KR100609553B1 - Method for preparing polyethylenenaphthalate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리에틸렌나프탈레이트의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나프탈렌 디카르복실레이트와 디올의 에스테르화 반응 생성물을 용융중합하여 폴리에틸렌나프탈레이트 프리폴리머를 얻은 후 고상중합을 실시하여 고점도의 폴리에틸렌나프탈레이트 폴리머를 제조함에 있어서, 상기 에스테르화 반응 생성물을 나프탈렌 디카르복실레이트 무게에 대하여 10~120ppm의 Ti 촉매의 존재하에 용융중합하여 폴리에틸렌나프탈레이트 프리폴리머 칩을 수득한 다음, 상기 프리폴리머 칩을 70~100℃의 열풍을 이용하여 4시간 이상 1차 건조하고 불활성 기체 또는 진공 분위기 하에서 100~190℃에서 4시간 이상 2차 건조한 후 고상중합하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌나프탈레이트의 제조방법에 관한 것이며, 본 발명에 의하면 고상중합 시간을 단축할 수 있고 융착을 최소화하여 균일한 물성의 폴리에틸렌나프탈레이트 폴리머를 얻을 수 있으며, 이와 같이 제조된 폴리에틸렌나프탈레이트는 방사시 열화물 생성의 원인이 되는 축중합 촉매의 함량이 적기 때문에 방사성이 우수하여 고품질의 산업용 폴리에틸렌나프탈레이트 섬유 제조에 유용하다.
The present invention relates to a method for producing polyethylene naphthalate, and more particularly, melt polymerization of an esterification reaction product of naphthalene dicarboxylate and diol to obtain polyethylene naphthalate prepolymer, followed by solid phase polymerization to obtain high viscosity polyethylene naphthalate. In preparing a polymer, the esterification product is melt polymerized in the presence of 10 to 120 ppm Ti catalyst based on the weight of naphthalene dicarboxylate to obtain a polyethylenenaphthalate prepolymer chip, and then the prepolymer chip is 70 to 100 ° C. It is related to the method for producing polyethylene naphthalate, characterized in that it is first dried for 4 hours or more by using hot air and then subjected to solid phase polymerization for 2 hours or more at 100 to 190 ° C. under an inert gas or vacuum atmosphere. According to this, the solidification time can be shortened. It is possible to obtain a polyethylene naphthalate polymer of uniform physical properties by minimizing fusion, and the polyethylene naphthalate prepared as described above is high in radioactivity because of the low content of the polycondensation catalyst that causes the generation of deterioration during spinning Useful for the production of industrial polyethylene naphthalate fibers.

폴리에틸렌나프탈레이트, 축중합, 고상중합, 융착, Ti 촉매, 건조, 방사성Polyethylene naphthalate, Condensation polymerization, Solid state polymerization, Fusion, Ti catalyst, Drying, Radioactive

Description

폴리에틸렌나프탈레이트의 제조방법{METHOD FOR PREPARING POLYETHYLENENAPHTHALATE}Method for producing polyethylene naphthalate {METHOD FOR PREPARING POLYETHYLENENAPHTHALATE}

본 발명은 폴리에틸렌나프탈레이트의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사시 열화물로 작용하는 축중합 촉매의 사용량을 최소화하고, 용융중합으로부터 수득되는 프리폴리머(prepolymer) 칩의 크기를 최소화하여 뒤이은 고상중합 시간을 단축시킴과 동시에 융착을 줄이기 위해 고상중합 전에 상기 프리폴리머 칩을 2 단계로 건조하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌나프탈레이트의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing polyethylene naphthalate, and more particularly, to minimize the amount of the polycondensation catalyst acting as a thermal decay during spinning, and to minimize the size of the prepolymer chip obtained from melt polymerization. The present invention relates to a method for producing polyethylene naphthalate, characterized in that the prepolymer chip is dried in two steps before solid phase polymerization in order to shorten solid phase polymerization time and reduce fusion.

폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, PET라 함)는 1953년 미국에서 최초로 섬유용으로 상업화가 시작되면서 전 세계적으로 급속하게 성장하였다. PET는 기계적 물성, 내열성, 화학적 안정성 등이 양호하여 많은 분야에서 사용되고 있으며, 특히 섬유, 이축연신 필름, 시트, 음료용 용기 등의 분야에서 매우 큰 수요를 차지하고 있다. 그러나 이러한 PET 수지는 최근 제품의 경량화, 고성능화, 고내열성 등이 요구되면서 그러한 요구물성을 보완해줄 수 있는 폴리에틸렌나프탈레이트(이하, PEN이라 함)로 대체되는 추세이다.Polyethylene terephthalate (hereinafter referred to as PET) grew rapidly around the world in 1953 when it was first commercialized for textile use in the United States. PET has good mechanical properties, heat resistance, chemical stability, etc. and is used in many fields. In particular, PET has a very large demand in fields such as fibers, biaxially oriented films, sheets, and beverage containers. However, these PET resins are recently being replaced by polyethylene naphthalate (hereinafter referred to as PEN) that can compensate for such demands as the product weight, high performance, high heat resistance, etc. are required.

