KR101140783B1 - Method of solid-state polymerization of polyethyleneterephthalate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트의 고상 중합 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트 펠렛을 결정화한 후, 고상 중합 반응기에 주입하고, 상기 고상 중합 반응기 내로 반응 동안 미량의 비활성 기체를 주입하는 폴리에틸렌테레프탈레이트의 고상 중합 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 반응기 내로 비활성 기체가 공급되는 공급 라인을 구비하고, 상기 공급 라인의 일측에 반응기내 압력을 조절하기 위한 오리피스를 구비하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 고상 중합용 회분식 진공 고상 반응 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의해 고상 중합 반응 동안 미량의 비활성 기체를 투여하고, 이를 오리피스에 의해 제어함으로써 고상 중합 속도를 상승시키고, 완성된 제품의 색상 변색을 효과적으로 방지한다.
고상 중합, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 회분식 진공 고상 반응 장치, 변색, 오리피스, 비활성 기체, 고상 중합 속도
The present invention relates to a solid phase polymerization method and apparatus of polyethylene terephthalate, and more particularly, to crystallize polyethylene terephthalate pellets, and then injected into a solid phase polymerization reactor, and a small amount of inert gas is injected into the solid phase polymerization reactor during the reaction. It relates to a solid phase polymerization method of polyethylene terephthalate. The present invention also relates to a batch type vacuum solid phase reaction apparatus for polyethylene terephthalate solid phase polymerization having a supply line through which an inert gas is supplied into the reactor, and having an orifice on one side of the supply line for adjusting the pressure in the reactor.
According to the present invention, a small amount of inert gas is administered during the solid phase polymerization reaction and controlled by an orifice to increase the solid phase polymerization rate and effectively prevent color discoloration of the finished product.
Solid State Polymerization, Polyethylene Terephthalate, Batch Vacuum Solid State Reactor, Discoloration, Orifice, Inert Gas, Solid State Polymerization Rate
Description
도 1은 종래 기술에 따른 고상 중합 장치를 모식화한 도면이고,1 is a view schematically illustrating a solid state polymerization apparatus according to the prior art,
도 2a는 본 발명에 따른 고상 중합 장치를 모식화한 도면이도,2A is a diagram schematically illustrating a solid state polymerization apparatus according to the present invention;
도 2b는 상기 도 2a의 A 영역의 확대 단면도이고, FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view of region A of FIG. 2A,
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 PET 수지의 색상 값을 보여주는 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the color value of the PET resin prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention.
<도면이 주요 부호에 대한 설명><Description of the main symbols in the drawing>
100, 200 : 고상 중합 장치 120, 220 : 비활성 가스 공급 수단100, 200: solid
122, 222, 226 : 비활성 가스 공급 라인 124, 224 : 밸브122, 222, 226: inert
140, 240 : 고상 중합 반응기 142, 242 : 가열 수단140, 240: solid
160, 260 : 진공 수단 162, 262 : 진공 라인 160, 260: vacuum means 162, 262: vacuum line
228 : 오리피스228: orifice
본 발명은 색상이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 제품을 제조하기 위한 고상 중합 방법 및 이에 사용되는 고상 중합 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a solid phase polymerization method for producing a polyethylene terephthalate product having excellent color and a solid phase polymerization apparatus used therein.
폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, 이하 ‘PET’라 한다)는 섬유, 음료 용기, 필름 및 타이어 코드(Tire Cord) 등으로 널리 쓰이고 있다. 그 중, 음료 용기 등 보틀(bottle)용으로서의 PET 사용량은 매우 급격히 증가되고 있다. Polyethylene terephthalate (hereinafter referred to as “PET”) is widely used in fibers, beverage containers, films, and tire cords. Among them, the amount of PET used for bottles, such as beverage containers, is increasing very rapidly.
PET를 이용한 보틀의 제조는 연신 블로우 성형방법이 채용되며, 이에 고분자량의 PET를 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 고분자량의 PET를 제조하기 위해서는 고상 중합 방법이 널리 사용되고 있다. In the production of bottles using PET, a stretch blow molding method is employed, and high molecular weight PET is generally used. In order to manufacture such high molecular weight PET, a solid phase polymerization method is widely used.
