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KR-20260060501-A - BIOMASS-CONTAINING POLYESTER POLYOL PRODUCTS AND METHODS OF PRODUCING THEREOF

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Abstract

본 개시의 일 실시 양태에 따르면, 제1 공정 온도에서, 반응기에 글리콜 성분 및 개질제 성분을 투입하여 제1 반응 혼합물을 형성하는 제1 단계; 상기 제1 반응 혼합물을 제2 공정 온도로 승온시키는 제2 단계; 상기 승온된 제1 반응 혼합물에 산 성분 및 촉매를 투입하고 제1 진공 하에서 제3 공정 온도로 승온시켜 제1 반응 생성물을 수득하는 제3 단계; 상기 제1 반응 생성물을 제2 진공 하에서 반응시켜 제2 반응 생성물을 수득하는 제4 단계; 상기 제2 반응 생성물을 제4 공정 온도로 냉각시키는 제5 단계; 및 상기 냉각된 제2 반응 생성물을 제3 진공을 가하여 폴리에스터 폴리올 제품을 수득하는 제6 단계를 포함하는, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법이 제공될 수 있다.

Inventors

  • 정하윤
  • 김성민

Assignees

  • 유니온화성주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241024

Claims (15)

  1. 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법으로서: 제1 공정 온도에서, 반응기에 글리콜 성분 및 개질제 성분을 투입하여 제1 반응 혼합물을 형성하는 제1 단계; 상기 제1 반응 혼합물을 제2 공정 온도로 승온시키는 제2 단계; 상기 승온된 제1 반응 혼합물에 산 성분 및 촉매를 투입하고 제1 진공 하에서 제3 공정 온도로 승온시켜 제1 반응 생성물을 수득하는 제3 단계; 상기 제1 반응 생성물을 제2 진공 하에서 반응시켜 제2 반응 생성물을 수득하는 제4 단계; 상기 제2 반응 생성물을 제4 공정 온도로 냉각시키는 제5 단계; 및 상기 냉각된 제2 반응 생성물을 제3 진공을 가하여 폴리에스터 폴리올 제품을 수득하는 제6 단계를 포함하고, 상기 글리콜 성분은 1,4-부탄디올(1,4-butandiol)이고, 상기 산 성분은 말단에 카르복실기를 갖는 2가산이고, 상기 폴리에스터 폴리올 제품의 색상은 APHA 30 이하의 규격을 만족시키고, 상기 폴리에스터 폴리올 제품의 산가는 0.30이하인, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개질제 성분은 트리메틸올프로판, 펜타에리스테롤, 네오펜틸글리콜, 글리세린, 및 에틸렌글리콜로부터 선택되는 하나 이상인, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 개질제 성분은 펜타에리스테롤, 네오펜틸글리콜, 및 글리세린을 포함하는 것인, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 펜타에리스테롤은 전체 폴리에스터 폴리올 100중량부를 기준으로 3 내지 7중량부로 포함되는 것인, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 네오펜틸글리콜은 전체 폴리에스터 폴리올 100중량부를 기준으로 3 내지 7중량부로 포함되는 것인, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 글리세린은 전체 폴리에스터 폴리올 100중량부를 기준으로 1 내지 3중량부로 포함되는 것인, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 산 성분은 세박산(Sebacic acid), 숙신산(Succinic acid), 아디픽산(Adipic acid), 아젤라산(Azelaic acid), 및 이타콘산(Itaconic acid)으로부터 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.
  8. 제7항에 있어서, 상기 산 성분은 아디픽산 및 이타콘산을 포함하는 것인, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 아디픽산은 전체 산 성분 100중량부를 기준으로 60 내지 80중량부로 포함되고, 상기 이타콘산은 전체 산 성분 100중량부를 기준으로 20 내지 40중량부로 포함되는 것인, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 산 성분은 에폭시 수지, 산화프로필렌(Propylene oxide), 산화에틸렌(Ethylene oxide), 트리메틸올프로판 옥사이드(Trimethylolpropane oxide), 및 글리시돌(Glycidol)로부터 선택되는 하나 이상을 추가로 포함하는 것인, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 산 성분은 산화프로필렌, 산화에틸렌, 및 글리시돌을 추가로 포함하는 것인, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 산화프로필렌은 전체 제1 반응 혼합물 100중량부를 기준으로 1 내지 3중량부로 포함되는 것인, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 산화에틸렌은 전체 제1 반응 혼합물 100중량부를 기준으로 0.5 내지 2중량부로 포함되는 것인, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 글리시돌은 전체 제1 반응 혼합물 100중량부를 기준으로 0.5 내지 1.5중량부로 포함되는 것인, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제6 단계 이후, 제조된 상기 폴리에스터 폴리올 제품의 전체 중량을 기준으로 5중량%의 물을 반응기에 투입하고, 섭씨 60 내지 120도에서 30 내지 90분 동안 진공 감압하여, 폴리에스터 폴리올 제품의 전체 중량을 기준으로 200ppm 이하의 물이 잔존하도록 물을 추출하는 제7 단계를 추가로 포함하는, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법.

