step

이 단계는 상기 슬러리를 1.5 ~ 4bar(절대압) 범위의 가압 상태에서 에스테르화 반응시키는 단계이다. 이때, 상기 가압은 질소(N2), 아르곤(Ar) 및 이들의 혼합기체를 포함하는 불활성 기체 또는 상기 불활성 기체와 CO2의 혼합가스를 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 불활성 기체에 의한 가압 방식을 이용함으로써 방향족 디카르복실산 화합물의 용해성이 증가될 수 있고, 정반응 속도 및 유출수 배출이 가속화될 수 있다. 이에 따라, 부반응이 억제될 수 있고, 유출수로의 지방족 디히드록시 화합물의 손실율이 최소화될 수 있다.This step is an esterification reaction of the slurry under a pressure of 1.5 to 4 bar (absolute pressure). At this time, the pressurization may be performed using an inert gas containing nitrogen (N 2 ), argon (Ar) and a mixed gas thereof, or a mixed gas of the inert gas and CO 2 . By using such an inert gas pressure method, the solubility of the aromatic dicarboxylic acid compound can be increased, and the reaction rate of the reaction and effluent discharge can be accelerated. Thus, the side reaction can be suppressed and the loss rate of the aliphatic dihydroxy compound to the effluent can be minimized.

상기 에스테르화 반응시 압력이 1.5bar 미만일 경우, 에스테르화 반응시 부반응에 의한 부산물(by-product)이 다량 발생되고, 유출수로의 지방족 디히드록시 화합물 손실율이 높게 나타난다. 특히, 상기와 같은 낮은 압력 하에서 방향족 디카르복실산 화합물로 테레프탈산을 사용하고 지방족 디히드록시 화합물로 1,4-부탄디올을 사용할 경우, 고온(> 200℃)의 에스테르화 반응 과정에서 테레프탈산의 높은 산가와 낮은 용해도로 인해 1,4-부탄디올이 THF로 변환되는 부반응 발생율이 높아지고, 유출수 내에 포함되어 빠져나가는 미반응 1,4-부탄디올의 손실이 높아져 고가의 1,4-부탄디올 손실을 회수하기 위한 별도의 리사이클 설비가 요구된다. 반면, 상기 에스테르화 반응시 압력이 4bar를 초과할 경우 에스테르화 반응 전환율이 떨어지는 문제가 발생된다.When the pressure is less than 1.5 bar during the esterification reaction, a large amount of by-products due to the side reaction occurs during the esterification reaction, and the loss rate of the aliphatic dihydroxy compound to the effluent is high. Particularly, when terephthalic acid is used as the aromatic dicarboxylic acid compound and 1,4-butanediol is used as the aliphatic dihydroxy compound under such a low pressure as described above, the high acid value of terephthalic acid in the esterification reaction at a high temperature (> 200 ° C) Butanediol is converted to THF due to low solubility, and the loss of unreacted 1,4-butanediol escaped from the effluent is increased to separate the 1,4-butanediol loss Recycling facilities are required. On the other hand, when the pressure is higher than 4 bar during the esterification reaction, there arises a problem that the esterification conversion rate is lowered.

상기 (2) 단계에서, 상기 슬러리에 촉매, 열안정제 및 분지제로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상을 포함하는 첨가제를 더 투입한 후, 가압 상태에서 에스테르화 반응을 실시할 수 있다.In the step (2), an additive including at least one selected from the group consisting of a catalyst, a heat stabilizer and a branching agent may be further added to the slurry, and the esterification reaction may be performed under a pressurized condition.

상기 첨가제는 촉매 및 열안정제를 포함할 수 있고, 이 경우 상기 열안정제에 대한 촉매의 투입 중량비(촉매/열안정제)는 1.5 ~ 5.5일 수 있다. 상기 비율이 1.5 미만일 경우 최종적으로 제조되는 생분해성 폴리에스테르 수지의 색도는 우수하지만 반응속도가 느려 생산성이 저하될 우려가 있고, 반면 5.5를 초과할 경우 반응속도는 빠르지만 지방족/방향족 폴리에스테르 수지의 열적 안정성 및 색도가 불량해질 우려가 있다.The additive may comprise a catalyst and a heat stabilizer, wherein the weight ratio of catalyst input to the heat stabilizer (catalyst / thermal stabilizer) may be 1.5 to 5.5. When the ratio is less than 1.5, the biodegradable polyester resin finally produced has excellent chromaticity, but the reaction rate is slow and the productivity may be deteriorated. On the other hand, when the ratio is more than 5.5, the reaction rate is fast, but the aliphatic / aromatic polyester resin There is a possibility that the thermal stability and the chromaticity become poor.

상기 촉매는 상기 에스테르화 반응을 촉진시키는 역할을 수행하는 것으로, 칼슘아세테이트, 망간아세테이트, 마그네슘아세테이트, 아연아세테이트, 모노부틸산화주석, 디부틸산화주석, 이염화디부틸주석, 모노부틸히드록시 산화주석, 옥틸틴, 테트라부틸주석, 테트라페닐주석, 트리에틸티타네이트, 아세틸트리프로필티타네이트, 테트라메틸티타네이트, 테트라프로필티타네이트, 테트라이소프로필티타네이트, 테트라 n-부틸티타네이트 및 테트라(2-에틸헥실)티타네이트로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상을 포함할 수 있다.The catalyst serves to accelerate the esterification reaction. Examples of the catalyst include calcium acetate, manganese acetate, magnesium acetate, zinc acetate, monobutyltin oxide, dibutyltin oxide, dibutyltin dichloride, monobutylhydroxy tin oxide, Octyltin, tetrabutyltin, tetraphenyltin, triethyltitanate, acetyltripropyltitanate, tetramethyltitanate, tetrapropyltitanate, tetraisopropyltitanate, tetra n-butyltitanate and tetra (2-ethyl Hexyl) titanate, and the like.