도 1은 종래 사용되는 회분식 진공 방식의 고상 중합 반응 장치를 도식화한 것이다.1 is a schematic diagram of a conventional solid state polymerization reaction apparatus of a batch vacuum system.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 고상 중합 반응 장치(100)는 배치 방식(batch-type)의 고상 중합 반응기(140)와, 상기 고상 중합 반응기(140)의 일측 상부에 위치하며, 상기 고상 중합 반응기(140) 내로 질소 가스를 주입하기 위한 질소 공급 수단(120)과 연결되는 질소 공급 라인(122)과, 상기 질소 공급 라인(122)의 일측부에 질소 가스의 유량을 조절하는 밸브(124)가 위치하고, 상기 고상 중합 반응기(140)의 일측 하부에 위치하며, 상기 고상 중합 반응기(140) 내 압력을 유지시키기 위한 구비된 진공 수단(160)으로 구성된다.Referring to FIG. 1, the solid-state
상기 고상 중합 장치(100)는 상기 고상 중합 반응기(140)를 둘러싸는 스팀 자켓 형태 또는 전기 히터 형태로 이루어지는 가열 수단(142)을 더욱 구비하고, 상기 진공 수단(160)은 진공 펌프의 형태를 가지며 상기 고상 중합 반응기(140)와 진공 라인(162)에 의해 연결된다. The solid
도 1의 고상 중합 장치(100)를 이용하여 PET를 고상 중합하기 위해서, 먼저, 용융 중합에 의해 생산된 저중합도 PET 프리폼(고유점도 0.6 dl/g 부근)을 결정화 설비 장치(미도시)에 투입하여 유리 전이 온도 이상의 120 내지 190 ℃의 온도에서 결정화 한다. 상기 결정화는 또한 고상 중합 장치 내에서 수행할 수도 있다.In order to polymerize PET using the solid
상기 결정화된 PET 수지도 일부 무정형(amorphous phase) 부분을 가지고 있으며, 이로 인하여 펠렛간 융착 현상이 쉽게 일어나는 문제점이 있어, 상기 융착 현상을 방지할 수 있도록 펠렛을 교반시키거나 결정화 설비 장치 또는 고상 중합 반응기(140)를 회전시키면서 펠렛을 서로 충돌시킨다.The crystallized PET resin also has a portion of an amorphous (morphous phase), which causes a problem that fusion between pellets easily occurs, so that the pellet is stirred or crystallization equipment or solid state polymerization reactor to prevent the fusion phenomenon The pellets collide with each other while rotating 140.
이어서, 저중합도 PET 수지가 일정 수준 이상의 결정화도를 갖게 되면, 상기 고상 중합 반응기(140)의 하부에 위치한 진공 수단(160)을 사용하여 반응기 내의 압력을 진공 상태로 유지시킨다. Subsequently, when the low degree of polymerization PET resin has a degree of crystallinity of a predetermined level or more, the pressure in the reactor is maintained in a vacuum state by using the vacuum means 160 located below the solid
계속해서, 상기 고상 중합 반응기(140) 내의 가열 수단(142)에 의해 온도를 190 내지 240℃로 맞추어 저중합 PET 수지의 고상 중합 반응을 시작한다. Subsequently, the heating means 142 in the solid
일정시간의 반응 후 반응을 종료할 때에는 질소 공급 수단(120)에 연결되어 있는 질소 공급 라인(122)의 밸브(124)를 열어 진공이었던 고상 중합 반응기(140)의 내부를 질소로 채우고 온도를 상온까지 냉각시키게 된다. When the reaction was terminated after a certain time of reaction, the
이때, 최종 얻어진 중합체의 상태가 고체이므로 일반적으로 이 과정을 고상 중합 방법(solid-state polymerization)이라 한다. 상기 고상 중합 방법은 반응물 이 고체 상태로 얻어지고, 중합 반응의 진행은 PET 고분자의 말단기간의 화학반응과 화학반응 결과 생성되는 휘발성 부산물인 에틸렌글라이콜(ethylene glycol), 물(water)이나 아세트알데히드(acetaldehyde) 등이 펠렛 내부로부터 외부로 확산되어 나오는 확산과정에 의하여 진행된다. At this time, since the state of the finally obtained polymer is a solid, this process is generally referred to as solid-state polymerization. In the solid phase polymerization method, the reactants are obtained in the solid state, and the progress of the polymerization reaction is ethylene glycol, water, or acetic acid, which is a volatile by-product produced by the chemical reaction and the end-term chemical reaction of the PET polymer. Aldehyde (acetaldehyde) and the like proceeds by the diffusion process is diffused from the inside of the pellet to the outside.
그러나, 상기와 같은 배치 방식의 고상 중합 장치(100)를 이용한 중합 방법은 몇 가지 단점을 가지고 있다. However, the polymerization method using the solid-
상기 고상 중합 장치의 경우에는 진공을 걸어 주어 산소 농도를 낮추고 반응 부산물의 확산을 촉진시키게 되는데, 진공계이므로 계 내의 압력이 외부보다 낮아 반응 설비에 미세한 틈이 생기면 미량의 산소가 계 내로 유입될 가능성이 존재한다. 특히, 실제적인 고상 중합 설비를 사용하면서 미세한 틈이 생기는 것을 피할 수 없다. 일단 반응기 내로 유입된 산소는 앞서 기술한 바와 같이 PET 펠렛 표면에서 산화 반응을 일으켜 PET 제품의 색상이 변색시켜 제품의 품질을 떨어뜨리는 요인으로 작용하게 된다. In the case of the solid phase polymerization apparatus, a vacuum is applied to lower the oxygen concentration and promotes the diffusion of reaction byproducts. Since the pressure in the system is lower than that of the outside, a small amount of oxygen is likely to flow into the system because the pressure in the system is lower than the outside. exist. In particular, the use of practical solid phase polymerization equipment inevitably leads to the occurrence of minute cracks. Oxygen, once introduced into the reactor, causes an oxidation reaction on the surface of the PET pellets as described above, which causes the color of the PET product to be discolored, thereby degrading the quality of the product.