PEN은 PET의 벤젠고리 대신에 강직한 구조를 갖는 나프탈렌 고리구조가 도입됨으로써 기존의 PET와 구조적으로 매우 유사하면서도 유리전이 온도 및 내열성, 인장강도, 크리프(creep) 저항성 등의 기계적 물성이 PET에 비해 매우 우수하며, 기체 차단성이 PET에 비해 5배 이상 뛰어나기 때문에 고강도 박막필름, 배리어성 용기, 내열용기 등에 적극 사용되고 있다. 이러한 특질들로 인해 PEN은 특히 고강도, 고내열성, 내약품성 등을 요구하는 벨트나 호스용 보강재로 적합하며, 타이어 코드에 적용시 최적의 물성을 발현할 수 있다. 기존의 타이어 코드 소재로는 PET, 나일론, 레이온, 아라미드계 섬유 등이 주로 사용되었으나, 레이온과 아라미드계 섬유는 환경문제를 야기하고 높은 제조비용이 소요되는 단점이 있고, PET와 나일론은 고온에서의 강도와 형태 안정성에 문제가 있었다. 이에 비해 PEN은 높은 강도와 내열성, 낮은 열수축률 등을 나타내기 때문에 기존의 고성능 경주용 타이어 코드 소재로부터 시작하여 많은 산업용 자재를 대체할 수 있을 것으로 기대되고 있다.PEN adopts a rigid naphthalene ring structure instead of the benzene ring of PET, which is very similar in structure to existing PET, but its mechanical properties such as glass transition temperature, heat resistance, tensile strength and creep resistance are higher than those of PET. It is very excellent, and gas barrier property is more than 5 times better than PET, so it is actively used for high strength thin film, barrier containers, heat-resistant containers, and the like. These properties make PEN particularly suitable as a reinforcing material for belts and hoses that require high strength, high heat resistance, chemical resistance, etc., and can exhibit optimum physical properties when applied to tire cords. PET, nylon, rayon, and aramid fibers are mainly used as a conventional tire cord material. However, rayon and aramid fibers cause environmental problems and require high manufacturing costs. There was a problem with strength and form stability. On the other hand, PEN is expected to be able to replace many industrial materials starting from the existing high performance racing tire cord material because of its high strength, heat resistance and low heat shrinkage.

PEN의 제조는 제조 설비와 기술이 PET 제조 기술과 상당한 공통점을 지니고 있기 때문에 PET 대체 소재로 여러 산업분야에서 두각을 나타낼 것이 확실시 되지만, 아직까지는 PEN의 합성 기술 및 제반 물성에 대하여 전반적인 기초연구가 부족한 것이 사실이다.Although PEN's manufacturing has a lot in common with PET manufacturing technology, it is certain that PEN's manufacturing will stand out in many industries as a substitute for PET, but so far there is a lack of general basic research on PEN's synthesis technology and physical properties. It is true.

PEN은 상술하였듯이 주쇄에 강직한 분자 사슬을 가짐으로 인해 용융 점도와 점성이 높은 특성이 있다. 따라서 축중합 반응시 중합물 내부의 미반응물과 가스 를 제거하는 것이 어려워 고점도로 고상중합시 융착이 발생하고 많은 시간이 소요되는 것이 문제점으로 지적되어 왔다. 또한 PEN 섬유 제조공정에 있어서 방사시 고온 방사를 실시해야 하므로 폴리머 구금에 열화물이 다량 발생하여 사절 및 핀사를 유발하며, 이로 인해 작업성 및 생산성에 많은 문제점을 야기한다.PEN has a high melt viscosity and viscosity due to the rigid molecular chain in the main chain as described above. Therefore, it has been pointed out that it is difficult to remove unreacted materials and gases in the polymer during the polycondensation reaction, so that fusion occurs during high-phase polymerization and takes a lot of time. In addition, in the PEN fiber manufacturing process, high temperature spinning should be performed during spinning, and a large amount of heat depletion occurs in the polymer detention, causing trimming and pin yarn, which causes many problems in workability and productivity.