상기 열안정제는 상기 촉매로 인해 부가적으로 촉진될 수 있는 역반응 및 부반응을 억제하여 생분해성 폴리에스테르 수지의 열적 안정성 및 색도를 개선하기 위해 첨가되는 것이다. 상기 열안정제는 아인산, 유기 포스파이트(phosphite) 및 유기 포스페이트(phosphate)로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게 아인산, 아포스폰산(phosphonous acid), 트리메틸포스파이트, 트리에틸포스파이트, 트리프로필포스파이트, 트리페닐포스파이트, 소듐포스파이트, 소듐하이포포스파이트 및 트리페닐포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 일종 이상을 포함할 수 있다.The heat stabilizer is added to improve the thermal stability and chromaticity of the biodegradable polyester resin by suppressing the adverse reactions and side reactions that can be additionally promoted by the catalyst. The thermal stabilizer may include at least one member selected from the group consisting of phosphorous acid, organic phosphites and organic phosphates, preferably phosphorous acid, phosphonous acid, trimethyl phosphite, triethyl phosphite, Triphenyl phosphite, sodium phosphite, sodium hypophosphite, and triphenyl phosphate. These phosphates may be used alone or in combination of two or more thereof.

상기 분지제는 중합체 제조시에 선형의 올리고머 사이를 연결함으로써 가지형(brenched)의 중합체를 얻기 위해 사용되는 첨가제로서, 짧은 사슬의 알코올 타입 분지제일 수 있고, 바람직하게 탄소수 3 내지 6인 3관능 이상의 다가 알코올 분지제일 수 있다. 구체적으로, 상기 분지제는 글리세롤, 펜타에리트리톨 및 트리메틸올프로판으로 이루어진 군에서 선택되는 일종 이상을 포함할 수 있다. 상기한 예시한 분지제들은 3개 이상의 히드록시기(-OH)를 가지며, 관능기로서 카르복시(-COOH)기를 갖지 않기 때문에 최종적으로 제조된 생분해성 폴리에스테르 수지의 산가를 낮추는데 도움을 줄 수 있어 바람직하다.The branching agent may be an alcohol type branching agent of a short chain, which is used for obtaining a polymer of brenched by linking linear oligomers in the production of the polymer, and preferably a trifunctional or more It may be a polyhydric alcohol branching agent. Specifically, the branching agent may include one or more selected from the group consisting of glycerol, pentaerythritol, and trimethylolpropane. The illustrated branching agents are preferable because they have three or more hydroxyl groups (-OH) and do not have a carboxy (-COOH) group as a functional group because they can help lower the acid value of the finally produced biodegradable polyester resin.

상기 분지제의 투입량은 축중합 반응 생성물 중량대비 0.095 ~ 0.23중량%인 것이 바람직하다. 상기 투입량이 0.095중량% 미만일 경우 원하는 분자량의 생분해성 폴리에스테르 수지를 얻기 어려울 수 있고, 반면 0.23중량%를 초과할 경우 국부적으로 겔화가 진행되어 생분해성 폴리에스테르 수지의 최종 물성에 영향을 줄 우려가 있다.The amount of the branching agent is preferably 0.095 to 0.23% by weight based on the weight of the polycondensation product. If the amount is less than 0.095% by weight, it may be difficult to obtain a biodegradable polyester resin having a desired molecular weight. On the other hand, if the amount is more than 0.23% by weight, local gelation may proceed and the final properties of the biodegradable polyester resin may be affected have.

(3) 축중합 반응 단계(3) Concentration polymerization step

이 단계는 상기 (2) 단계에 따라 얻어진 에스테르화 반응 생성물을 축중합 반응시키는 단계이다.This step is a step of polycondensation of the esterification reaction product obtained in the step (2).

상기 축중합 반응은 에스테르화 반응 생성물(올리고머)의 고분자량화를 위하여 수행되는 것으로, 0.1 ~ 2torr 진공 하에서 220 ~ 260℃의 온도범위로 40 ~ 300분간 진행될 수 있다. 상기 축중합 반응시 중합온도가 220℃ 미만이면 올리고머의 반응성이 낮아 축중합시간이 증가할 우려가 있고, 반면 260℃를 초과하면 생성된 중합체의 열분해가 발생할 우려가 있어 바람직하지 않다. 또한, 상기 축중합 반응시 중합압력이 2torr를 초과하면 축중합 반응을 수행하기 위한 부산물(예컨대, 1,4-부탄디올)의 제거가 유리하지 않아 중합시간이 증가할 우려가 있어 바람직하지 않고, 0.1 Torr 미만으로는 낮춰지기가 현실적으로 어렵다.The polycondensation reaction is carried out for the purpose of increasing the molecular weight of the esterification reaction product (oligomer), and may be carried out in a temperature range of 220 to 260 ° C under a vacuum of 0.1 to 2 Torr for 40 to 300 minutes. If the polymerization temperature is lower than 220 deg. C, the reactivity of the oligomer is lowered, and the condensation polymerization time may increase. On the other hand, if the temperature exceeds 260 deg. C, pyrolysis of the resulting polymer may occur. When the polymerization pressure is higher than 2 Torr, the removal of the by-product (for example, 1,4-butanediol) for carrying out the condensation polymerization reaction is not advantageous, It is practically difficult to lower it below Torr.