따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반응기 내 산소의 함량을 최소화하고 황변 현상이 발생하지 않아 색상이 우수한 PET 제품을 제조하기 위한 PET의 고상 중합 방법 및 이에 사용되는 고상 중합 장치를 제공한다. Accordingly, an object of the present invention for solving the above problems is to minimize the content of oxygen in the reactor and yellowing phenomenon does not occur in the solid phase polymerization method of PET for producing a PET product having excellent color and the solid phase polymerization apparatus used therein to provide.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 The present invention to achieve the above object
폴리에틸렌테레프탈레이트 펠렛을 결정화하는 단계; 및 Crystallizing the polyethylene terephthalate pellets; And
상기 결정화된 펠렛을 고상 중합 반응기에 주입한 후 180 내지 240 ℃에서 고상 중합 하는 단계를 포함한다.And injecting the crystallized pellet into a solid phase polymerization reactor, followed by solid phase polymerization at 180 to 240 ° C.
상기 고상 중합 반응 동안 상기 고상 중합 반응기 내로 미량의 비활성 기체를 주입하는 폴리에틸렌테레프탈레이트의 고상 중합 방법을 제공한다.Provided is a solid phase polymerization method of polyethylene terephthalate in which a small amount of inert gas is injected into the solid phase polymerization reactor during the solid phase polymerization reaction.
이때 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 펠렛은 IV가 0.40 내지 0.70 dl/g, 바람직하기론 0.50 내지 0.65 dl/g인 것이 사용되고, 이러한 폴리에틸렌테레프탈레이트 펠렛으로 고상 중합된 고분자의 IV는 0.7 내지 1.2 dl/g이다.In this case, the polyethylene terephthalate pellets have an IV of 0.40 to 0.70 dl / g, preferably 0.50 to 0.65 dl / g, and the IV of the polymer polymerized with the polyethylene terephthalate pellets is 0.7 to 1.2 dl / g.
또한, 본 발명은 가열 수단이 장착된 배치식(batch-type)의 고상 중합 반응기와, 상기 고상 중합 반응기의 일측 상부에 위치하며, 상기 고상 중합 반응기 내 압력을 유지시키기 위한 진공 장치를 포함하고, In addition, the present invention includes a batch-type solid-state polymerization reactor equipped with a heating means, located on one side of the solid-state polymerization reactor, and includes a vacuum apparatus for maintaining the pressure in the solid-state polymerization reactor,
상기 고상 중합 반응기 내로 비활성 가스를 주입하기 위해 가스 공급 수단과, 상기 가스 공급 수단은 상기 고상 중합 반응기로부터 분지 형태(branched)로 나뉘어 2개 이상의 가스 공급 라인을 포함하고, A gas supply means for injecting an inert gas into the solid phase polymerization reactor, and the gas supply means comprises two or more gas supply lines divided into branches from the solid phase polymerization reactor,
상기 고상 중합 반응 중 비활성 기체의 흐름을 막고, 반응 전 또는 반응 종료시 비활성 기체를 고속으로 주입하여 진공을 파기시키기 위해 상기 가스 공급 라인의 적어도 하나의 라인 일측부 내에 비활성 가스의 흐름을 제어하는 퍼징 밸브가 위치하고, A purge valve that controls the flow of inert gas in at least one line side of the gas supply line to prevent the flow of inert gas during the solid state polymerization reaction and to inject a high velocity of inert gas before the reaction or at the end of the reaction to destroy the vacuum. Is located,
상기 고상 중합 반응 중 미량의 비활성 기체의 주입 및 진공 상태를 유지시킬 수 있도록 상기 가스 공급 라인의 적어도 하나의 다른 라인의 일측부 내에 반응기내 압력을 조절하기 위한 오리피스를 구비하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 고상 중합용 고상 반응 장치를 제공한다. Polyethylene terephthalate for solid phase polymerization having an orifice for adjusting the pressure in the reactor in one side of at least one other line of the gas supply line to maintain the vacuum and injection of a small amount of inert gas during the solid phase polymerization reaction Provided is a solid phase reaction device.