종래의 PEN 제조방법의 예를 살펴보면, 미합중국 특허 제 4,799,772호는 알킬렌 카보네이트(alkylene carbonnate)로 PEN 펠렛을 코팅하면 코팅되지 않은 PEN 펠렛에 비하여 낮은 온도에서 더 빨리 결정화시킬 수 있으며, 이러한 방법에 의해 고상중합시 융착 발생을 감소시킬 수 있다고 기술하고 있다. 미합중국 특허 제 4,963,644호는 무정형 PEN 프리폴리머(prepolymer)를 고상중합하는 방법에 관한 것으로, 프리폴리머를 1 단계(one-step)로 불활성 기체 또는 진공 상태에서 80∼140℃로 15분 내지 10시간 동안 가열 건조한 다음, 150∼260℃에서 1분 내지 4시간 동안 결정화를 진행한 후, 240∼260℃에서 고상중합을 실시하여 고점도의 PEN 폴리머를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 미합중국 특허 제 5,294,695호는 나프탈렌 디카르복실레이트와 에틸렌 글리콜의 에스테르화 반응 생성물을 2 단계로 반응시켜 고점도의 PEN을 제조하는 방법에 관한 것으로, 1 단계는 500∼30 Torr, 2 단계는 10∼0.1 Torr의 압력 하에서 축중합 촉매로서 Sb, Li, Ge, Ti, Zn, Pb, Fe, Mn, Mg, Al 또는 Ca을 함유하는 금속화합물 중 하나를 사용하여 축중합물의 용융점도가 0.4∼1.0 dl/g의 범위에 들도록 축중합을 수행하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이러한 방법들 중 어느 것도 고점도 PEN을 얻기 위한 고상중합과 섬유제조 공정에서의 방사시에 수반되는 상술한 문제점들을 만족스럽게 해결하지 못하였다.
Looking at an example of a conventional PEN production method, US Pat. No. 4,799,772 discloses that PEN pellets are coated with alkylene carbonate (alkylene carbonnate) to crystallize at lower temperatures faster than uncoated PEN pellets. It states that fusion can be reduced during solid state polymerization. U.S. Patent No. 4,963,644 relates to a solid phase polymerization of an amorphous PEN prepolymer, wherein the prepolymer is heated in one-step in an inert gas or vacuum at 80-140 ° C. for 15 minutes to 10 hours. Next, the crystallization is performed at 150 to 260 ° C. for 1 minute to 4 hours, and then a solid phase polymerization is performed at 240 to 260 ° C. to prepare a high viscosity PEN polymer. U.S. Patent No. 5,294,695 relates to a method for producing high viscosity PEN by reacting naphthalene dicarboxylate and ethylene glycol esterification product in two steps, one step is 500 to 30 Torr, and the second step is 10 to 0.1 Melt viscosity of the polycondensation polymer was 0.4 to 1.0 dl / using one of the metal compounds containing Sb, Li, Ge, Ti, Zn, Pb, Fe, Mn, Mg, Al or Ca as the polycondensation catalyst under Torr pressure A method of performing condensation polymerization to fall within the range of g is disclosed. However, none of these methods satisfactorily solve the above-mentioned problems associated with spinning in the solid-phase polymerization and fiber manufacturing process to obtain high viscosity PEN.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 나프탈렌 디카르복실레이트와 디올의 에스테르화 반응 생성물의 용융중합 단계에 사용되는 축중합 촉매의 종류와 사용량을 한정함으로써 방사시 핀사 및 사절의 원인이 되는 폴리머 구금 내의 열화물 발생량을 최소화하고, 용융중합으로부터 수득되는 프리폴리머 칩의 크기를 최소화함과 동시에 칩의 건조를 2 단계에 나누어 행함으로써 뒤이은 고상중합 단계에서 융착 발생 및 중합 시간을 최소화할 수 있는 폴리에틸렌나프탈레이트의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, fins and trimming during spinning by limiting the type and amount of the polycondensation catalyst used in the melt polymerization step of the esterification reaction product of naphthalene dicarboxylate and diol By minimizing the amount of deterioration in the polymer detention, which is the cause of the polymer, minimizing the size of the prepolymer chip obtained from the melt polymerization, and drying the chip in two stages, the fusion occurrence and polymerization time in the subsequent solid phase polymerization step are reduced. An object of the present invention is to provide a method for producing polyethylenenaphthalate which can be minimized.

