KR102349078B1

KR102349078B1 - 폴리카보네이트 수지의 제조방법

Info

Publication number: KR102349078B1
Application number: KR1020170123767A
Authority: KR
Inventors: 김유나; 이동권; 김광현; 이정석
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2022-01-07
Also published as: KR20190035030A

Abstract

본 발명은 폴리카보네이트 제조공정에서 발생된 고분자 용액을 정제하는 공정을 포함하는 폴리카보네이트 수지의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 특정 조건의 인라인 믹서를 이용하여, 폴리알킬렌 카보네이트 제조공정에서 발생된 고분자 용액으로부터 TEA와 같은 촉매성분과 염성분을 효과적으로 제거하여, 생성물의 수율과 순도를 향상시킬 수 있는 폴리카보네이트 수지의 제조에 관한 것이다.

Description

폴리카보네이트 수지의 제조방법{METHOD FOR PREPARING POLYALKYLENE CARBONATE RESIN}

본 발명은 중합 공정을 마친 폴리카보네이트 용액에 포함된 TEA 및 염성분 등을 효과적으로 제거하는 정제공정을 포함하는 폴리카보네이트 수지의 제조방법에 관한 것이다.

폴리카보네이트는 엔지니어링 플라스틱 중 하나로서 플라스틱 산업에서 폭 넓게 사용되고 있는 재료이다. 상기 폴리카보네이트는 투명성, 내충격성, 기계적 강도, 내열성 등이 우수하여 투명시트, 자동차 범퍼 및 광디스크 등의 광범위한 분야에서 적용되고 있다.

이러한 폴리카보네이트는 통상적으로 2가 히드록시 화합물과 포스겐을 반응시키는 방법 또는 2가 히드록시 화합물과 탄산 디에스테르를 반응시키는 교환법을 통해 제조되고 있다.

상기 두 가지 방법으로 제조된 폴리카보네이트 중합 생성물 내에는 목적하는 폴리카보네이트 외에 폴리카보네이트 제조에 흔히 사용되는 유기용매인 메틸렌 클로라이드(CH₂Cl₂), 트리에틸아민(이하, TEA)과 같은 촉매 성분 및 염화나트륨, 탄산나트륨과 같은 염 성분 등의 불순물들이 존재한다.

따라서, 폴리카보네이트의 중합 공정후에는 고분자 용액 중에 존재하는 상기성분들을 제거하기 위한 정제 공정이 필요하다.

이를 위해, 일반적인 폴리카보네이트의 정제 공정은 촉매인 TEA를 제거하기 위해 HCl을 주입하는 산 세정(acid washing) 단계와, 잔류 불순물과 염들을 제거하기 위한 수 세정(waster washing) 단계로 구성된다.

상기 산 세정 단계에서 TEA가 완전히 제거되지 않는 경우 (TEA 0.5 ppm 이상) 폴리카보네이트의 degradation이나 decoloration 문제를 야기할 수 있으므로, 단시간에 상기 TEA가 모두 제거되어야 한다.

또한, 상기 산 세정 단계에서 주입된 HCl이 잔류할 경우 (Cl^- 2 ppm 이상) 기기 부식 및 폴리카보네이트의 안정성(stability)에 문제를 일으킬 수 있으므로 효과적인 세정이 필요하다.

현재 폴리카보네이트 제조 공정에서 사용 중인 원심분리기(centrifuge)의 경우 빠른 세정이 가능하지만, 유지 및 보수에 어려움이 있으며 전력 소모량 및 장치비가 높다는 단점이 있다. 즉 폴리카보네이트의 제조 과정에서 용액 내 잔류 TEA, 염, 및 불순물들을 빠른 시간에 효과적으로 제거하면서도 유지 및 보수 등이 쉽고 비용이 적게 드는 정제 공정을 개발할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 기존 대비 적은 설비 공간 및 장치 구성으로 폴리알킬렌 카보네이트의 중합 공정에서 얻은 반응 혼합물 용액으로부터 단시간 내에 TEA와 같은 촉매 성분, 염 성분 및 불순물을 제거할 수 있는 정제 공정을 포함하는 폴리카보네이트 수지의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 폴리카보네이트의 중합 공정을 거친 폴리카보네이트, 용매, 촉매 성분, 염 성분 및 불순물을 포함한 고분자 용액을 제공하는 단계; 및