이때, 상기 가열 수단은 상기 고상 중합 반응기를 둘러싸는 스팀 자켓 형태 또는 전기 히터 형태로 이루어진다. In this case, the heating means is in the form of a steam jacket or an electric heater surrounding the solid state polymerization reactor.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 고상 중합 장치를 이용하여 색상이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 제품을 제조가 가능하다.The polyethylene terephthalate product excellent in color can be manufactured using the solid-state polymerization apparatus of this invention.
먼저, PET를 고상 중합하기 위해, 용융중합으로부터 준비된 PET 펠렛을 결정화한다. 상기 PET 펠렛은 테레프탈산과 에틸렌글라이콜을 주원료로서 용융 중합하여 제조된 것으로 고유점도(Intrinsic Viscosity, 이하 ‘IV’라 한다)가 0.40 내지 0.70 dl/g, 바람직하기론 0.50 내지 0.65 dl/g인 것을 사용한다.First, in order to solidify the polymerization of PET, PET pellets prepared from melt polymerization are crystallized. The PET pellet is prepared by melt polymerization of terephthalic acid and ethylene glycol as a main raw material, and has an intrinsic viscosity (Intrinsic Viscosity, hereinafter referred to as 'IV') of 0.40 to 0.70 dl / g, preferably 0.50 to 0.65 dl / g. use.
상기 결정화는 별도의 결정화 장치에서 수행하거나, 상기 고상 중합 반응기에서 수행하여 연속적으로 후속의 고상 중합을 수행한다. 이때, 상기 결정화 공정은 120 내지 190 ℃의 온도에서 0.5 내지 4 시간 동안 수행하며, PET 펠렛 간의 융착을 방지하기 위해 결정화 장치 또는 고상 중합 반응기를 회전시킨다.The crystallization is carried out in a separate crystallization apparatus or in the solid phase polymerization reactor to carry out subsequent solid phase polymerizations continuously. At this time, the crystallization process is carried out for 0.5 to 4 hours at a temperature of 120 to 190 ℃, to rotate the crystallization apparatus or solid state polymerization reactor to prevent fusion between the PET pellets.
상기 결정화된 PET 수지를 고상 중합 반응기 내부로 주입하여 고상 중합 반응을 수행한다. 이때 고상 중합 반응은 180 내지 240 ℃의 온도 및 0.1 내지 100 torr 이하, 바람직하기론 10 torr 이하, 더욱 바람직하기론 1 torr 이하의 압력 하에서 수행한다. 특히, 최종 PET 제품의 황변 현상을 억제하기 위해 반응기 계 내부의 산소의 분압(partial pressure)은 이상적으로 0 torr가 가장 바람직하나, 실제 공정에서는 50 torr 이하, 바람직하기론 5 torr 이하, 더욱 바람직하기론 0.5 torr 이하로 제어한다.The crystallized PET resin is injected into a solid phase polymerization reactor to perform a solid phase polymerization reaction. At this time, the solid phase polymerization reaction is carried out at a temperature of 180 to 240 ℃ and 0.1 to 100 torr or less, preferably 10 torr or less, more preferably 1 torr or less. In particular, the partial pressure of oxygen in the reactor system is ideally 0 torr is most preferable in order to suppress the yellowing phenomenon of the final PET product, but in the actual process 50 torr or less, preferably 5 torr or less, more preferably 0.5 Control to below torr.
상기 고상 중합 반응기 내의 산소 분압의 제어는 본 발명에 따른 고상 중합 장치에 의해 바람직하게 이루어질 수 있으며, 고상 중합 반응기 내부로 비활성 가스를 공급하기 위한 공급 라인 중 하나의 내부에 오리피스를 설치함으로써 이루어진다. 구체적으로, 고상 중합 반응 전 고상 중합 반응기 내부에 비활성 가스를 미량 투여하여 반응기 내의 산소를 치환함으로써 산소의 분압을 적정 수준 이하로 제어할 수 있다. 상기 비활성 가스는 질소 가스와 헬륨 및 아르곤 등의 할로겐 원소가 사용되며, 바람직하기로 가스 내 산소를 거의 포함하지 않는 99.9% 이상의 고순도의 것을 사용한다. The control of the oxygen partial pressure in the solid phase polymerization reactor can be preferably made by the solid phase polymerization apparatus according to the present invention, by installing an orifice inside one of the supply lines for supplying an inert gas into the solid phase polymerization reactor. Specifically, the partial pressure of oxygen may be controlled to a proper level or less by substituting a small amount of an inert gas into the solid state polymerization reactor before the solid state polymerization reaction to replace oxygen in the reactor. As the inert gas, nitrogen gas, halogen elements such as helium and argon are used, and preferably a high purity of 99.9% or more that contains little oxygen in the gas.
