KR100725291B1 - 폴리에스테르 펠렛의 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 용융물을 수중 제립기에 공급하여 과립화하고, 생성된 과립을 물/고체 분리 장치로 도입하고, 건조된 과립을 110℃를 초과하는 과립 온도에서 컨베이어 장치에 도입하여 100℃를 초과하는 온도에서 배출시킴에 의해 PET 펠렛을 열처리하여 부분적인 결정화를 달성하는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

폴리에스테르 펠렛의 열처리 방법 {METHOD FOR THE THERMAL TREATMENT OF POLYESTER PELLETS}

본 발명은 결정화를 위해 폴리에스테르 펠렛을 열처리하는 방법에 관한 것이다.

이하, PET로서 축약되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 반복적인 에스테르기를 지니는 폴리에스테르이다.

PET는 무정형 또는 결정형 또는 부분적 결정형의 상이한 구조적 형태를 나타낼 수 있다. 무정형 PET는 대부분 투명한 반면, 결정형 PET는 불투명하거나 백색이다. 모든 열가소성 물질이 무정형 또는 결정형으로 존재할 수 있는 것과 마찬가지로, PET의 경우에도 100%의 결정화율은 불가능하다. PET 구조의 일부만이 배향되고 결정화될 수 있다. 결정형 및 무정형 영역은 번갈아 존재한다. 따라서 엄격하게 말해, 부분적인 결정성이란 용어가 사용하기 적합한 용어이다.

PET에 대하여, 펠렛 또는 과립이 서로 들러붙는 것을 방지하기 위해 약 50%의 결정화율이 수득될 수 있다. 이것은, 이 상태에서 분자 사슬의 절반이 서로에 대해 배향되어 그들 자신을 서로에 대해 나란히 및 평행하게 정위시키거나 그들 자신이 원형을 이루게 감겨짐을 의미한다. 따라서, 분자 사슬간의 상호작용은 (반 데르 발스 힘) 부분적으로 결정형 영역에서 반드시 더 강해진다. 따라서, 사슬은 상호적으로 서로를 끌어 당기고, 분자 간 간격은 좁아지게 된다.

PET는 열가소성 플라스틱으로서 250℃의 온도에서 몰딩될 수 있다. 이후 분자 사슬이 매우 이동성이 되므로 플라스틱 물질은 대체로 임의의 요망되는 형상으로 몰딩될 수 있는 점성 덩어리가 되면서 용융된다. 냉각시, 분자 사슬이 다시 동결되고, 플라스틱이 요망되는 형상으로 응고되는데, 이는 단순한 원리이자 수 회 반복될 수 있다. 이 기술은 예를 들어 PET 병을 제조하는데 적용된다. 제 1단계에서, 소위 예비성형품을 제조한다. PET 병의 전구물질인 상기 예비성형품은 이미 최종 나선 쓰레드를 소유한다. 제대로 된 병을 얻기 위하여, 100℃에서 다시 연화시키고, 압축 공기로 스트레칭하고, 병으로 블로잉한다 (스트레치 블로우 몰딩 공정).

과립 형태의 결정 PET의 제조는 지금까지 고 자본 및 고 가동 비용을 필요로 하는 광범하고 복잡한 와류층 또는 유동베드 공정을 수반해 왔다 (DE 198 48 245 A).

PET 과립은 과립이 고형의 쓸모없는 덩어리로 응집되는 것을 막기 위해 재료가 들러붙는 온도 미만의 온도에서 결정화되어야 한다. 결정화된 폴리에스테르의 융점은 240 내지 250℃이나, 이것은 결정화 이전에 70℃를 초과하는 온도에서 이미 들러붙을 수 있다.

이미 공지되어 있는 건조 PET 과립을 제조하기 위한 상기 연속적인 공정은 긴 결정화 시간을 필요로 하기 때문에 일반적으로 매우 큰 제조 장치를 요구한다.

따라서, 예를 들어 US 5 532 335 A호는 펠렛을 처리 용기로 도입하고, 액체 매질을 또한 상기 처리 용기로 유도하며, 펠렛 및 액체 매질을 함께 혼합시키는 폴리에스테르 펠렛의 열처리 방법을 제안한다. 가압하에 있는 물, 또는 소위 과열된 물이 제안된 방법에서 액체 매질로서 사용된다. 비등 온도는 반응 용기의 압력을 다양하게 하여 용이하게 조절될 수 있다. 구체예에서, 폴리에스테르 펠렛을 120 내지 182℃에서 처리한다. 물을 액체 상태로 유지하면서 160℃에서 도입하여, 반응기 유닛내 압력이 7kg/cm² 이상으로 유지되는 동안 펠렛과 혼합한다. 상기 공정은 명백하게 비용이 매우 많이 들고 경제적인 실행이 용이하지 않다.