상기 고분자 용액 중 촉매 성분을 제거하기 위한 산세정 단계와, 상기 고분자 용액에서 염 성분을 제거하기 위해 고분자 용액을 물로 세정하는 단계를 포함하는 고분자 용액의 정제 단계;를 포함하고,

상기 산세정 단계는 고분자 용액에 포함된 불순물을 제거한 후, 고분자 용액에 산용액을 투입하고,

20 내지 90 ton/h 의 유속 조건에서 운전되는 인라인 믹서를 이용하여 산용액으로 세정하여 고분자 용액에서 촉매 성분을 제거하는 단계를 포함하는, 폴리카보네이트 수지의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 인라인 믹서를 이용하여 폴리카보네이트 수지의 제조 공정에서 발생된 고분자 용액으로부터 트리에틸아민이나 염성분을 쉽게 제거할 수 있으며, 적은 설비 및 장치 구성으로도 경제적으로 폴리카보네이트 수지의 세정 및 정제가 가능한 폴리카보네이트 수지의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리카보네이트 수지의 정제 공정을 포함하는 공정도를 간략히 도시한 것이다.

이하에서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

또한 본 발명의 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 폴리카보네이트 수지의 제조방법에 관하여 설명하기로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따라, 폴리카보네이트의 중합 공정을 거친 폴리카보네이트, 용매, 촉매 성분, 염 성분 및 불순물을 포함한 고분자 용액을 제공하는 단계; 및 상기 고분자 용액 중 촉매 성분을 제거하기 위한 산세정 단계와, 상기 고분자 용액에서 염 성분을 제거하기 위해 고분자 용액을 물로 세정하는 단계를 포함하는 고분자 용액의 정제 단계;를 포함하고, 상기 산세정 단계는 고분자 용액에 포함된 불순물을 제거한 후, 고분자 용액에 산 용액을 투입하고, 20 내지 90 ton/h의 유속 조건에서 운전되는 인라인 믹서를 이용하여 산용액으로 고분자 용액에서 촉매 성분을 제거하는 단계를 포함하는, 폴리카보네이트 수지의 제조방법이 제공된다.

본 발명에서는 중합 공정을 완료한 폴리카보네이트 수지의 정제 공정에서 인라인 믹서를 사용함으로써, 기존 대비 더 효율적으로 중합 공정을 완료한 폴리카보네이트 수지를 포함한 고분자 용액에서 트리에틸아민(TEA)이나 염 성분들을 쉽게 제거할 수 있다. 특히, 본 발명의 방법은 일정 운전 조건을 나타내는 인라인 믹서의 사용에 의해 고분자 용액이 이동하는 라인 내에서 고분자 용액이 산 세정 단계를 거치기 때문에, 별도의 추가적인 세정 장치 없이 단 시간에 정제 공정을 수행하는 것이 가능하다.

구체적으로, 본 발명에서 정제 공정은 중합이 완료된 폴리카보네이트 수지를 포함한 고분자 용액의 세정 공정을 포함하며, 이러한 세정 공정은 고분자 용액에 포함된 TEA와 같은 촉매 성분이나 염성분 물질을 용매로 녹여내어 정제하는 모든 공정을 포함한다.

이러한 본 발명의 정제 공정은 고분자 용액에 포함된 TEA를 제거하고 중화시키기 위한 산 세정(acid washing) 단계와 NaCl, Na₂CO₃ 등의 염을 제거하기 위한 수 세정(water washing) 단계로 구성된다.

또한, 도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 특징은 정제 공정에 인라인 믹서(inline mixer)로서 고정 믹서(static mixer)를 사용하는 것이다. 그리고, 본 발명은 기존 세정 장치 들에 비해, 간단한 장치 구조를 가지므로, 적은 설비 공간 및 장치를 구비하여도, 효율적으로 상기 고분자 용액의 세정 공정을 수행할 수 있다.

바람직하게, 폴리카보네이트의 중합 공정을 마친 고분자 용액은 원심분리기(centrifuge)를 거쳐 불순물을 미리 제거한 뒤, line을 따라 이동하게 되고 인라인 믹서에 유입되기 전, 전단에서 주입한 산 용액과 합쳐져 인라인 믹서 내부를 흐르는 동안 서로 잘 섞여 TEA와 같은 촉매 성분이 제거되는 산 세정 단계를 거치게 된다.