즉, 본 발명은 나프탈렌 디카르복실레이트와 디올의 에스테르화 반응 생성물을 용융중합하여 폴리에틸렌나프탈레이트 프리폴리머를 얻은 후 고상중합을 실시하여 고점도의 폴리에틸렌나프탈레이트 폴리머를 제조함에 있어서, 상기 에스테르화 반응 생성물을 나프탈렌 디카르복실레이트 무게에 대하여 10~120ppm의 Ti 촉매의 존재하에 용융중합하여 폴리에틸렌나프탈레이트 프리폴리머 칩을 수득한 다음, 상기 프리폴리머 칩을 70~100℃의 열풍을 이용하여 4시간 이상 1차 건조하고 불활성 기체 또는 진공 분위기 하에서 100~190℃에서 4시간 이상 2차 건조한 후 고상중합하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌나프탈레이트의 제조방법을 제공한다.
That is, in the present invention, a polyethylene naphthalate prepolymer is obtained by melt-polymerizing an esterification reaction product of naphthalene dicarboxylate and diol and then subjected to solid phase polymerization to prepare a high viscosity polyethylene naphthalate polymer. Melt polymerization was carried out in the presence of 10 to 120 ppm Ti catalyst to the weight of naphthalene dicarboxylate to obtain a polyethylene naphthalate prepolymer chip, and then the prepolymer chip was first dried for 4 hours or more using hot air at 70 to 100 ° C. Provided is a method for producing polyethylene naphthalate, characterized in that the solid-phase polymerization after secondary drying at 100 ~ 190 ℃ for at least 4 hours in an inert gas or vacuum atmosphere.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.                     

본 발명의 폴리에틸렌나프탈레이트 제조방법은 바람직하게는 다음의 단계들을 포함한다:The method for producing polyethylene naphthalate of the present invention preferably comprises the following steps:

i) 나프탈렌 디카르복실레이트와 디올의 에스테르화 반응 생성물을 상기 나프탈렌 디카르복실레이트 무게에 대하여 10~120ppm의 Ti 촉매의 존재하에 용융중합하여 0.2∼0.6 dl/g의 용융점도를 갖는 폴리에틸렌나프탈레이트 프리폴리머 칩을 수득하는 단계;i) polyethylene naphthalate having a melt viscosity of 0.2-0.6 dl / g by melt-polymerizing the naphthalene dicarboxylate and diol esterification reaction product in the presence of 10-120 ppm Ti catalyst by weight of the naphthalene dicarboxylate Obtaining a prepolymer chip;

ii) 상기 프리폴리머 칩을 100℃ 이하의 열풍을 이용하여 4시간 이상 1차 건조한 다음, 불활성 기체 또는 진공 분위기 하에서 100℃ 이상에서 4시간 이상 2차 건조하는 단계; 및 ii) first drying the prepolymer chip by using hot air of 100 ° C. or lower for at least 4 hours, and then second drying the prepolymer chip at 100 ° C. or higher for at least 4 hours under an inert gas or vacuum atmosphere; And

iii) 건조된 프리폴리머 칩을 열처리하여 결정화시킨 다음, 고상중합을 행하여 용융점도가 0.6 dl/g 이상인 고점도 폴리에틸렌나프탈레이트 칩을 수득하는 단계.
iii) crystallizing the dried prepolymer chip by heat treatment, followed by solid phase polymerization to obtain a high viscosity polyethylenenaphthalate chip having a melt viscosity of at least 0.6 dl / g.

본 발명에서는 나프탈렌 디카르복실레이트(이하, NDC라 함)와 디올의 에스테르화 반응시 NDC 무게에 대하여 30ppm 이상의 에스테르화 반응 촉매를 사용하는데, 상기 촉매로는 Mn, K, Li, Ca, Mg, Zn, Al 및 Cd 화합물 중 적어도 1종을 사용할 수 있다. In the present invention, the esterification catalyst of naphthalene dicarboxylate (hereinafter referred to as NDC) and diol uses 30 ppm or more of esterification catalyst with respect to the NDC weight, and as the catalyst, Mn, K, Li, Ca, Mg, At least one of Zn, Al and Cd compounds can be used.

폴리에틸렌나프탈레이트(이하, PEN이라 함)의 중합은 고온에서 수행되기 때문에, 본 발명에 있어서 바람직하게는 용융중합에 앞서 상기 에스테르화 반응 생성물에 열안정제가 첨가된다. 이때 에스테르화 반응 촉매 대 열안정제의 비율은 1:0.3 내지 1:2.0 수준으로 유지하는 것이 바람직한데, 에스테르화 반응 촉매와 열안정제의 비율이 상기 범위를 벗어나면 뒤이은 고상중합 단계에서 열화에 의한 중합물의 색조 변화가 심하게 발생하기 때문에다. 상기 열안정제의 종류는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 포스페이트계 열안정제가 사용된다.Since the polymerization of polyethylene naphthalate (hereinafter referred to as PEN) is carried out at a high temperature, in the present invention, a thermal stabilizer is preferably added to the esterification reaction product prior to melt polymerization. The ratio of esterification catalyst to thermal stabilizer is preferably maintained at a level of 1: 0.3 to 1: 2.0. When the ratio of esterification catalyst to thermal stabilizer is outside of the above range, it is caused by deterioration in the subsequent solid phase polymerization step. This is because a change in color tone of the polymer occurs badly. The kind of the heat stabilizer is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. Preferably, a phosphate heat stabilizer is used.