상기 축중합 반응이 진행됨에 따라 미반응 원료(미반응 모노머), 저분자 올리고머가 제거됨과 동시에, 올리고머가 축중합되면서 고분자량의 생분해성 폴리에스테르 수지가 얻어진다.As the condensation polymerization proceeds, unreacted raw materials (unreacted monomers) and low molecular weight oligomers are removed, and oligomers are condensation-polymerized to obtain high molecular weight biodegradable polyester resins.

한편, 본 발명에 따른 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법은 상기 (3) 단계에 따라 제조된 상기 축중합 반응 생성물을 사슬연장 반응시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 축중합 반응 생성물은 용융상태에서 바로 사슬연장되거나, 혹은 펠렛화된 후 재용융되어 사슬연장될 수 있다. In the meantime, the method for producing a biodegradable polyester resin according to the present invention may further comprise a chain extension reaction of the condensation polymerization product produced in the step (3). At this time, the polycondensation reaction product may be directly chain-extended in a molten state, or may be chain-elongated after being pelletized and remelted.

이와 같이, 상기 (1) 내지 (3) 단계를 거쳐 사슬연장반응이 수행될 경우, 이들 각각의 과정은 배치식, 연속식 및 반연속식 방식 중 선택된 어느 하나의 방식으로 수행될 수 있다. 이때, 반연속식 방식을 사용할 경우, 상기 (1) 내지 (3)단계는 연속식으로, 사슬연장반응 단계는 배치식으로 수행될 수 있다.Thus, when the chain extension reaction is performed through the steps (1) to (3), each of these processes can be performed in any one of a batch mode, a continuous mode and a semi-continuous mode. In this case, when the semi-continuous method is used, the steps (1) to (3) may be carried out continuously, and the chain extension reaction step may be carried out batchwise.

이러한 사슬연장 반응은 공지의 방법에 따라 제한없이 수행될 수 있으며, 예컨대 상기 축중합 반응 후 사슬 연장제를 투입하여 반응시키는 방법으로 수행될 수 있다. This chain extension reaction can be carried out without limitation according to a known method, for example, by a method of introducing a chain extender after the condensation polymerization and reacting.

상기 사슬연장제로는 다가 이소시아네이트 화합물, 예컨대 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 크실릴렌 디이소시아네이트, 1,5-나프틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 트리페닐메탄 트리이소시아네이트로 이루어지는 군에서 선택된 일종 이상이 사용될 수 있다.Examples of the chain extender include polyisocyanate compounds such as 2,4-toluene diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, xylylene diisocyanate, 1,5-naphthylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate Isocyanate, and triphenylmethane triisocyanate may be used.

상기 사슬연장제의 함량은 상기 축중합 반응 생성물 100중량부를 기준으로 0.01 ~ 5중량부일 수 있고, 이러한 사슬 연장 반응을 통해 분자량을 증가시킴으로써 원하는 물성을 갖는 생분해성 수지가 얻어질 수 있다.The content of the chain extender may be 0.01 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the polycondensation product, and the biodegradable resin having desired physical properties can be obtained by increasing the molecular weight through the chain extension reaction.

이하, 실시예들을 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these embodiments.

실시예 1Example 1

슬러리 탱크에 테레프탈산(PTA) 3kg (18.06mol), 아디프산(AA) 3.22kg (22.04mol) 및 1,4-부탄디올(BDO) 5.42kg (60.14mol)을 30℃에서 1시간동안 교반하여 슬러리를 제조하였다. 이때, 고형분의 함량은 53.4중량%이다.(18.06 mol) of terephthalic acid (PTA), 3.22 kg (22.04 mol) of adipic acid (AA) and 5.42 kg (60.14 mol) of 1,4-butanediol (BDO) were stirred in a slurry tank at 30 DEG C for 1 hour, . At this time, the solid content was 53.4 wt%.

이어서, 상기 슬러리를 모노 펌프를 통해 에스테르화 반응기로 이송하고, 여기에 촉매인 테트라 n-부틸 티타네이트 3.4g 및 열안정제인 아인산 0.87g, 분지제인 글리세롤 10.4g을 추가 투입하였다. 그리고 나서, 상기 반응기 내부 압력을 질소(N2)가스를 이용하여 2bar(절대압)까지 가압한 후, 240℃까지 승온하면서 2bar로 유지한 상태에서 260분 동안 에스테르화 반응을 실시하였다. 이때, 생성된 물은 상기 에스테르화 반응기 외부로 유출되었다. 이때, 상기 BDO의 투입량(60.14mol)은 상기 TPA 및 AA의 합계량(40.1mol)을 1몰로 환산하였을때 1.5몰이다.Subsequently, the slurry was transferred to an esterification reactor through a mono pump, to which 3.4 g of tetra n-butyl titanate as a catalyst, 0.87 g of phosphorous acid as a heat stabilizer, and 10.4 g of glycerol as a branching agent were further added. Then, the internal pressure of the reactor was pressurized to 2 bar (absolute pressure) by using nitrogen (N 2 ) gas, and the esterification reaction was carried out for 260 minutes while maintaining the pressure at 2 bar while raising the temperature to 240 ° C. At this time, the produced water flowed out of the esterification reactor. At this time, the input amount of BDO (60.14 mol) is 1.5 mol when the total amount of TPA and AA (40.1 mol) is converted into 1 mol.

상기 에스테르화 반응이 종료된 후, 에스테르화 반응 생성물을 축중합 반응기로 이송하고, 240℃에서 1torr(0.0013bar)까지 서서히 감압하면서 170분동안 축중합 반응을 실시하였다. 그 결과물로서 생분해성 폴리에스테르 수지인 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트(poly(butylene adipate-co-terephthalate); PBAT)(Ⅰ-1)가 8.25kg 제조되었다.After the completion of the esterification reaction, the esterification reaction product was transferred to a condensation polymerization reactor, and condensation polymerization was carried out for 170 minutes while gradually reducing pressure from 240 ° C. to 1 torr (0.0013 bar). As a result, 8.25 kg of polybutylene adipate-co-terephthalate (PBAT) (I-1) which is a biodegradable polyester resin was prepared.