이때, 상기 산 용액은 염산을 사용하는 것이 바람직하다. 이때 상기 산성용액은 pH 3 이하인 것일 수 있으며, 구체적으로는 pH 1 내지 3인 것일 수 있다. 또한, 상기 강산은 특별히 제한되는 것은 아니나 pH 3 이하의 산용액일 수 있고, 예컨대 염산, 질산, 황산 등일 수 있다. 또한, 물과 강산의 사용비율은 특별히 제한되지 않고 상기 산성용액이 전술한 pH 범위를 가질 수 있는 비율로 사용하는 것일 수 있다.

그리고, 상기 산 세정 단계에서, 인라인 믹서를 통과하며 TEA가 제거되고 잘 혼합된 고분자 용액은 물로 세정하는 단계를 수행하기 전에 디캔터(decanter)를 이용하여 고분자 용액 중 포함된 물을 분리하고 제거해 유기용매를 포함한 고분자 용액층만 후단으로 이동하는 단계를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 고분자 용액의 정제 단계는 다음의 장치를 이용할 수 있다:

폴리카보네이트의 중합 공정을 거친 폴리카보네이트, 물, 유기 용매, 촉매 성분, 염 성분 및 불순물을 포함한 고분자 용액에서 불순물을 제거하기 위한 원심분리기;

상기 원심 분리기와 직렬로 연결 설치되어 있으며, 고분자 용액에서 촉매 성분을 제거하기 위한 인라인 믹서;

상기 원심분리기와 인라인 고정 믹서 사이의 라인에 연결 설치되어 있으며, 상기 고분자 용액을 중화하고 상기 고분자 용액에 포함된 촉매 성분을 제거하기 위한 산용액 저장 드럼;

상기 인라인 믹서를 통과하여 촉매 성분이 제거되고 잘 혼합된 용액으로부터 물을 분리하기 위한 디캔터; 및

상기 디캔터를 통과하고 물이 분리된 고분자 용액을 세정하기 위한 세정장치.

본 발명에서 사용하는 인라인 믹서는 20 내지 90 ton/h의 유속 조건에서 운전되는 것이 바람직하다. 더 바람직하게, 상기 인라인 믹서는 40 내지 70 ton/h 혹은 40 내지 60 ton/h의 유속 조건에서 운전되는 것이 좋다. 상기 인라믹 믹서의 유속이 20 ton/h 미만이면 고분자 용액의 흐름 속도가 너무 느려 고분자 용액이 인라인 믹서에 남을 우려가 있고 또한 고분자 용액에 포함된 TEA와 같은 촉매 성분이나 염성분 물질의 제거가 어렵다. 그리고, 상기 유속이 90 ton/h을 초과하면 고분자 용액의 흐름 속도가 너무 빨라서, 역시 고분자 용액 중 포함된 촉매성분과 염성분의 제거가 제대로 되지 않는 문제가 있다.

또한, 상기 인라인 믹서는 인라인 고정 믹서를 사용함이 바람직하다. 또한 상기 인라인 믹서의 크기는 투입되는 고분자 용액에 따라 적절히 조절될 수 있는 바, 크게 제한되지는 않는다.

이때, 상기 고분자 용액을 물로 세정하는 단계에서 수 세정에 사용되는 장치는, 당업자들에게 일반적으로 잘 알려진 세정 장치들이 모두 사용 가능하다. 예를 들면, 상기 고분자 용액을 물로 세정하는 단계는, 원심분리기(centrifuge) 및 추출 컬럼(extraction column)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 장치를 이용하여 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 세정하는 단계는, 원심분리기, 추출컬럼, 원심분리기와 추출컬럼 또는 추출컬럼과 원심분리기의 장치를 배열하여 수행할 수 있다. 또한, 이러한 경우 필요에 따라, 상기 원심분리기 또는 추출장치는 2종 이상 사용될 수도 있다.