공기역학 처리로 작업된 상기 공지된 공정들은 이들이 대량의 불활성 기체를 사용한다는 점에서 심각한 단점을 지닌다. 다시 말해, 에너지 및 공정 비용이 실용적인 대규모 적용에 대하여 지나치게 높다.

따라서, 기존의 기술의 경우에 재료를 충분히 결정화하기 위하여, 항상 충분한 외부 에너지 또는 열을 결정화 공정에 공급하는 것이 필요하였다. 이러한 문제점들이 지금까지 PET 재생을 어렵게 해 왔다.

본 발명의 근간이 되는 한 가지 논제는 외부 에너지 또는 열을 유입하지 않고도 성공적으로 수행될 수 있으며 긴 체류 시간을 수반하지 않는 PET 과립의 결정화 공정을 제안하는 것이다.

이러한 본 발명의 근본적인 문제는 주요 청구항에 교시된 바에 의해 해결된다. 이로운 구성들이 종속항에 기재되어 있다.

즉, 초기 PET 재료가 압출기에서 적합한 온도에서 압출되는 것이 제안된다. 이후, 불순물을 예컨대 스크린-체인저(screen-changer) 기술에 의해 여과한다. 중합체 용융물을 "수중 고온 절단 과립화 시스템" (이하 "수중 과립화"로 언급됨)에 공급하고, 수중 과립화의 결과로서 구상 또는 렌즈상 형상을 지니며 높은 코어 온도를 소유하는 과립으로 변화시킨다.

상기 PET 과립은 이동 매질로서 고온수, 바람직하게는 98℃ 이하의 고온수를 사용하여 이동 라인을 따라 물/고체 분리 장치까지 고속으로 이동한다. 본 발명에 따른 공정의 유효성을 위한 중요한 측면은 과립화 챔버 및 물/고체 분리 장치간 이동 경로가 비교적 짧다는 것이다.

PET 과립은 130 내지 180℃의 코어 온도를 지닌 채 물/고체 분리 장치를 통과하는데, PET의 압출 온도가 가능한 한 오랫동안 유지되도록 주의한다.

이 온도를 지니는 과립은 이후 결정화가 개시됨에 따라 운동 상태가 된다. 본 발명에 따른 공정에 의한 결정화는 고유의 열로 인해 생성물, 즉 과립이 서로에 대해 더 이상 응집하거나 들러붙지 않는 결과를 초래한다. 또한 이 효과는 결정화를 위한 생성물이 최소의 접촉 면적을 제공하는 구상 또는 렌즈상 형상을 지닌다는 사실로부터 더 증대된다.

운동상 중의 구상 과립의 체류 시간은 예컨대 3 내지 8분이고; 상기 상을 통과한 후, PET 과립은 40% 이상 결정화되며, 80℃를 초과하는 온도, 바람직하게는 100℃를 초과하는 온도를 지닌다. 따라서, 과립은 80℃를 초과하는 과립 온도에서 운동 장치로부터 배출된다. 과립이 더 이상 들러붙지 않기 때문에, 이들을 저장용 사일로(silo) 또는 후-처리 단계로 고온 운반할 수 있다.

본 발명의 근간이 되는 또 다른 논제는 과립의 운동이 유효한 방식으로 실현되는 장치를 제안하는 것이다.

소위 결정화 트로프(trough)는 과립을 위한 운동 장치로서 제공된다. 이 결정화 트로프는 그 구조에 있어 과립-컨베이어 트로프와 유사하나, 운반 방향에서 볼 때 위어(weir)에 의해 서로로부터 분리된 일련의 챔버로 나뉘어 진다. 결정화 트로프는 진동 모터를 소유하여 트로프 중의 과립이 운동 상태를 계속 유지하며, 따라서 다른 과립에 그 자신의 에너지를 전달할 수 있다. PET 과립은 개별적인 챔버내에서 순환하고, 과립은 더 이상 들러 붙지 않는다.

본 발명에 따른 공정 및 장치에 따라서, PET 과립의 완만하고 경제적이며 신속한 결정화가 이루어진다.

본 발명의 구체예를 이제부터 도면을 참조로 기술할 것이다.