이때 계 내로 투입되는 비활성 기체의 양은 설치되는 오리피스의 직경을 조절하여 제어하며, 정확한 유량은 계로부터 오리피스 외측에 유량계를 설치하여 측정할 수 있다. 또한 계 내의 산소의 분압은 이때 측정된 비활성 기체의 유량, 진공펌프의 용량, 반응기 용적, 비활성 기체를 주입할 경우의 반응기의 압력 및 비활성 기체를 주입하지 않을 경우의 반응기의 압력으로부터 계산된다.At this time, the amount of inert gas introduced into the system is controlled by adjusting the diameter of the installed orifice, and the precise flow rate can be measured by installing a flowmeter outside the orifice from the system. In addition, the partial pressure of oxygen in the system is calculated from the measured flow rate of the inert gas, the capacity of the vacuum pump, the reactor volume, the pressure of the reactor when inert gas is injected, and the pressure of the reactor when no inert gas is injected.
반응 완료 후 고상 중합 반응기 내로 비활성 가스를 충분히 주입하고 반응 압력을 높여 진공상태를 파기시킨다. 본 발명에 의해 고상 중합된 PET 수지는 IV가 0.7 내지 1.2 dl/g인 높은 분자량을 가지고, 표면에 황변 현상이 발생하지 않아 색상 특성이 우수한 특징을 가진다.After completion of the reaction, a sufficient amount of inert gas is injected into the solid state polymerization reactor, and the reaction pressure is increased to destroy the vacuum state. The solid state polymerized PET resin according to the present invention has a high molecular weight IV of 0.7 to 1.2 dl / g, and does not have a yellowing phenomenon on the surface and has excellent color characteristics.
도 2a는 본 발명의 일 구현에 따른 고상 중합 장치를 대략적으로 도식화한 것이고, 도 2b는 도 2a의 A 영역을 확대한 것이다. FIG. 2A schematically illustrates a solid state polymerization apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is an enlarged view of region A of FIG. 2A.
도 2a에 따르면, 본 발명에 따른 고상 중합 장치는 가열 수단이 장착된 배치식(batch-type)의 고상 중합 반응기(240)와, 상기 고상 중합 반응기(240)의 일측 하부에 위치하며, 상기 고상 중합 반응기(240) 내 압력을 유지시키기 위한 진공 장치(260)를 포함하고, According to FIG. 2A, the solid-state polymerization apparatus according to the present invention is a batch-type solid
상기 고상 중합 반응기(240) 내로 비활성 가스를 주입하기 위한 가스 공급 수단(220)과 이와 연결되는 가스 공급 라인(222, 226)과, 상기 가스 공급 라인은 상기 고상 중합 반응기(240)로부터 분지 형태(branched)로 나뉘어 2개 이상의 가스 공급 라인(222, 226)을 포함하고, Gas supply means 220 for injecting inert gas into the solid
상기 가스 공급 라인(222, 226)의 적어도 하나의 라인(222) 일측부 내에 상기 고상 중합 반응 중 비활성 기체의 흐름을 막고, 반응 전 또는 반응 종료시 비활성 기체를 고속으로 주입하여 진공을 파기시키기 위한 퍼징 밸브(224)가 위치하고, Purging to prevent the flow of inert gas during the solid state polymerization reaction in one side of at least one
고상 중합 반응 중 미량의 비활성 기체의 주입 및 진공 상태를 유지시킬 수 있도록 상기 가스 공급 라인의 적어도 하나의 다른 라인(226)의 일측부 내에 반응기내 압력을 조절하기 위한 오리피스(228)를 구비한다. An
본 발명에서 채용되는 고상 중합 반응기(240)는 폐쇄식 계의 배치 방식으로, 이때 상기 고상 중합 반응기(240)의 형태는 본 발명에서 한정하지 않으며 편의를 위해 통상적으로 사용되는 원통형으로 표시하였다. The solid
상기 고상 중합 반응기(240)는 반응기 내 온도를 유지시키기 위한 가열 수단(242)을 구비하고 있으며, 상기 가열 수단은 상기 고상 중합 반응기(240)를 둘러싸 는 스팀 자켓 형태 또는 전기 히터 형태로 이루어진다. The solid
상기 진공 수단(260)은 중합 시 발생하는 휘발성 부산물인 에틸렌글라이콜, 물 및 아세트알데히드 등을 반응기(240) 밖으로 제거하기 위한 것으로, 상기 고상 중합 반응기(240)의 일측부와 진공 라인(262)에 의해 연결되며 통상적으로 사용되는 진공 펌프가 채용된다. 이에, 상기 진공 수단(260)에 의해 고상 중합 반응기(240) 내의 압력을 고상 중합 반응 동안 100 torr 이하로, 바람직하게는 10 torr 이하로, 더욱 바람직하기로는 0.1 torr 이하로 일정하게 유지한다.The vacuum means 260 is to remove ethylene glycol, water and acetaldehyde, etc., which are volatile by-products generated during the polymerization, out of the
본 발명의 고상 중합 장치(200)는 폐쇄식 계 임에도 불구하고 반응 도중 외부로부터 비활성 가스가 유입되어 순환되는 개방식 계의 형태를 따른다.The solid state polymerization apparatus 200 of the present invention follows a form of an open system in which an inert gas is introduced and circulated from the outside during the reaction despite being a closed system.