실시예 2Example 2

상기 BDO의 투입량을 4.70kg (52.13mol)으로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 PBAT(Ⅰ-2)를 제조하였다. 이때, BDO의 투입량(52.13mol)은 상기 TPA 및 AA의 합계량(40.1mol)을 1몰로 환산하였을때 1.3몰이고, 상기 고형분의 함량은 56.96중량%이며, 제조된 PBAT(Ⅰ-2)의 중량은 8.21kg이다. PBAT (I-2) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of BDO was adjusted to 4.70 kg (52.13 mol). At this time, the amount of BDO (52.13 mol) was 1.3 mol when the total amount (40.1 mol) of TPA and AA was converted to 1 mol, the solid content was 56.96 wt%, and the weight of PBAT Is 8.21 kg.

실시예 3Example 3

상기 실시예 1에 따라 제조된 상기 슬러리를 모노 펌프를 통해 에스테르화 반응기로 이송하고, 여기에 상기 실시예 1과 동량의 테트라 n-부틸 티타네이트, 아인산, 글리세롤을 추가 투입하였다. 그리고 나서, 상기 반응기 온도가 220℃로 상승할 때까지 내부 압력을 4bar(절대압)로 유지하고, 이어서 상기 온도를 240℃까지 승온하면서 압력을 2bar(절대압)로 조절한 후 에스테르화 반응종료시까지 동일 압력으로 유지하였다. 이때, 상기 반응기 온도가 220℃에 도달하기까지 180분, 이후 240℃에 도달하기까지 40분 소요되었으며, 이후 240℃에 도달한 후 2bar(절대압)의 압력 하에서 40분 동안 에스테르화 반응을 진행하였다.The slurry prepared in Example 1 was transferred to an esterification reactor through a mono pump, and tetra n-butyl titanate, phosphorous acid and glycerol were added thereto in the same amount as in Example 1. Then, the internal pressure was maintained at 4 bar (absolute pressure) until the temperature of the reactor rose to 220 ° C., the pressure was increased to 2 bar (absolute pressure) while the temperature was raised to 240 ° C., Pressure. At this time, it took about 180 minutes until the temperature of the reactor reached 220 ° C and then 40 minutes until reaching 240 ° C. After reaching 240 ° C, the esterification reaction was conducted for 40 minutes under a pressure of 2 bar (absolute pressure) .

상기 에스테르화 반응이 종료된 후, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 PBAT(Ⅰ-3)를 제조하였다.After completion of the esterification reaction, PBAT (I-3) was prepared in the same manner as in Example 1.

실시예 4Example 4

상기 열안정제로서 아인산 0.87g 대신에 트리페닐포스페이트 1.3g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 PBAT(Ⅰ-4)를 제조하였다. PBAT (I-4) was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1.3 g of triphenylphosphate was used instead of 0.87 g of phosphorous acid as the heat stabilizer.

실시예 5Example 5

상기 실시예 1에 따라 축중합 반응이 종료된 후, 반응기로부터 토출된 스트랜드(strand)를 수중 냉각시키고 나서 펠렛타이저(pelletizer)로 펠렛화하여 PBAT(Ⅰ-1) 칩(chip)을 제조하였다. After completion of the condensation polymerization according to Example 1, the strand discharged from the reactor was cooled in water and then pelletized with a pelletizer to prepare a PBAT (I-1) chip .

이어서, 상기 PBAT(Ⅰ-1) 칩(chip) 1kg 및 사슬연장제인 헥사메틸렌디이소시아네이트 5g을 슈퍼믹서에 혼합하고, 이를 이축 압출기(SM 플라텍사 제품, L/D: 40/1, 직경: 65mm)에 투입하여 180℃에서 1.5분동안 사슬연장반응을 수행하였다. 그 후, 상기 이축압출기로부터 토출된 스트랜드를 수중 냉각시킨 후, 펠렛타이저(pelletizer)로 펠렛화하여 PBAT(Ⅱ-1) 칩(chip)을 제조하였다.Subsequently, 1 kg of the PBAT (I-1) chip and 5 g of hexamethylene diisocyanate as a chain extender were mixed in a super mixer, and this was mixed with a twin-screw extruder (product of SM Plate, L / D: 40/1, ) And chain extension reaction was carried out at 180 ° C for 1.5 minutes. Thereafter, the strand discharged from the twin-screw extruder was cooled in water and then pelletized with a pelletizer to prepare a PBAT (II-1) chip.

실시예 6 내지 8Examples 6 to 8

실시예 6은 상기 실시예 2에 따라 제조된 PBAT(Ⅰ-2)를, 실시예 7은 상기 실시예 3에 따라 제조된 PBAT(Ⅰ-3)를, 실시예 8은 상기 실시예 4에 따라 제조된 PBAT(Ⅰ-4)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 PBAT(Ⅱ-2) 칩(chip), PBAT(Ⅱ-3) 칩(chip) 및 PBAT(Ⅱ-4) 칩(chip)을 각각 제조하였다.Example 6 was prepared in the same manner as in Example 2 except that PBAT (I-2) prepared in Example 2 was used, PBAT (I-3) prepared in Example 7 was used in Example 7, (II-2) chip, a PBAT (II-3) chip and a PBAT (II-4) chip were obtained in the same manner as in Example 5 except that the prepared PBAT (I- respectively.