상기 고분자 용액을 물로 세정하는 단계 후에, 원심분리기를 이용하여, 고분자 용액에 잔류하는 수분을 제거하는 단계, 및 고분자 용액 중 포함된 유기 용매를 분리 및 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 유기 용매를 제거하는 단계는 일반적으로 잘 알려진 방법에 의해 진행될 수 있는 바, 본 발명의 방법이 특별히 제한되지 않는다.

이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 바람직한 폴리카보네이트 수지의 정제 공정에 대해 더 구체적으로 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 폴리카보네이트 수지의 제조 공정에서 중합이 완료된 고분자 용액(10)이 준비되면, 이를 원심분리기(20)에 공급한다. 상기 원심분리기에서는 고분자 용액에서 불순물을 1차적으로 제거한다.

상기 원심분리기(20)를 거친 고분자 용액은 인라인 믹서(40)로 바로 공급되기 전에, 원심분리기를 통과한 후 라인을 따라 이동하면서, 염산 용액 저장 드럼(HCl storage drum)으로부터 주입되는 염산 용액과 합쳐진다. 이후, 고분자 용액과 염산 용액은 혼합되면서, 원심분리기 (20)와 연결된 라인을 따라 이동하고 인라인 믹서(40)로 공급된다.

이어서, 고분자 용액은 인라인 믹서 내부를 흐르는 동안 서로 잘 혼합되어 섞이기 때문에, 고분자 용액 내에 존재하는 TEA가 산용액에 의해 제거되는 것과 동시에 고분자 용액의 중화가 이루어진다.

이후, 상기 고분자 용액은 물이 존재할 수 있기 때문에, 인라인 믹서(40)를 통과한 후, 디캔터(50)와 같은 장치를 이용하여, 고분자 용액을 폴리카보네이트 수지를 포함한 유기 용매층과 물 층으로 분리하는 공정을 진행한다. 이러한 과정으로 물층은 분리되어, 고분자 용액에는 폴리카보네이트 수지를 포함한 유기 용매층만 존재하고, 상기 고분자 용액은 후단으로 라인을 따라 이동한다.

그리고, 상기 디캔터를 거친 고분자 용액은 펌프(60)를 통해 세정 장치로 이송되어, 물로 세정하는 공정을 수행한다. 또한, 물로 세정된 고분자 용액을 회수하고, 유기 용매를 제거하고 건조하는 공정 등을 통해 최종 폴리카보네이트 수지를 얻을 수 있다.

상기 세정 장치는 도 1에서와 같이, 추출 컬럼(70) 및 원심분리기(22)를 이용할 수 있으며, 상기 장치를 통과한 폴리카보네이트 및 용매를 포함한 고분자 용액(80)이 회수된다.

한편, 상기 고분자 용액은 폴리카보네이트, 용매, 촉매 성분, 염 성분 및 불순물을 포함할 수 있다.

이후, 상기 고분자 용액에 대하여 본 발명의 도 1의 장치를 통해, 정제 공정을 수행함으로써, 고분자 용액 중 포함된 TEA나 염성분들을 제거함으로써, 본 발명은 기존 대비 TEA 함량을 크게 낮추어 최종 물질의 품질 향상을 꾀할 수 있다.

이때, 상기 정제 공정에 투입되기 전의 고분자 용액에는 부산물, 및 미반응 단량체 등을 더 포함할 수 있는데, 이들은 일반적으로 잘 알려진 방법에 따라 미리 제거될 수 있다.

상기 폴리카보네이트 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 카보네이트 반복 단위를 갖는 호모폴리머 또는 코폴리머일 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, R1은 하기 화학식 2로 표시되는 방향족 디히드록시 화합물 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 비스페놀과 같은 디히드록시 화합물로부터 유도된 것일 수 있다.