Description

바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품 및 이의 제조 방법{BIOMASS-CONTAINING POLYESTER POLYOL PRODUCTS AND METHODS OF PRODUCING THEREOF} 본 개시는 바이오매스(Biomass)를 함유하는 열가소성 폴리우레탄 고기능성 섬유소재를 제조하기 위한, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 개시는 폴리에스터 폴리올 제품에 있어 바이오매스 물질이 원료 물질의 80중량% 이상인 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법, 바람직하게는 상기 바이오매스 물질이 원료 물질의 100중량%인 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 상기 폴리에스터 폴리올 제품은 우수한 색상 및 반응성을 가지는 제품인 폴리에스터 폴리올 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 바이오매스는 재생 가능 에너지의 한 분류로, 태양에너지를 통해 유기물을 합성하는 생물, 및 상기 생물을 식량으로 하는 생물과 같은 생물유기체를 총칭한다. 근대의 산업혁명 이후 눈부시게 발전한 인간의 산업 내지는 공업적 활동 환경에 대해 야기하는 필연적인 손상을 방지하거나 또는 감소하고자 하는 노력의 일환으로 다양한 친환경 에너지에 대한 연구가 진행되고 있으며, 그 중 바이오매스는 지속 가능한 에너지의 한 분류로서 각광받는 분야이다. 특히, 화석 연료를 원료로 제조되는 고분자 플라스틱 재료는 우수한 물성과 안정성을 기반으로 산업과 생활 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있으나, 화석 연료를 원료로 하여 고분자 플라스틱 재료를 제조함에 있어 발생하는 이산화탄소가 환경에 미치는 부정적인 영향으로 인해, 상기 화석 원료 대신 바이오매스를 이용하여 고분자 플라스틱 재료를 제조하여 제조 공정에서 발생하는 이산화탄소의 양을 최소화하려는 노력이 본 개시가 속하는 기술분야에서 다방면으로 이루어지고 있다. 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Polyurethane, 이하 "TPU") 제품은 전통적인 용도에 더하여 최근 휴대폰 방열케이스, 난연매트, 자외선 차단용 모자 등과 같은 제품을 제조하기 위해 상기 TPU 소재에 기능성을 부여하여 TPU 재료를 사용한 제품을 개발하는 추세가 증가하고 있다. 특히 TPU를 사용한 합성 섬유의 수요가 증대됨에 따라, TPU 재료의 공급 또한 증대되고 있으나, 기존의 화석 연료 기반의, 예를 들면 석유계 기반의 TPU 제품은 그 제조 공정에서 다른 화석 연료 기반의 고분자 플라스틱과 마찬가지로 다량의 이산화탄소가 발생하여 환경에 부정적인 영향을 미친다는 큰 단점이 있었다. 특히, 최근 환경 문제가 국제화됨에 따라, 글로벌 환경규제에 따라 발생하는 무역장벽을 극복하기 위하여 환경친화적인 TPU 제품에 대한 수요가 본 개시가 속하는 기술분야의 당면 과제로서 지속적으로 제시되고 있는 실정이다. 폴리에스터 폴리올은 폴리우레탄, 및 폴리우레탄 중에서도 열가소성 폴리우레탄인 TPU를 제조하기 위해 사용되는 대표적인 원료 성분으로서, 상기와 같은 대표성에 의해 최종 수득되는 폴리우레탄 제품의 물성은 그 원료 성분으로 사용되는 폴리에스터 폴리올의 물성에 크게 의존하게 된다. 특히, 폴리우레탄 제품에서 중요하게 취급되는 색상은, 사용되는 폴리에스터 폴리올의 색상에 직접적 또는 간접적으로 의존하게 되므로, 폴리우레탄 제품을 제조함에 있어 폴리에스터 폴리올의 색상은 반드시 고려되고 또한 평가되어야 하는 중요한 치수 중 하나로 취급되고 있다. 이러한 배경 하에서, 폴리에스터 폴리올이 의도한 바와 같이 우수한 색상을 가지는 것은, 본 개시가 속하는 기술분야의 과제로서 제시되어 있다. 폴리우레탄 제품의 제조 공정에서 폴리에스터 폴리올은 이소시아네이트(MDI 및 TDI 등)와 우레탄화 반응을 수행하는데, 상기의 반응에서 폴리에스터 폴리올이 가지는 반응성은 폴리에스터 폴리올의 색상과 마찬가지로 폴리에스터 폴리올의 중요한 물성 중 하나이다. 폴리에스터 폴리올이 상기의 반응을 수행함에 있어 나타내는 우수한 반응성은 전체 공정 중 우레탄화 반응 단계에서 불필요한 공정 시간의 낭비를 방지하고 불순물의 생성을 방지하는 등, 폴리우레탄 제품의 생성에 있어 중요한 역할을 수행하므로, 상기와 같은 폴리에스터 폴리올의 반응성은 본 개시가 속하는 기술분야의 과제로서 또한 제시되어 있다. 