일반적으로 NDC와 디올의 에스테르화 반응 생성물의 축중합시 촉매로는 Sb, Li, Ge, Ti, Zn, Pb, Fe, Mn, Mg, Al, Ca 등을 함유하는 금속화합물 중 하나가 사용되어 왔는데, PEN 섬유 제조시 폴리머 방사구금에 발생하는 열화물의 주성분이 PEN 폴리머에 함유된 축중합 촉매이고 사용된 촉매의 종류 및 그 사용량에 따라 열화물 발생량과 제거 횟수(회/日)에 차이가 나는 것으로 알려져 있다. 더욱이, Sb 촉매의 경우 비용이 저렴하여 당업계에서 선호되는 촉매이나, Sb 촉매를 사용한 축중합 반응에서는 독성물질이 석출되기 때문에 의료용에 적합하지 않으며 수질오염의 원인이 되고 있다. 본 발명에서는 축중합 촉매로서 Ti 촉매만을 상기 에스테르화 반응에 사용된 NDC 무게에 대하여 10~120ppm에 불과한 소량으로 사용함으로써 PEN 섬유 제조공정에서 방사시 핀사 및 사절의 원인이 되는 폴리머 구금 내의 열화물 발생을 최소화하고, 나아가 독성 부산물의 생성을 피할 수 있었다. In general, one of the metal compounds containing Sb, Li, Ge, Ti, Zn, Pb, Fe, Mn, Mg, Al, Ca, etc. has been used as a catalyst for condensation polymerization of NDC and diol esterification products. The main component of the thermally decomposed polymer in the spinneret during the manufacture of PEN fibers is the polycondensation catalyst contained in the PEN polymer, and the amount of deterioration and the number of removals (times / day) vary depending on the type of catalyst used and the amount used. It is known. In addition, Sb catalysts are inexpensive and are the preferred catalyst in the art, but are not suitable for medical use due to precipitation of toxic substances in condensation polymerization reactions using Sb catalysts, and cause water pollution. In the present invention, only a Ti catalyst is used as a condensation polymerization catalyst in a small amount of only 10 to 120 ppm relative to the weight of NDC used in the esterification reaction, so that thermal degeneration is generated in the polymer mold which causes pin yarn and trimming during spinning in the PEN fiber manufacturing process. Could be minimized and further avoided the generation of toxic byproducts.

본 발명의 방법에 있어서 상기 Ti 촉매를 사용한 용융중합은 240~300℃에서 1∼4 시간 동안 수행되며, 그로부터 얻어지는 PEN 프리폴리머의 용융점도는 0.2∼0.6 dl/g의 범위에 들도록 조절된다. 용융점도가 0.2 미만이면 용융물의 배출시 커팅(cutting)이 불가능하고, 0.6을 초과하면 고점도이기 때문에 배출이 어려 워 배출시간이 길어지고 열화발생이 증가한다.In the method of the present invention, the melt polymerization using the Ti catalyst is performed at 240 to 300 ° C. for 1 to 4 hours, and the melt viscosity of the PEN prepolymer obtained therefrom is adjusted to fall in the range of 0.2 to 0.6 dl / g. If the melt viscosity is less than 0.2 it is impossible to cut during the discharge of the melt, if it exceeds 0.6 it is difficult to discharge because of the high viscosity, the discharge time is long and the deterioration occurs.

이와 같이 수득된 PEN 프리폴리머는 바람직하게는 90 mol% 이상의 NDC 단위를 함유하며, 냉각 후 소정 규격의 칩으로 절단되는데, 본 발명에서는 뒤이은 고상중합 단계에서 중합물 내부의 미반응물 및 가스의 제거가 용이하게 이루어지고 고상중합 시간을 단축시킬 수 있도록 비표면적을 증가시키기 위해 상기 프리폴리머 칩의 크기를 1.5mm×1.5mm×1.5mm(장평×단평×길이) 이하, 바람직하게는 0.5mm×0.5mm×0.5mm 내지 1.5mm×1.5mm×1.5mm(장평×단평×길이)로 제한한다.The PEN prepolymer thus obtained preferably contains at least 90 mol% NDC units, and after cooling is cut into chips of a predetermined size, in the present invention, it is easy to remove unreacted substances and gases in the polymer in the subsequent solid phase polymerization step. In order to increase the specific surface area to shorten the solid-state polymerization time, the size of the prepolymer chip is 1.5 mm x 1.5 mm x 1.5 mm (long flat x single flat x length) or less, preferably 0.5 mm x 0.5 mm x 0.5 It is limited to mm to 1.5 mm x 1.5 mm x 1.5 mm (long flat x flat flat x length).