[화학식 2]

(상기 화학식 2에서, R^h는 서로 독립적으로, 할로겐 원자, 할로겐 원자로 치환되거나 비치환된 C_1-10의 알킬 및 할로겐 원자로 치환되거나 비치환된 C_6-10의 아릴이고, n은 0 내지 4의 정수이다)

[화학식 3]

(상기 화학식 3에서, R^a 및 R^b는 서로 독립적으로 할로겐, C_1-12의 알콕시 및 C_1-12의 알킬이고, p 및 q는 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, p 또는 q가 4 미만인 경우에는 고리의 각각의 탄소의 원자가는 수소로 채워질 수 있으며,

X^a는 2개의 히드록시 치환된 방향족기를 연결하는 연결기로, -O-, -S-, -S(O)-, -S(O)₂-, -C(O)- 또는 C_1-18의 유기기이고, 상기 C_1-18의 유기기는 치환 또는 비치환된 C_2-18의 사이클로알킬리덴, -C(R^c)(R^d)-의 C_1-25의 알킬리덴(여기서, R^c 및 R^d는 서로 독립적으로 수소, C_1-12의 알킬, C_1-12의 사이클로알킬, C_7-12의 아릴알킬, C_1-12의 헤테로알킬 또는 C_7-12의 헤테로아릴알킬이다) 또는 -C(=R^e)(여기서, R^e는 C_1-12의 2가 탄화수소이다)일 수 있다)

상기 디히드록시 화합물의 구체적인 예로는, 4,4'-디히드록시바이페닐, 1,6-디히드록시나프탈렌, 2,6-디히드록시나프탈렌, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(4-히드록시페닐)디페닐메탄, 비스(4-히드록시페닐)-1-나프틸메탄, 1,2-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)-1-페닐에탄, 2-(4-히드록시페닐)-2-(3-히드록시페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)페닐메탄, 2,2-비스(4-히드록시-3-브로모페닐)프로판, 1,1-비스(히드록시페닐)사이클로펜탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)사이클로헥산, 1,1-비스(4-히드록시페닐)이소부텐, 1,1-비스(4-히드록시페닐)사이클로도데칸, 트랜스-2,3-비스(4-히드록시페닐)-2-부텐, 2,2-비스(4-히드록시페닐)아다만탄, α,α'-비스(4-히드록시페닐)톨루엔, 비스(4-히드록시페닐)아세토니트릴, 2,2-비스(3-메틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-에틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-n-프로필-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-이소프로필-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-sec-부틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-t-부틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-사이클로헥실-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-알릴-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-메톡시-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시페닐)헥사플루오로프로판, 1,1-디클로로-2,2-비스(4-히드록시페닐)에틸렌, 1,1-디브로모-2,2-비스(4-히드록시페닐)에틸렌, 1,1-디클로로-2,2-비스(5-페녹시-4-히드록시페닐)에틸렌, 4,4'-디히드록시벤조페논, 3,3-비스(4-히드록시페닐)-2-부타논, 1,6-비스(4-히드록시페닐)-1,6-헥사디온, 에틸렌 글리콜 비스(4-히드록시페닐)에테르, 비스(4-히드록시페닐)에테르, 비스(4-히드록시페닐)술피드, 비스(4-히드록시페닐)술폭사이드, 비스(4-히드록시페닐)술폰, 9,9-비스(4-히드록시페닐)플루오린, 2,7-디히드록시피렌, 6,6'-디히드록시-3,3,3',3'-테트라메틸스피로(비스)인단(스피로바이인단 비스페놀), 3,3-비스(4-히드록시페닐)프탈이미드, 2,6-디하이드록시디벤조-p-디옥신, 2,6-디히드록시티안트렌, 2,7-디히드록시페녹사틴, 2,7-디히드록시-9,10-디메틸페나진, 3,6-디히드록시디벤조푸란, 3,6-디히드록시디벤조티오펜 및 2,7-디히드록시카바졸 등의 비스페놀 화합물; 5-메틸 레조르시놀, 5-에틸 레조르시놀, 5-프로필 레조르시놀, 5-부틸 레조르시놀, 5-t-부틸레조르시놀, 5-페닐 레조르시놀, 5-쿠밀 레조르시놀, 2,4,5,6-테트라플루오로 레조르시놀, 2,4,5,6-테트라브로모 레조르시놀 등의 치환된 레조르시놀 화합물; 카테콜; 하이드로퀴논; 및 2-메틸 하이드로퀴논, 2-에틸 하이드로퀴논, 2-프로필 하이드로퀴논, 2-부틸 하이드로퀴논, 2-t-부틸 하이드로퀴논, 2-페닐 하이드로퀴논, 2-쿠밀 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라메틸 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라-t-부틸 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라플루오로 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라브로모 하이드로퀴논 등의 치환된 하이드로퀴논 등을 들 수 있다.