실시예 9Example 9

상기 실시예 1에 따라 축중합 반응이 완료된 용융상태의 PBAT(Ⅰ-1) 1kg을 기어펌프를 통해 정량적으로 이축압출기(SM 플라텍사 제품, L/D: 40/1, 직경: 65mm) 투입구로 공급하고 동시에 헥사메틸렌디이소시아네이트 4g을 정량펌프를 통해 상기 투입구에 공급한 후, 이축압출기에서 190℃로 1.5분동안 사슬연장반응을 수행하였다. 그 후, 상기 이축압출기로부터 토출된 스트랜드를 수중 냉각시킨 후, 펠렛타이저(pelletizer)로 펠렛화하여 PBAT(Ⅱ-5) 칩(chip)을 제조하였다.1 kg of molten PBAT (I-1) in which the condensation polymerization reaction was completed according to Example 1 was quantitatively injected through a gear pump into a twin-screw extruder (product of SM Platte, L / D: 40/1, diameter: 65 mm) And 4 g of hexamethylene diisocyanate was supplied to the inlet through a metering pump, and then a chain extension reaction was carried out at 190 DEG C for 1.5 minutes in a twin-screw extruder. Thereafter, the strand discharged from the twin-screw extruder was cooled in water and then pelletized with a pelletizer to prepare a PBAT (II-5) chip.

실시예 10 내지 12Examples 10 to 12

실시예 10은 상기 실시예 2에 따라 제조된 PBAT(Ⅰ-2)를, 실시예 11은 상기 실시예 3에 따라 제조된 PBAT(Ⅰ-3)를, 실시예 12는 상기 실시예 4에 따라 제조된 PBAT(Ⅰ-4)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 9와 동일한 방법으로 PBAT(Ⅱ-6) 칩(chip), PBAT(Ⅱ-7) 칩(chip) 및 PBAT(Ⅱ-8) 칩(chip)을 각각 제조하였다.Example 10 is PBAT (I-3) prepared in accordance with Example 3, Example 11 is PBAT (I-3) prepared in accordance with Example 3, Example 12 is PBAT (II-6) chip, a PBAT (II-7) chip and a PBAT (II-8) chip in the same manner as in Example 9 except that the prepared PBAT (I- respectively.

비교예 1Comparative Example 1

에스테르화 반응기에 BDO 5.42kg (60.14mol), AA 3.22kg (22.04mol), 촉매인 테트라 n-부틸 티타네이트 3.4g, 열안정제인 아인산 0.87g, 분지제인 글리세롤 10.4g을 혼합한 후, 승온하여 200℃에서 1차 에스테르 반응시켰다. 이때, 1차 에스테르 반응시간은 77분이고, 에스테르화 반응기 내부압력은 1bar의 상압 상태로 제어하였다.To the esterification reactor, 5.42 kg (60.14 mol) of BDO, 3.22 kg (22.04 mol) of AA, 3.4 g of tetra n-butyl titanate as a catalyst, 0.87 g of phosphorous acid as a heat stabilizer and 10.4 g of glycerol as a branching agent were mixed, Followed by primary esterification at 200 < 0 > C. At this time, the primary ester reaction time was 77 minutes, and the pressure inside the esterification reactor was controlled at 1 bar.

이어서, 상기 에스테르화 반응기 내부온도를 230℃까지 승온시킨 후, PTA를 15분마다 4회에 거쳐 동량씩 분할 투입하면서 2차 에스테르화 반응을 진행하였다. 이때, 상기 PTA의 총 투입량은 3kg (18.06mol)이고, 상기 PTA의 3회차 투입시 반응기 내부 온도를 240℃로 승온하였으며, 이어서 상기 PTA의 4회차 투입 이후 30분동안 동일 온도에서 2차 에스테르화 반응을 더 진행시켰다. 그리고, 상기 2차 에스테르 반응 총 시간은 90분이고, 압력은 1차 에스테르 반응와 동일하게 1bar의 상압 상태를 유지하였다.Then, the internal temperature of the esterification reactor was raised to 230 ° C., and the secondary esterification reaction was carried out while adding the same amount of PTA four times every 15 minutes. In this case, the total amount of the PTA was 3 kg (18.06 mol), the internal temperature of the reactor was raised to 240 ° C during the third injection of the PTA, and then the secondary esterification The reaction was further advanced. The total secondary esterification reaction time was 90 minutes, and the pressure was maintained at 1 bar at atmospheric pressure as in the case of the primary ester reaction.

상기 에스테르화 반응이 종료된 후, 에스테르화 반응 생성물을 축중합 반응기로 이송하고, 240℃에서 1torr(0.0013bar)까지 서서히 감압하면서 180분간 축중합 반응을 실시하여 PBAT(Ⅰ-5)를 제조하였다.After completion of the esterification reaction, the esterification reaction product was transferred to a polycondensation reactor and subjected to polycondensation reaction for 180 minutes at 240 ° C. and gradually reduced to 1 torr (0.0013 bar) to produce PBAT (I-5) .

비교예 2, 비교예 4 및 비교예 5Comparative Example 2, Comparative Example 4 and Comparative Example 5

상기 에스테르화 반응기 내부압력을 하기의 표 1에 기재된 바와 같이 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 PBAT(Ⅰ-6), PBAT(Ⅰ-8), PBAT(Ⅰ-9), 를 제조하였다.PBAT (I-6), PBAT (I-8) and PBAT (I-9) were obtained in the same manner as in Example 1 except that the pressure inside the esterification reactor was adjusted as shown in Table 1 below. .