아울러, 본 발명에 따르면 상기 프리폴리머 칩의 건조를 2 단계에 나누어 실시함으로써 고상중합 단계에서의 융착을 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 종래에는 통상적으로 진공 분위기 하에서 1 단계 건조를 실시하였는데, 이는 칩 표면과 내부의 수분을 동시에 제거하는 것이 목적이기 때문에 건조과정에서 융착이 발생하기 쉬웠으나, 본 발명에서는 건조단계를 2 단계로 나누어 일차적으로 열풍저온 건조를 실시하여 먼저 칩 표면의 수분을 제거한 다음, 이차적으로 칩 내부의 수분을 확실히 제거함으로써 융착을 줄일 수 있었다. 본 발명에 있어서 1차 건조는 100℃ 이하, 바람직하게는 70~100℃에서 열풍을 이용하여 4시간 이상 진행되며, 2차 건조는 불활성 기체 또는 진공 분위기 하에서 100℃ 이상, 바람직하게는 100~190℃에서 4시간 이상 진행된다. 1차 건조 온도와 2차 건조 온도에 차이를 두는 이유는 1차 건조 온도가 100℃를 초과하면 프리폴리머의 결정화가 일어나는 반면, 2차 건조는 진공 분위기에서 수행되기 때문에 100℃ 미만의 온도에서는 완전한 건조가 이루어지지 않기 때문이다. 이와 같이 2 단계 건조를 실시하는 것 외에 프리폴리머 칩을 고상중합기 용량의 90% 이하로 투입하는 것 또한 융착 방지에 도움이 된다.In addition, according to the present invention it is possible to effectively prevent the fusion in the solid phase polymerization step by performing the drying of the prepolymer chip divided into two stages. That is, conventionally, one step drying was generally performed in a vacuum atmosphere. Since the purpose is to simultaneously remove the surface of the chip and the moisture at the same time, it is easy to cause fusion during the drying process, but in the present invention, the drying step is performed in two steps. First, hot air and low temperature drying was performed to remove moisture from the surface of the chip first, and secondly, fusion was reduced by reliably removing moisture from the inside of the chip. In the present invention, the primary drying is performed at 100 ° C. or lower, preferably at 70 to 100 ° C. for 4 hours or more using hot air, and the secondary drying is at least 100 ° C. or higher, preferably 100 to 190 under an inert gas or vacuum atmosphere. At 4 ° C. for at least 4 hours. The reason for the difference between the primary drying temperature and the secondary drying temperature is that crystallization of the prepolymer occurs when the primary drying temperature exceeds 100 ° C., whereas complete drying at temperatures below 100 ° C. occurs because the secondary drying is carried out in a vacuum atmosphere. Because it is not done. In addition to the two-stage drying as described above, the addition of the prepolymer chip at 90% or less of the solid-state polymerizer capacity also helps to prevent fusion.

건조가 완료된 프리폴리머 칩은 통상의 조건하에 열처리에 의한 결정화, 예비 고상중합 및 고상중합을 순차적으로 거쳐 0.6 dl/g 이상의 용융점도를 갖는 고점도 PEN 폴리머를 제공하게 된다.
The dried prepolymer chip is a high viscosity PEN polymer having a melt viscosity of 0.6 dl / g or more through sequential crystallization, preliminary solid state polymerization and solid state polymerization under normal conditions.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the present invention.