상기 유기용매는 메틸렌 클로라이드(CH₂Cl₂), 1,2-디클로로에탄(ClCH=CHCl), 클로로벤젠(C₆H₅Cl), 또는 톨루엔(C₇H₅) 등일 수 있으며, 구체적으로는 메틸렌 클로라이드일 수 있다.

상기 촉매성분은 트리에틸아민, 트리부틸아민, N,N-디에틸-사이클로헥실아민, N,N-디메틸아닐린 등일 수 있고, 구체적으로는 트리에틸아민(TEA)일 수 있다.

상기 염성분은 염화나트륨, 탄산나트륨 등일 수 있다.

그리고, 상기 폴리카보네이트를 제조하는 공정에서 생성될 수 있는 부산물들은 이 분야에 잘 알려진 방법에 따라 정제하여 제거할 수 있다. 예를 들어, 상기 부산물 중 염성분은 물에 대한 용해도가 높기 때문에 물을 사용한 추출방법을 통해 제거 가능하다.

또한 폴리카보네이트의 정제 공정은 촉매 제거 공정을 포함할 수 있으며, 촉매 제거는 부산물 제거 공정과 동시에 또는 그 이전에 진행 가능하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다 할 것이다.

실시예 1.

통상적인 PC 제조공정에서 발생된 폴리카보네이트, 용매, 물, 트리에틸아민, 염 성분 및 불순물을 포함한 고분자 용액을 사용하여 도 1에 도시된 방법에 따라, 50 ton/h 정도의 유속 조건에서 운전되는 인라인 믹서를 포함한 고분자 용액의 정제 공정을 진행하였다. 이때, 산용액은 염산 용액을 사용하였다.

중합반응 생성 혼합물(총 고형분: 10 wt%)은 하기 표 1에 나타낸 조성으로 제조하여 사용하였다

추출 처리

탈염수를 이용하여 중합반응 생성 혼합물을 제1 추출 처리하여 제1 수성상 풍부 분획과 제1 유기상 풍부 분획으로 분리하였다.

먼저, 원심분리기(20)를 이용해서, 고분자 용액(10)인 중합반응 생성 혼합물 300 g을 원심 분리하여 층분리하고 물 150 g을 제거한 생성 혼합물 150 g을 제조하였다. 이렇게 제조된 생성 혼합물 150 g이 들어있는 제1 배치(batch)에 염산 용액 저장 드럼(30)으로 공급되는 산용액 15 g을 투입한 뒤 펌프를 통해 인라인 믹서(40)에 통과시킨 후, 통과된 고분자 용액의 TEA 제거율을 분석하였다. 그 결과는 표 2와 같다.

이때, 인라믹 믹서를 통과한 고분자 용액은 디캔터(50), 컬럼(70) 및 원심분리기(22)를 이용해서, 폴리카보네이트 및 용매를 포함한 고분자 용액으로 회수되었다.

실시예 2.

70 ton/h 정도의 유속 조건에서 인라인 믹서를 운전하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 산세정 단계를 수행하였다.

비교예 1.

10 ton/h 정도의 유속 조건에서 인라인 믹서를 운전하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 산세정 단계를 수행하였다.

비교예 2.

110 ton/h 정도의 유속 조건에서 인라인 믹서를 운전하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 산세정 단계를 수행하였다.

구분	중량(g)	중량%
폴리카보네이트 중합체	11	3.67
CH₂Cl₂	100	33.33
H₂O	150	50
NaCl	30	10
Na₂CO₃	7	2.33
TEA(trimethylamine)	2	0.67
total	300	100

구분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
염성분(중량%)	0.00	0.00	0.00	0.05
촉매성분(중량%)	0.00	0.00	0.00	0.03

상기 표 2의 결과를 통해, 본 발명의 실시예 1 내지 2는 도 1의 인라인 믹서를 포함한 장치를 이용해서 고분자 용액을 추출 처리하므로, 비교예 2보다 고분자 용액에 포함된 염성분 및 촉매 성분을 완전히 제거함을 확인할 수 있다.