한편, 폴리우레탄 제품의 제조 공정에서 폴리에스터 폴리올이 방향족 이소시아네이트와 반응하는 경우, 요망되는 또는 의도되는 수준 이상으로 발색하거나, 상기 수준 이하로 발색되는 경우가 존재함이 또한 당업계에 알려져 있다. 상기와 같은 요망되는 또는 의도되는 수준을 벗어나는 발색은, 폴리우레탄 제품의 원료 성분인 폴리에스터 폴리올의 제조에서 사용되는 촉매의 선정에 따라 도출되는 결과로 알려져 있으며, 상기 촉매의 대표적인 두 분류인 주석(Sn)계 촉매 및 티타늄(Ti)계 촉매의 배합, 즉, 최종 우레탄 제품에서 발색을 발생시키는 티타늄계 촉매와 최종 우레탄 제품에서 발색을 발생시키지 않는 주석계 촉매의 배합의 비율에 영향을 받는다는 사실이 당업계에 알려져 있으며, 따라서 상기와 같은 폴리에스터 폴리올의 제조 과정에서 사용되는 촉매의 배합 비율을 제품에 요망되는 수준의 발색을 제공하도록 조절하는 것이 본 개시가 속하는 기술분야의 과제로서 제시되어 있다. 또한, 폴리에스터 폴리올 제품의 제조에 사용되는 촉매의 양이 과도한 경우, 상기 폴리에스터 폴리올 제품에 상기 촉매가 잔존하게 되는데, 상기의 잔존 촉매는 상기 폴리에스터 폴리올 제품을 원료 성분으로 사용하는 폴리우레탄 제품의 제조 공정에 영향을 미칠 수 있는 위험성을 부여한다. 따라서 상기와 같은 의도되지 않은 가능성을 방지하기 위하여, 본 개시가 속하는 기술분야에서는 폴리에스터 폴리올 제품의 제조에서 사용되는 촉매의 양을 후속되는 우레탄 제조 공정에 영향을 미치지 않는 수준으로 최소화하거나, 또는 상기 잔존 촉매의 활성을 제거하는 과제가 본 개시가 속하는 기술분야에 제시되어 있다. 도 1은 본 개시에 따른 폴리에스터 폴리올 제품을 제조하는 일 실시 양태의 공정의 순서도이다. 이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 본 명세서에서 달리 언급되지 않는 경우, 특정한 단계 내지 공정은 상온에서 진행되는 것일 수 있다. 상온은 섭씨 15 내지 30도의 범위일 수 있고, 바람직하게는 섭씨 20 내지 25의 범위일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통용되는 사전적 의미로 한정하여 해석되도록 의도된 것이 아니며, 통상의 기술자는 상기 용어 또는 단어를 본 명세서 및 특허청구범위가 자명하게 전달하고자 하는 관념을 표현하는 범위 내에서 본 개시가 의미하는 바를 전달하기 위한 범위의 의미로 사용된 것으로 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 명세서에 기재된 본 개시의 측면, 실시 양태, 실시예 등에 기재된 구성들은 통상의 기술자가 본 개시를 이해하고 또 본 개시를 재현할 수 있도록 하기 위해 예시로 제시된 바람직한 것에 불과하고, 본 개시를 이에 한정하고자 하는 의도가 아님을 통상의 기술자는 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 명세서에 기재된 각각의 구성에 관한 설명 및 구체적인 실시예는 각각의 다른 구성의 설명 및 구체적인 실시예에도 자명하게 적용될 수 있다. 즉, 본 명세서에서 개시되는 다양한 구성 및 구체적인 실시예의 모든 가능한 조합은 본 명세서에서 개시하는 범위에 속하는 것으로 통상의 기술자에게 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적인 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 개시의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 개시의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 개시의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 한편, 본 명세서에서 개시된 각각의 설명 및 실시예는 각각의 다른 설명 및 실시예에도 적용될 수 있다. 즉, 본 명세서에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 개시의 범주에 속하고, 일 실시예에서 생략된 기재는 다른 실시예에서 기재된 바와 같은 방식으로 해석될 수 있다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 개시의 범주가 제한된다고 볼 수 없다. 본 개시의 일 측면에 따르면, 바이오매스 함유 폴리에스터 폴리올 제품의 제조 방법으로서: 제1 공정 온도에서, 반응기에 글리콜 성분 및 개질제 성분을 투입하여 제1 반응 혼합물을 형성하는 제1 단계; 상기 제1 반응 혼합물을 제2 공정 온도로 승온시키는 제2 단계; 상기 승온된 제1 반응 혼합물에 산 성분 및 촉매를 투입하고 제1 진공 하에서 제3 공정 온도로 승온시켜 제1 반응 생성물을 수득하는 제3 단계; 상기 제1 반응 생성물을 제2 진공 하에서 반응시