<실시예 1><Example 1>

나프탈렌 디카르복실레이트(이하, NDC라 함)와 에틸렌 글리콜을 1:2.1의 비율로 혼합한 후, 190℃에서 약 4시간 정도 충분히 녹인 다음 에스테르화 반응을 시작하였다. 이때 에스테르화 반응 촉매로는 Mn을 상기 NDC 무게에 대하여 65 ppm의 농도로 사용하였고, 190℃에서 3시간 동안 반응시켰다. 에스테르화 반응이 완료된 후, 열안정제로서 트리메틸렌 포스페이트를 NDC 무게에 대하여 47 ppm 첨가하고, 축중합 촉매로서 Ti 촉매를 NDC 무게에 대하여 50ppm 첨가한 다음, 290℃에서 60분 동안 용융중합을 실시하였다. 이로부터 수득한 프리폴리머를 냉각 후 1.5mm×1.5mm×1.5mm(장평×단평×길이) 규격의 칩으로 절단하고, 1차 건조를 80℃에서 열풍을 이용하여 4시간 동안 행하고, 2차 건조를 2 Torr 이하의 진공 조건하에서 120℃에서 6시간 동안 행한 다음, 결정화를 200℃에서 4시간 동안, 예비 고상 중합을 245℃에서 6시간 동안 순차적으로 실시하였다. 이어서, 250℃에서 17시간 동안 고상중합을 실시하여 고점도 PEN 폴리머 칩을 수득하였다.
Naphthalene dicarboxylate (hereinafter referred to as NDC) and ethylene glycol were mixed at a ratio of 1: 2.1, and then sufficiently dissolved at 190 ° C. for about 4 hours, and then esterification was started. At this time, Mn was used at a concentration of 65 ppm with respect to the NDC weight as the esterification catalyst, and reacted at 190 ° C. for 3 hours. After completion of the esterification reaction, 47 ppm of trimethylene phosphate was added to the NDC weight as a heat stabilizer, and 50 ppm of Ti catalyst was added to the NDC weight as the polycondensation catalyst, followed by melt polymerization at 290 ° C. for 60 minutes. . The prepolymer obtained therefrom is cut into chips of 1.5 mm x 1.5 mm x 1.5 mm (long flat x single flat x length) after cooling, and the first drying is carried out at 80 ° C. for 4 hours using hot air, and the second drying is carried out. After 6 hours at 120 ° C. under vacuum conditions of 2 Torr or less, the crystallization was carried out sequentially at 200 ° C. for 4 hours, and the preliminary solid phase polymerization was carried out sequentially at 245 ° C. for 6 hours. Subsequently, solid phase polymerization was performed at 250 ° C. for 17 hours to obtain a high viscosity PEN polymer chip.

<비교예 1~2><Comparative Example 1-2>

축중합 촉매로서 Ti 촉매 대신에 Sb 촉매를 NDC 무게에 대하여 170 ppm을 사용하거나 또는 Zn 촉매를 NDC 무게에 대하여 200 ppm을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 고점도 PEN 폴리머 칩을 제조하였다. 상기 실시예 1 및 비교예 1~2에서 제조된 고점도 PEN 폴리머 칩의 중합조건 및 물성을 하기 표 1에 비교하여 나타내었다.A high viscosity PEN polymer chip was prepared in the same manner as in Example 1, except that 170 ppm of the Sb catalyst was used for the NDC weight or 200 ppm for the NDC weight, instead of the Ti catalyst as the polycondensation catalyst. It was. Polymerization conditions and physical properties of the high viscosity PEN polymer chip prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1 below.

실시예Example 1One 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 축중합 촉매Polycondensation catalyst Ti계 촉매Ti catalyst Sb계 촉매Sb-based catalyst Zn계 촉매Zn-based catalyst 프리폴리머Prepolymer 점도Viscosity 0.30.3 0.30.3 0.30.3 최종 폴리머 점도Final polymer viscosity 0.930.93 0.930.93 0.930.93 용융중합 시간Melt polymerization time 60분60 minutes 130분130 minutes 150분150 minutes 축중합 촉매 종류Polycondensation Catalyst Type TiTi SbSb ZnZn 축중합 촉매 사용량(ppm) Condensation polymerization catalyst usage (ppm) 5050 170170 200200 방사시 열화물에To the heat cargo during spinning 의해 사절되는 횟수Number of times refused by 1)One) 0.5(회/日)0.5 (times / day) 4(회/日)4 (times / day) 5(회/日)5 (times / day)

1) 마일드한 조건 하에서 하루 동안 용융방사시 사절이 발생하는 횟수를 측정함
1) Measure the number of trimmings during melt spinning during the day under mild conditions

<비교예 3~4><Comparative Example 3-4>

칩의 크기를 2mm×2mm×2mm(장평×단평×길이) 또는 3mm×3mm×3mm(장평×단평×길이)로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 고점도 PEN 폴리머 칩을 제조하였다. 각 경우에 소요된 총 고상중합 시간을 상기 실시예 1의 경 우와 비교하여 하기 표 2에 나타내었다.A high-viscosity PEN polymer chip was prepared in the same manner as in Example 1, except that the size of the chip was 2mm × 2mm × 2mm (long flat × flat × length) or 3mm × 3mm × 3mm (long flat × flat × length). . The total solid phase polymerization time taken in each case is shown in Table 2 below in comparison with the case of Example 1.