구체적으로, 고상 중합 반응 도중 고상 중합 반응기(240) 내로 비활성 가스를 주입하기 위해, 도 2a의 A 영역과 같이 상기 고상 중합 반응기(240)로부터 분지 형태(branched)로 나뉘어 2개 이상의 가스 공급 라인(222, 226)을 포함한다.Specifically, in order to inert gas into the solid
상기 가스 공급 라인(222, 226)의 적어도 하나의 라인(222) 일측부 내에 비활성 가스의 흐름을 제어하는 퍼징 밸브(224)가 위치하고, 적어도 하나의 다른 라인(226)의 일측부 내에 반응기 내 압력을 조절하기 위한 오리피스(228)를 구비한다. A purging
전 단계에서 결정화 된 PET 수지 및 기타 첨가제를 고상 중합 반응기(240) 내부로 주입되면, 퍼징 밸브(224)는 닫히고 반응기의 온도는 반응온도로 상승하며, 진공펌프를 가동시켜 반응기의 압력을 떨어뜨려 진공상태를 유지하게 된다. 이와 동시에 오리피스를 통하여 연속적으로 미세하게 주입되는 비활성 가스로 인하여 계 내에 잔존하는 산소의 농도는 감소하게 된다. When the PET resin and other additives crystallized in the previous step are injected into the solid-
이때 비활성 가스의 유입량 및 속도는 배치의 크기, 진공펌프의 용량 및 오리피스의 직경 등에 따라 달라질 수 있으며, 이 분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 적절히 조절될 수 있다.At this time, the flow rate and the rate of inert gas may vary depending on the size of the batch, the capacity of the vacuum pump and the diameter of the orifice, and can be appropriately adjusted by those skilled in the art.
오리피스(Orifice, 228)란 유체의 흐름을 교축(유동 단면적을 급속히 축소)시켜 주기 위한 기구로서, 관 내 유체 흐름의 유량을 제어하거나 감압시키는데 사용된다.
도 2b의 A 영역의 확대 도면으로서, 가스 공급 라인(226) 내부에 소정의 크기를 가지는 구멍을 구비하는 판 형태의 오리피스(228)가 위치한다. 즉, 상기 오리피스(228)의 상류(유입쪽)와 하류(유출쪽) 사이에서 생기는 압력차를 이용하여 유량을 측정이 가능하며, 주입되는 유체의 흐름 및 양을 조절할 수 있어, 고상 중합 반응 중 미량의 비활성 기체의 주입 및 진공 상태를 유지시킬 수 있다. As an enlarged view of region A of FIG. 2B, a plate-shaped
이때, 상기 오리피스(228)의 구멍의 직경은 압력차를 유지하고 제품 색상을 유지하는 데에 영향을 줄 수 있으며, 배치의 크기 및 처리되는 PET 수지의 함량 등에 따라 달라질 수 있으며, 바람직하기로 50 내지 100 ㎛ 정도이나, 이 범위에 한정하지 않는다.At this time, the diameter of the hole of the
상기 오리피스(228)는 시판되는 것을 구입하여 사용 가능하며, 그 모양이나 치수에 대해서는 관의 지름 를 기준으로 규격화된 표준 오리피스(228)가 정해져 있다. 특히, 공업규격으로 치수와 유량계수가 정해져 있으므로, 실제로 유체를 흐르게 하지 않아도 유량과 압력차 사이의 관계를 알 수 있다. 원판에 구멍만 뚫은 간단한 구조로 되어 있고 값이 저렴하면서도 신뢰성이 있다. The
본 발명에서는 고상 중합시 상기 고상 중합 반응기(240) 내부로 가스 공급 라인(222, 226)을 거쳐 비활성 가스를 미량 주입하여 중합 공정 중 산소의 분압을 적정 수준 이하, 바람직하기로 50 torr 이하, 더욱 바람직하기로 5 torr 이하, 가장 바람직하기로 0.5 torr 이하로 조절한다. 이와 같이, 고상 중합 도중 반응기(240) 내 산소의 분압을 최소화함으로써 종래 PET 고상 중합시 발생하던 황변 현상을 최소화 하여 최종 제품의 품질을 증가시킬 수 있다.In the present invention, a small amount of inert gas is injected into the solid
또한, 고상 중합 도중 반응기(240) 내부로 비활성 가스를 주입하더라도 별도로 설치된 오리피스(228)가 구비된 가스 공급 라인(226)에 의해 반응기 내 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다. 이와 같이, 고상 중합 반응기(240) 내 압력을 일정하게 유지시킴으로써 상기 반응기(240) 내의 물질 이동을 촉진하여 고상 중합시 발생하는 반응 부산물을 더욱 효과적으로 제거할 수 있다. In addition, even if an inert gas is injected into the
이와 같이, 본 발명은 PET의 고상 중합시 오리피스(228)가 구비된 별도의 가스 공급 라인(226)을 더욱 포함하여 고상 중합 도중에 비활성 가스를 주입하여 반응기(240) 내 산소의 농도를 최소화함으로써, 고상 중합 속도를 상승시키고 제품의 황변 현상 등의 변색을 방지하는 효과를 얻는다.As such, the present invention further includes a separate
상기 고상 중합된 PET는 섬유, 음료 용기, 필름 및 타이어 코드(Tire Cord)에 다양하게 적용가능하다.The solid polymerized PET is variously applicable to fibers, beverage containers, films and tire cords.