도면에서, (1)은 용융물 펌프이고 폴리에스테르가 공급되는 스크린-체인저(screen-changer)는 화살표 (F1)에 의해 표시된다. 구상 또는 렌즈상 과립을 생성시키는 수중 제립기(2)가 스크린-체인저 유출구에 제공된다. 상기 과립은 컨베이어 장치에 의해 물/고체 분리 장치(3), 예컨대 원심분리기로 이동하는데, 이러한 이동은 바람직하게 온도가 80℃를 초과하는 공정수에 의해 이루어진다. 과립은 110℃를 초과하는 온도를 지닌 채 물/고체 분리 장치(3)로부터 배출되고, 이러한 과립은 공기가 (5)에서 공급되어 컨베이어 장치(4)의 (6)으로부터 배출될 수 있는 컨베이어 트로프(4)로 공급되고, 수분이 제거되며, 이는 컨베이어 장치(4)가 적어도 부분적으로 덮개에 둘러싸여짐으로써 달성된다. 컨베이어 장치(4)는 이동 방향에 대해 직각으로 고정된 위어(7)를 지니는 컨베이어 트로프로서 구성되고, 이러한 다수의 위어(7)들은 서로로부터 이격되어 컨베이어 트로프의 길이상에 분포되도록 제공되며, 각각의 위어가 재료의 백업(back-up)을 야기하고; 과립은 80℃, 바람직하게는 100℃를 초과하는 과립 온도에서 컨베이어 장치(4)로부터 배출되어 소위 과립 스위치(8)를 통해 후-처리 장치(9) 또는 사일로(10)로 공급될 수 있다. 상기 과립은 40% 이상 결정화되며 양호한 취급 특성을 지닌다.

Claims (13)

1. 폴리에스테르 용융물을 수중 고온 절단 과립화 시스템에 공급하여 과립화하고, 수득된 과립을 짧은 이동 경로에 걸쳐 수중 고온 절단 과립화 시스템으로부터 물/고체 분리 장치로 운반한 다음, 건조된 과립을 110℃를 초과하는 과립 온도에서 외부 에너지 또는 열을 공급하지 않고 운동 장치로 운반하여, 부분적인 결정화를 야기하는 열처리가 과립의 고유한 열에 의해 수행되게 함을 특징으로 하는 부분적인 결정화를 위한 폴리에스테르 펠렛의 열처리 방법.
2. 제 1항에 있어서, 운동 장치상에서 과립이 운동하는 동안 유체 흐름이 과립 위를 통과함을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 운동 장치상에서 과립층이 운동하는 동안 유체 흐름이 과립층을 통과함을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 과립을 수중 과립화 시스템으로부터 물/고체 분리 장치로 이동시키는 것이 고온 공정수(process water)에 의해 수행됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4항에 있어서, 공정수의 온도가 약 98℃임을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항에 있어서, 과립이 80℃를 초과하는 과립 온도에서 운동 장치로부터 배출됨을 특징으로 하는 방법.
7. 수중 고온 절단 제립기(2), 및 하류에 연결된 물/고체 분리 장치(3), 과립을 운반하며 이러한 과립을 운동 상태로 계속 유지시키기 위한 컨베이어 장치(4)를 포함하며, 과립이 운반되고 있는 동안 이들의 고유한 열에 의해 결정화됨을 특징으로 하는, 용융물 펌프 및 스크린-체인저(screen-changer) 및 수중 제립기가 장착된, 펠렛을 부분 결정화시키기 위하여 폴리에스테르 펠렛을 열처리하는 방법을 수행하기 위한 장치.
8. 제 7항에 있어서, 컨베이어 장치(4)가 진동 컨베이어 장치로서 구성됨을 특징으로 하는 장치.
9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 컨베이어 장치(4)가 컨베이어 트로프(trough)로서 구성됨을 특징으로 하는 장치.
10. 제 9항에 있어서, 다수의 위어(weir)들(7)이 서로로부터 이격되어 컨베이어 트로프의 길이상에 분포되도록 제공되며, 각각의 위어가 재료의 백업(back-up)을 야기함을 특징으로 하는 장치.
11. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 컨베이어 장치(4)가 적어도 부분적으로 덮개에 의해 둘러싸여 있음을 특징으로 하는 장치.
12. 제 8항에 있어서, 원심분리기가 물/고체 분리 장치(3)로서 제공됨을 특징으로 하는 장치.
13. 삭제

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