실시예 1Example 1 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 칩 크기Chip size 1.5×1.5×1.51.5 × 1.5 × 1.5 2×2×22 × 2 × 2 3×3×33 × 3 × 3 고상중합 시간(hr)Solid State Polymerization Time (hr) 2727 3535 4343

<비교예 5>Comparative Example 5

프리폴리머 칩의 건조시 130℃에서 8시간 동안 1 단계(one-step) 건조를 실시하고, 200℃에서 2시간 동안 결정화를 행한 다음, 250℃에서 29시간 동안 고상중합을 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 고점도 PEN 폴리머 칩을 제조하였다. 제조된 총 폴리머 칩 중에서 다수개의 칩을 임의추출 후 그중 융착물(sticking)의 개수를 측정하고 실시예 1에 의한 폴리머 칩의 경우와 비교하여 하기 표 3에 나타내었다. The drying of the prepolymer chip was carried out except that one-step drying was performed at 130 ° C. for 8 hours, crystallization was performed at 200 ° C. for 2 hours, and solid phase polymerization was performed at 250 ° C. for 29 hours. A high viscosity PEN polymer chip was prepared in the same manner as in Example 1. Random extraction of a plurality of chips out of the total polymer chips produced, the number of sticking (sticking) among them It was measured and shown in Table 3 below compared with the case of the polymer chip according to Example 1.

실시예 1Example 1 비교예 5Comparative Example 5 고상중합후 폴리머 칩 중의In polymer chips after solid state polymerization 융착물 함량Fusion Content 0.01% 0.01% 20%   20%

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 폴리에틸렌나프탈레이트 제조방법에 의하면 고상중합 시간을 단축할 수 있고 융착을 최소화하여 균일한 물성의 폴리에틸렌나프탈레이트 폴리머를 얻을 수 있으며, 본 발명의 방법에 의해 제조된 폴리에틸렌나프탈레이트는 방사시 열화물 생성의 원인이 되는 축중합 촉매의 함량 이 적기 때문에 방사성이 우수하여 고품질의 산업용 폴리에틸렌나프탈레이트 섬유 제조에 유용하다.
As described in detail above, according to the polyethylene naphthalate production method of the present invention can shorten the solid-state polymerization time and minimize the fusion to obtain a polyethylene naphthalate polymer of uniform physical properties, prepared by the method of the present invention Polyethylene naphthalate is useful for the production of high quality industrial polyethylene naphthalate fibers because of its low spinning property because of the low content of polycondensation catalysts that cause the generation of deterioration during spinning.

Claims (3)

나프탈렌 디카르복실레이트와 디올의 에스테르화 반응 생성물을 용융중합하여 폴리에틸렌나프탈레이트 프리폴리머를 얻은 후 고상중합을 실시하여 고점도의 폴리에틸렌나프탈레이트 폴리머를 제조함에 있어서, 상기 에스테르화 반응 생성물을 나프탈렌 디카르복실레이트 무게에 대하여 10~120ppm의 Ti 촉매의 존재하에 용융중합하여 폴리에틸렌나프탈레이트 프리폴리머 칩을 수득한 다음, 상기 프리폴리머 칩을 70~100℃의 열풍을 이용하여 4시간 이상 1차 건조하고 불활성 기체 또는 진공 분위기 하에서 100~190℃에서 4시간 이상 2차 건조한 후 고상중합하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌나프탈레이트의 제조방법.The esterification product of naphthalene dicarboxylate and diol is melt polymerized to obtain polyethylene naphthalate prepolymer, and then subjected to solid phase polymerization to prepare a high viscosity polyethylene naphthalate polymer. Melt-polymerization in the presence of 10 to 120 ppm Ti catalyst by weight to obtain a polyethylene naphthalate prepolymer chip, and then the prepolymer chip was first dried for 4 hours or more using hot air at 70 to 100 ° C., followed by inert gas or vacuum atmosphere. Method for producing polyethylene naphthalate, characterized in that the solid phase polymerization after secondary drying at 100 ~ 190 ℃ for 4 hours or more. 제 1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌나프탈레이트 프리폴리머가 0.2∼0.6 dl/g의 용융점도를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌나프탈레이트의 제조방법.The method of claim 1, wherein the polyethylene naphthalate prepolymer has a melt viscosity of 0.2 to 0.6 dl / g. 제 1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌나프탈레이트 프리폴리머 칩의 크기가 0.5mm×0.5mm×0.5mm 내지 1.5mm×1.5mm×1.5mm(장평×단평×길이)인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌나프탈레이트의 제조방법.The method of claim 1, wherein the size of the polyethylene naphthalate prepolymer chip is 0.5mm × 0.5mm × 0.5mm to 1.5mm × 1.5mm × 1.5mm (long flat × flat × length). .
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