비교예 3Comparative Example 3

상기 BDO의 투입량을 7.95kg (88.22mol)으로 조절한 것을 제외하고는 비교예 2와과 동일한 방법으로 PBAT(Ⅰ-7)를 제조하였다. 이때, BDO의 투입량(88.22mol)은 상기 TPA 및 AA의 합계량(40.1mol)을 1몰로 환산하였을때 2.2몰이고, 고형분의 함량은 43.90중량%이다.PBAT (I-7) was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, except that the amount of BDO was adjusted to 7.95 kg (88.22 mol). At this time, the charged amount (88.22 mol) of BDO was 2.2 mol when the total amount (40.1 mol) of TPA and AA was converted to 1 mol, and the solid content was 43.90% by weight.

<평가방법><Evaluation method>

1. 전환율(%)1. Conversion rate (%)

본 평가방법에서 전환율은 에스테르화 반응 전환율을 나타낸다. 상기 전환율은 에스테르화 반응 후 생성된 올리고머의 산가를 하기의「5. 산가측정」방법에 의해 자동적정기(Autotitrator)를 이용하여 측정하고, 이론적인 산가 대비 상기 올리고머 산가의 비율로 평가하였다.In this evaluation method, the conversion rate represents the conversion rate of the esterification reaction. The conversion rate is determined by the acid value of the oligomer produced after the esterification reaction, Quot; acid value measurement &quot; method, and evaluated by the ratio of the oligomeric acid to the theoretical acid value.

2. THF 생성율 및 BDO 손실율2. THF production rate and BDO loss rate

먼저, 상기 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 5에 따른 에스테르화 반응시, 에스테르화 반응기 외부로 유출된 물(유출수) 내에 포함되어 있는 THF 및 BDO의 함량을 가스 크로마토그래피를 이용하여 측정하였다. 그리고, BDO의 투입량을 기준으로 상기 유출수 내에 포함되어 있는 THF 및 BDO 함량의 비율을 계산하여 각각 THF 생성율 및 BDO 손실율로 평가하였다. First, in the esterification reactions according to Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 5, the content of THF and BDO contained in water (effluent) flowing out of the esterification reactor was measured by gas chromatography . Then, the ratio of the THF and BDO contents contained in the effluent was calculated on the basis of the BDO input amount, and evaluated by the THF generation rate and the BDO loss rate, respectively.

3. 용융지수(melt index, MI)3. Melt index (MI)

용융지수는 ASTM D1238에 의거하여 측정되었다. 구체적으로, 190℃의 온도 및 2.16kg 하중 하에서 10분간 오리피스(반지름: 2mm, 길이: 8mm)를 통과하여 흘러나오는 양(g)을 용융지수(MI)로 측정하였다. The melt index was measured according to ASTM D1238. Specifically, the amount (g) flowing out through an orifice (radius: 2 mm, length: 8 mm) for 10 minutes under a temperature of 190 캜 and a load of 2.16 kg was measured by a melt index (MI).

단, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5의 경우, 축중합 반응 종료 후, 반응기로부터 토출된 스트랜드를 수중 냉각시키고 나서 펠렛타이저로 펠렛화하여 PBAT(Ⅰ-1 내지 Ⅰ-9) 칩(chip)을 각각 제조하고, 상기 각각의 칩을 이용하여 용융지수를 측정하였다. 그리고, 실시예 5 내지 12의 경우, 각 방법에 따라 제조된 PBAT(Ⅱ-1 내지 Ⅱ-8) 칩(chip)을 이용하여 용융지수를 측정하였다.However, in the case of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5, after the end of the condensation polymerization, the strand discharged from the reactor was cooled in water and then pelletized with a pelletizer to obtain PBAT (I-1 to I- and each of the chips was used to measure the melt index. In the case of Examples 5 to 12, the melt index was measured using PBAT (II-1 to II-8) chips prepared according to the respective methods.

4. 색도4. Chromaticity

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에 따른 PBAT(Ⅰ-1 내지Ⅰ-9)로부터 제조된 PBAT(Ⅰ-1 내지 Ⅰ-9) 칩(chip)(평가방법 3 참조), 그리고 실시예 5 내지 12에 따라 제조된 PBAT(Ⅱ-1 내지 Ⅱ-8) 칩(chip)의 색도 L* 및 b*를 Konica Minolta 색차계를 사용하여 CIE-L*a*b*(CIE 1976) 표색계에서 측정하였다. "L*"값은 밝기를 나타내고, 이 수치가 클수록 밝다. "b*"값은 황색 정도를 나타내고, 이 수치가 클수록 황색도가 높아 백색도가 떨어진다.PBAT (I-1 to I-9) chips (see Evaluation Method 3) prepared from PBAT (I-1 to I-9) according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5, The chromaticities L * and b * of the PBAT (II-1 to II-8) chips prepared according to Examples 5 to 12 were measured using a Konica Minolta colorimeter to CIE-L * a * b * (CIE 1976) Respectively. The "L *" value indicates the brightness, and the larger the value, the brighter. The "b *" value indicates the degree of yellow color, and the higher the value, the higher the degree of yellowness.

5. 산가 측정5. Acid value measurement

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5 에 따른 PBAT(Ⅰ-1 내지Ⅰ-9)로부터 제조된 PBAT(Ⅰ-1 내지 Ⅰ-9) 칩(chip)(평가방법 3 참조), 그리고 실시예 5 내지 12에 따라 제조된 PBAT(Ⅱ-1 내지 Ⅱ-8) 칩(chip) 0.5g을 25oC 에서 클로로포름(Chloroform) 30ml에 용해시키고, 여기에 추가로 에틸알코올 20ml를 첨가하여 용액을 제조한 후, 상기 용액을 자동적정기(Autotitrator)에서 0.1N KOH로 적정하여 산가를 측정하였다.PBAT (I-1 to I-9) chips (see Evaluation Method 3) prepared from PBAT (I-1 to I-9) according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5, 0.5 g of the PBAT (II-1 to II-8) chip prepared according to Examples 5 to 12 was dissolved in 30 ml of chloroform at 25 ° C, and further 20 ml of ethyl alcohol was added thereto to prepare a solution After the preparation, the solution was titrated with 0.1N KOH in an autotitrator to determine the acid value.