대표적으로, PET를 이용한 보틀 용기는 상기 고상 중합된 PET를 250 내지 290 ℃에서 사출 성형하여 중간 제품인 프리폼(preform)을 제조한다. Representatively, the bottle container using PET is injection-molded the solid-phase polymerized PET at 250 to 290 ° C to prepare a preform (interform) as an intermediate product.
이어, 상기 프리폼을 90 내지 110 ℃의 유리전이온도(Tg) 이상으로 가열한 다음, 가열된 프리폼을 성형 몰드 내로 주입한다. Subsequently, the preform is heated to a glass transition temperature (Tg) of 90 to 110 ° C. or higher, and then the heated preform is injected into a molding mold.
계속해서, 상기 성형 몰드 내 주입된 프리폼에 소정 압력의 압축 기체로 블로잉하여 용기 형태로 성형한 다음, 냉각하여 추출한다.Subsequently, the preform injected into the molding mold is blown with a compressed gas of a predetermined pressure, molded into a container, and then cooled and extracted.
상기 제조된 바틀 용기는 색상 변색이 없어 표면 상태가 매우한 특징을 나타낸다.The manufactured bottle container has no color discoloration and exhibits very surface condition.
이하 하기 실시예를 통해 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명할 것이나, 하기 하는 실시예는 본 발명의 일 예시일 뿐 본 발명이 이러한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the following examples are only examples of the present invention, and the present invention is not limited to these examples.
<실시예> <Examples>
용융 중합하여 중합도가 IV 0.60 dl/g이며, 평균 크기가 2× 2× 1.5 mm인 PET 펠렛을 제조하였다. 상기 PET 펠렛은 결정화 장치에 주입하여 180 ℃에서 30 분 동안 결정화 공정을 수행하였다.Melt polymerization was performed to prepare PET pellets having a degree of polymerization of IV 0.60 dl / g and an average size of 2 × 2 × 1.5 mm. The PET pellet was injected into a crystallization apparatus to perform a crystallization process at 180 ° C. for 30 minutes.
다음으로, 상기 결정화된 PET를 도 2의 본 발명에 따른 고상 중합 설비에 투입한 다음, 210 ℃에서 7 시간 동안 고상 중합 반응을 수행하였다. 이때, 비활성 가스로 질소를 사용하였으며, 가스 공급 라인에 구비된 퍼징 밸브를 반응 시간 내내 잠궈 고상 중합 반응기(240) 내의 압력이 1.0 torr를 유지하도록 하였다. 또한, 또 다른 가스 공급 라인에 구비된 오리피스는 직경이 50 ㎛인 것을 사용하였다.Next, the crystallized PET was added to the solid phase polymerization equipment according to the present invention of FIG. 2, and then the solid phase polymerization reaction was performed at 210 ° C. for 7 hours. At this time, nitrogen was used as the inert gas, and the purging valve provided in the gas supply line was locked throughout the reaction time to maintain the pressure in the solid-
<비교예> Comparative Example
용융 중합하여 중합도가 IV 0.60 dl/g이며, 평균 크기가 2× 2× 1.5 mm인 PET 펠렛을 제조하였다. 상기 PET 펠렛은 결정화 장치에 주입하여 180 ℃에서 30 분 동안 결정화 공정을 수행하였다.Melt polymerization was performed to prepare PET pellets having a degree of polymerization of IV 0.60 dl / g and an average size of 2 × 2 × 1.5 mm. The PET pellet was injected into a crystallization apparatus to perform a crystallization process at 180 ° C. for 30 minutes.