이때, 비교예 1의 경우 추출 효율은 본원과 동등했지만, 고분자 용액의 체류 시간이 너무 길어져, 공정 시간이 증가하였고, 또한 고분자 용액의 흐름 속도가 너무 느려 고분자 용액이 인라인 믹서에 일부 남아 있는 문제를 야기하였다. 또, 비교예 2는 고분자 용액의 체류 시간이 너무 짧아 추출 효율이 본원 대비 낮았다.

10: 고분자 용액
20, 22: 원심분리기(Centrifuge)
30: 염산 용액 저장 드럼 (HCl storage drum)
40: 인라인 믹서(Inline mixer)
50: 디캔터(Decanter)
60: 펌프
70: 컬럼
80: 폴리카보네이트 및 용매를 포함한 고분자 용액

Claims

폴리카보네이트의 중합 공정을 거친 폴리카보네이트, 용매, 촉매 성분, 염 성분 및 불순물을 포함한 고분자 용액을 제공하는 단계; 및
상기 고분자 용액 중 촉매 성분을 제거하기 위한 산세정 단계와, 상기 고분자 용액에서 염 성분을 제거하기 위해 고분자 용액을 물로 세정하는 단계를 포함하는 고분자 용액의 정제 단계;를 포함하고,
상기 산세정 단계는 고분자 용액에 포함된 불순물을 제거한 후, 고분자 용액을 산 용액으로 세정하고,
20 내지 90 ton/h의 유속 조건에서 운전되는 인라인 믹서를 이용하여 산용액으로 세정된 고분자 용액에서 촉매 성분을 제거하는 단계를 포함하며,
상기 산 세정 단계에서, 인라인 믹서를 통과한 고분자 용액은 물로 세정하는 단계를 수행하기 전에 디캔터를 이용하여 고분자 용액 중 포함된 물을 분리하고 제거하는 단계를 더 포함하는, 폴리카보네이트 수지의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 산 세정 단계에서, 상기 불순물은 원심분리기를 이용하여 제거되는 폴리카보네이트 수지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 고분자 용액을 물로 세정하는 단계는, 원심분리기(centrifuge) 및 추출 컬럼(extraction column)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 장치를 이용하여 수행되는 폴리카보네이트 수지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 인라인 믹서는 40 내지 70 ton/h의 유속 조건에서 운전되는, 폴리카보네이트 수지의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 산 용액은 염산을 사용하는 폴리카보네이트 수지의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 고분자 용액을 물로 세정하는 단계 후에,
원심분리기를 이용하여, 고분자 용액에 잔류하는 수분을 제거하는 단계, 및 고분자 용액 중 포함된 유기 용매를 분리 및 제거하는 단계를 더 포함하는, 폴리카보네이트 수지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 촉매성분은 트리에틸아민, 트리부틸아민, N,N-디에틸-사이클로헥실아민 및 N,N-디메틸아닐린으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 폴리카보네이트 수지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 염 성분은 염화나트륨 또는 탄산나트륨을 포함하는 폴리카보네이트 수지의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 용매는 메틸렌 클로라이드, 1,2-디클로로에탄(ClCH=CHCl), 클로로벤젠(C₆H₅Cl), 또는 톨루엔(C₇H₅) 포함하는, 폴리카보네이트 수지의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 고분자 용액의 정제 단계는 다음의 장치를 이용하는 폴리카보네이트 수지의 제조방법:
폴리카보네이트의 중합 공정을 거친 폴리카보네이트, 물, 유기 용매, 촉매 성분, 염 성분 및 불순물을 포함한 고분자 용액에서 불순물을 제거하기 위한 원심분리기;
상기 원심 분리기와 직렬로 연결 설치되어 있으며, 고분자 용액에서 촉매 성분을 제거하기 위한 인라인 믹서;
상기 원심분리기와 인라인 고정 믹서 사이의 라인에 연결 설치되어 있으며, 상기 고분자 용액을 중화하고 상기 고분자 용액에 포함된 촉매 성분을 제거하기 위한 산용액 저장 드럼;
상기 인라인 믹서를 통과하여 촉매 성분이 제거되고 잘 혼합된 용액으로부터 물을 분리하기 위한 디캔터; 및
상기 디캔터를 통과하고 물이 분리된 고분자 용액을 세정하기 위한 세정장치;를 포함하고,
상기 세정장치는 원심분리기 및 추출컬럼으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 장치를 이용함.