에스테르화 반응 압력Esterification reaction pressure BDO
몰비*
BDO
Molar ratio *
전환율Conversion Rate THF
생성율
THF
Generation rate
BDO
손실율
BDO
Loss rate
MI
(g/10min)
MI
(g / 10 min)
산가
(mgKOH/g)
Acid value
(mgKOH / g)
색도
(L*/b*)
Chromaticity
(L * / b *)
실시예1Example 1 2bar2 bar 1.5몰1.5 moles 97%97% 5.7%5.7% 0.5%0.5% 3030 0.800.80 85/11.085 / 11.0 실시예2Example 2 2bar2 bar 1.3몰1.3 moles 95%95% 6.6%6.6% 0.4%0.4% 2929 0.880.88 85/12.085 / 12.0 실시예3Example 3 4 →2bar4 → 2bar 1.5몰1.5 moles 97%97% 5.3%5.3% 0.3%0.3% 3131 0.750.75 84/9.984 / 9.9 실시예4Example 4 2bar2 bar 1.5몰1.5 moles 97%97% 6.0%6.0% 0.4%0.4% 2828 0.910.91 86/10.086 / 10.0 실시예5Example 5 2bar2 bar 1.5몰1.5 moles 97%97% 5.7%5.7% 0.5%0.5% 3.83.8 0.790.79 87/9.587 / 9.5 실시예6Example 6 2bar2 bar 1.3몰1.3 moles 95%95% 6.6%6.6% 0.4%0.4% 3.63.6 0.880.88 87/10.287 / 10.2 실시예7Example 7 4 →2bar4 → 2bar 1.5몰1.5 moles 97%97% 5.3%5.3% 0.3%0.3% 3.93.9 0.740.74 86/8.786 / 8.7 실시예8Example 8 2bar2 bar 1.5몰1.5 moles 97%97% 6.0%6.0% 0.4%0.4% 3.43.4 0.900.90 88/8.888 / 8.8 실시예9Example 9 2bar2 bar 1.5몰1.5 moles 97%97% 5.7%5.7% 0.5%0.5% 3.63.6 0.800.80 87/10.087 / 10.0 실시예10Example 10 2bar2 bar 1.3몰1.3 moles 95%95% 6.6%6.6% 0.4%0.4% 3.43.4 0.860.86 87/11.087 / 11.0 실시예11Example 11 4 →2bar4 → 2bar 1.5몰1.5 moles 97%97% 5.3%5.3% 0.3%0.3% 3.53.5 0.730.73 86/9.286 / 9.2 실시예12Example 12 2bar2 bar 1.5몰1.5 moles 97%97% 6.0%6.0% 0.4%0.4% 3.23.2 0.880.88 87/9.587 / 9.5 비교예1Comparative Example 1 1bar
(상압)
1bar
(Atmospheric pressure)
1.5몰1.5 moles 97%97% 10.5%10.5% 14.3%14.3% 3232 0.870.87 81/10.081 / 10.0
비교예2Comparative Example 2 0.85bar
(감압)
0.85 bar
(Decompression)
1.5몰1.5 moles 96%96% 6.6%6.6% 9.9%9.9% 2828 0.830.83 84/11.084 / 11.0
비교예3Comparative Example 3 0.85bar
(감압)
0.85 bar
(Decompression)
2.2몰2.2 moles 98%98% 9.1%9.1% 11.7%11.7% 3030 0.730.73 84/17.084 / 17.0
비교예4Comparative Example 4 1.2bar1.2bar 1.5몰1.5 moles 97%97% 8.5%8.5% 5.0%5.0% 3232 0.920.92 83/12.083 / 12.0 비교예5Comparative Example 5 5bar5 bar 1.5몰1.5 moles 85%85% 4.0%4.0% 0.3%0.3% 8080 1.21.2 84/15.084 / 15.0

상기 표 1을 살펴보면, 본 발명의 실시예 1 내지 12에 따라 1.5 ~ 4 bar 범위의 가압상태에서 에스테르화 반응을 실시한 경우, 감압, 상압 또는 1.5 bar 미만의 압력 하에서 에스테르화 반응을 실시한 비교예 1 내지 4에 비하여 THF 생성율은 동등 이하 수준으로 나타났고, BDO 손실율이 현저히 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 이때, 에스테르화 반응압력을 제외한 모든 조건을 동일하게 하여 PBAT를 제조한 실시예 1과 비교예 2를 비교해보면, 본 발명에 따라 가압상태에서 에스테르화 반응을 진행할 경우 BDO 손실율 뿐만 아니라 THF 생성율이 모두 낮아졌음을 확인할 수 있다.The results are shown in Table 1. The results are shown in Table 1. Comparative Example 1 wherein the esterification reaction was carried out under the pressure of 1.5 to 4 bar and the esterification reaction was carried out under reduced pressure, To 4, the THF production rate was found to be equal to or less than that, and the BDO loss rate was remarkably lowered. Comparing Example 1 and Comparative Example 2 in which PBAT was produced under the same conditions except for the esterification reaction pressure, when the esterification reaction was carried out under a pressurized state according to the present invention, not only the BDO loss ratio but also the THF generation rate , Respectively.