다음으로, 상기 결정화된 PET를 도 1의 종래 기술에 따른 고상 중합 설비에 투입한 다음, 210 ℃에서 7 시간 동안 고상 중합 반응을 수행하였다. 이때, 비활성 가스로 질소를 사용하였으며, 가스 공급 라인에 구비된 퍼징 밸브를 반응 시간 내내 잠궈 고상 중합 반응기(240) 내의 압력이 0.5 torr를 유지하도록 하였다. Next, the crystallized PET was added to the solid state polymerization equipment according to the prior art of Figure 1, and then subjected to a solid state polymerization reaction at 210 ° C for 7 hours. At this time, nitrogen was used as the inert gas, and the purging valve provided in the gas supply line was locked throughout the reaction time so that the pressure in the solid-
<실험예><Experimental Example>
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 PET 펠렛의 고유점도(IV) 및 색순도를 측정하였다.Intrinsic viscosity (IV) and color purity of the PET pellets prepared in Examples and Comparative Examples were measured.
A : 고유점도(IV)의 측정A: Measurement of intrinsic viscosity (IV)
o-Chlorophenol (OCP)에 용해된 PET 펠렛을 용해시켜 우벨로데 점도계(Ubbelodhe viscometer)에서 낙하초수(t1)가 측정되고, 순수한 용매(OCP)만의 낙하 초수(t0)도 측정된다. 이때 상대점도(ηr,Relative Viscosity)는, 용매만의 낙하초수와 Polymer 용액의 낙하초수의 상대비로 얻을 수 있고, 극한점도( [η], Intrinsic Viscosity, IV)는 하기 수학식 1에 의해 얻었다. o Pellets dissolved in -Chlorophenol (OCP) were dissolved to determine the number of drops ( t 1) in the Ubbelodhe viscometer, and the number of drops ( t 0) of pure solvent (OCP) alone. At this time, the relative viscosity (ηr, Relative Viscosity) can be obtained by the relative ratio of the falling seconds of the solvent only and the falling seconds of the polymer solution, the intrinsic viscosity ([η], Intrinsic Viscosity, IV) was obtained by the following formula (1).
(상기 수학식 1에서 c는 g/100ml(g/dl)로 표시되는 PET 용액의 농도이다.) (In Formula 1, c is the concentration of the PET solution expressed in g / 100ml (g / dl).)
B : 색상 값(L, a, b)의 측정B: measurement of color values (L, a, b)
미놀타사의 분광기(Minolta Spectrophotomer, Japan, model number : CR410)를 사용하여 PET 펠렛의 색상을 측정하였다. The color of PET pellets was measured using a Minolta spectrophotometer (Minolta Spectrophotomer, Japan, model number: CR410).
10 g의 PET 펠렛을 미리 준비한 테스트용 컵에 주입하고, 카메라로 펠렛으로부터 반사된 빛을 검출하여 펠렛의 색상을 분석하였으며, 이때 표준 색상의 정의는 ASTM(American Society for Testing & Materials) E308 및 D2244를 참조하였다. 10 g of PET pellets were injected into a test cup prepared in advance, and the color of the pellets was analyzed by detecting light reflected from the pellets with a camera, and the standard color was defined by the American Society for Testing & Materials (ASTM) E308 and D2244. See.
하기 표 1 및 도 3에 고상 중합 전 및 후의 PET의 IV 및 색상 값 데이터를 나타내었다.Table 1 and FIG. 3 show IV and color value data of PET before and after solid state polymerization.
상기 표 1에 따르면, 본 발명에 따른 실시예의 PET이 비교예의 그것에 비해 고유 점도가 증가함을 알 수 있었으며, 이는 보다 높은 분자량의 PET의 제조가 가능함을 의미한다.According to Table 1, it can be seen that the PET of the embodiment according to the present invention increases the intrinsic viscosity compared to that of the comparative example, which means that the production of higher molecular weight PET is possible.
또한, 투명도면에 있어서도, 실시예의 L의 수치가 89이고, 비교예의 그것이 88로 유사하게 나타났다. In addition, also in transparency, the numerical value of L of the Example was 89, and it showed similarly to 88 of the comparative example.
그러나, 도 3을 참조하면, 붉은색을 지시하는 수치 a와 노란색을 지시하는 수치 b의 측정 결과에서, 비교예의 PET이 노란색을 나타내 황변 현상이 일어났음을 알 수 있었다.However, referring to FIG. 3, in the measurement results of the numerical value a indicating the red color and the numerical value b indicating the yellow color, it was found that the yellowing phenomenon occurred when the PET of the comparative example showed yellow color.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 고상 중합 반응기에 오리피스가 부착된 별도의 비활성 가스 공급 라인을 설치하고 고상 중합 반응시간 내내 미량의 질소를 계 내에 투입함으로써, 고상 중합 속도를 상승시키고 고 상중합 제품의 색상 변색을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. As described above, according to the present invention, by installing a separate inert gas supply line with an orifice in the solid phase polymerization reactor and introducing a small amount of nitrogen into the system throughout the solid phase polymerization reaction time, the solid phase polymerization rate is increased and the high phase polymerization product is The effect of preventing color discoloration can be obtained.
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