또한, 상기 에스테르화 반응을 5bar의 고압 상태에서 실시한 비교예 5의 경우, THF 생성율 및 BDO 손실율은 낮아졌지만, 에스테르화 반응 전환율이 현저히 낮고, 용융지수 및 산가가 과도하게 높게 나타났으며, 색도 b값이 높아 백색도가 떨어지는 것을 알 수 있다.In the case of Comparative Example 5 in which the esterification reaction was carried out at a high pressure of 5 bar, although the THF production rate and the BDO loss rate were lowered, the esterification conversion conversion rate was remarkably low, the melt index and the acid value were excessively high, It can be seen that the whiteness is low due to the high value.

또한, 상기 실시예 1 내지 4에 따라 축중합된 PBAT(Ⅰ)를 용융상태에서 바로 사슬연장 반응시키거나 또는 펠렛화시킨 후 재용융시켜 사슬연장제와 반응시킨 실시예 5 내지 12의 PBAT(Ⅱ) 칩(chip)의 경우, 낮은 용용지수는 나타내는바 가공성이 우수함으로 확인할 수 있고, 낮은 산가를 나타내는바 내가수분해성이 우수한 것을 확인할 수 있으며, 낮은 b*값을 나타내는 바 백색도가 우수한 것을 확인할 수 있다. In addition, PBAT (II) of Examples 5 to 12 in which the condensation-condensed PBAT (I) was directly subjected to chain extension reaction in a molten state or pelletized and then remelted to react with the chain extender In the case of a chip, the low solubility index can be confirmed by excellent processability, and it shows low acid value, and it can be confirmed that the hydrolysis resistance is excellent, and it is confirmed that the whiteness is excellent when the b * value is low have.

그러므로, 사슬연장반응 과정을 거친 PBAT의 경우, 이종의 생분해성 수지(예컨대 전분, 폴리락트산 혹은 폴리부틸렌숙시네이트 등)와의 배합을 통한 저가의 필름 용도개발에 사용함에 있어서 우수한 물성을 확보할 수 있다.Therefore, in the case of PBAT that has undergone the chain extension reaction process, excellent physical properties can be secured in the development of a low-cost film application by blending with a different biodegradable resin (for example, starch, polylactic acid or polybutylene succinate) have.

이상, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 권리범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (9)

(1) 지방족 디히드록시 화합물, 지방족 디카르복실산 화합물 및 방향족 디카르복실산 화합물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계;
(2) 상기 슬러리를 1.5 ~ 4bar(절대압) 범위의 가압 상태에서 에스테르화 반응시키는 단계; 및
(3) 상기 에스테르화 반응 생성물을 축중합 반응시키는 단계를 포함하는 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법.
(1) preparing a slurry by mixing an aliphatic dihydroxy compound, an aliphatic dicarboxylic acid compound, and an aromatic dicarboxylic acid compound;
(2) esterifying the slurry under a pressure of from 1.5 to 4 bar (absolute pressure); And
(3) A method for producing a biodegradable polyester resin, which comprises polycondensing the esterification reaction product.
제1항에 있어서,
상기 슬러리에서 고형분의 함량은 40 ~ 90중량%인 것을 특징으로 하는 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solid content of the slurry is 40 to 90% by weight.
제1항에 있어서,
상기 지방족 디히드록시 화합물은 1,4-부탄디올이고, 상기 방향족 디카르복실산 화합물은 테레프탈산(PTA)인 것을 특징으로 하는 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the aliphatic dihydroxy compound is 1,4-butanediol, and the aromatic dicarboxylic acid compound is terephthalic acid (PTA).
제1항에 있어서,
상기 지방족 디히드록시 화합물의 함량은 지방족 및 방향족 디카르복실산 화합물의 합계량 1몰에 대하여 1.3 ~ 1.7몰인 것을 특징으로 하는 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the aliphatic dihydroxy compound is 1.3 to 1.7 moles relative to 1 mole of the total amount of the aliphatic and aromatic dicarboxylic acid compounds.
제1항에 있어서,
상기 (2) 단계에서, 상기 슬러리에 촉매, 열안정제 및 분지제로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상을 포함하는 첨가제를 더 투입한 후, 가압 상태에서 에스테르화 반응을 실시하는 것을 특징으로 하는 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (2) further comprises adding an additive containing at least one selected from the group consisting of a catalyst, a heat stabilizer and a branching agent to the slurry, and then carrying out an esterification reaction under a pressurized condition A method for producing a resin.
제5항에 있어서,
상기 첨가제는 촉매 및 열안정제를 포함하고, 상기 열안정제에 대한 촉매의 투입 중량비(촉매/열안정제)는 1.5 ~ 5.5인 것을 특징으로 하는 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the additive comprises a catalyst and a heat stabilizer, and the catalyst weight ratio (catalyst / thermal stabilizer) to the heat stabilizer is 1.5 to 5.5.
제5항에 있어서,
상기 열안정제는 아인산, 유기 포스파이트(phosphite) 및 유기 포스페이트(phosphate)로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the thermal stabilizer comprises at least one selected from the group consisting of phosphorous acid, organic phosphites, and organic phosphates.
제5항에 있어서,
상기 분지제는 탄소수 3 내지 6인 3관능 이상의 다가 알코올 분지제이고, 상기 분지제의 투입량은 상기 축중합 반응 생성물 중량대비 0.095 ~ 0.23중량%인 것을 특징으로 하는 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the branching agent is a trifunctional or more polyfunctional alcohol branching agent having 3 to 6 carbon atoms and the amount of the branching agent is 0.095 to 0.23 wt% based on the weight of the polycondensation reaction product.
제1항에 있어서,
상기 (3) 단계에 따라 제조된 상기 축중합 반응 생성물을 사슬연장 반응시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 폴리에스테르 수지의 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of subjecting the condensation polymerization product produced according to the step (3) to a chain extension reaction.
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