KR102425247B1 - Eco-friendly depolymerization method of polymers containing ester functional groups - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 방법에 관한 것으로, 상세하게는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 첨가제로 부가함으로써, 보다 낮은 온도에서도 해중합이 가능하도록 하며, 목적 생성물의 수율을 높일 수 있는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 방법 및 이를 위한 조성물에 관한 것이다.

Figure 112021023893169-pat00007
[화학식 1]The present invention relates to a method of depolymerizing a polymer containing an ester functional group, and more particularly, by adding a compound represented by the following formula (1) as an additive, depolymerization is possible even at a lower temperature, and the yield of the target product can be increased It relates to a method for depolymerizing a polymer containing an ester functional group and a composition therefor.
Figure 112021023893169-pat00007
[Formula 1]

Figure 112021023893169-pat00010
Figure 112021023893169-pat00010

Description

에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 친환경적인 해중합 방법 {Eco-friendly depolymerization method of polymers containing ester functional groups}Eco-friendly depolymerization method of polymers containing ester functional groups

본 발명은 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 친환경적인 해중합 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an environmentally friendly depolymerization method of a polymer containing an ester functional group.

보다 상세하게는 중합된 형태의 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 분쇄된 형태의 원료에 글리콜 등의 다가알코올을 첨가하여 분해함에 있어서, 교환 에스테르화 반응 촉매, 예컨대 1A족, 2A족 또는 2B족 금속 양이온과 짝이온(counter-ion)이 탄산, 중탄산, 알콕사이드, 아세테이트 등과 같은 유기 음이온으로 구성된 금속염 촉매 또는 유기화합물 촉매를 사용하고, 방향족 고리에 최소 하나 이상의 알킬기가 링커를 통해 연결되고, 상기 링커는 최소 하나 이상의 산소를 갖는 것을 특징으로 하는 화합물을 첨가하여 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 해중합하여 다가알코올 부가 단량체를 수득하는 것에 관한 것이다.More specifically, in decomposing by adding a polyalcohol such as glycol to a raw material in a pulverized form of a polymer containing an ester functional group in a polymerized form, an exchange esterification reaction catalyst, for example, a metal cation of Group 1A, Group 2A, or Group 2B A metal salt catalyst or an organic compound catalyst is used in which the counter-ion is composed of an organic anion such as carbonic acid, bicarbonate, alkoxide, acetate, etc., and at least one alkyl group is connected to the aromatic ring through a linker, and the linker is at least It relates to depolymerizing a polymer containing an ester functional group by adding a compound characterized by having at least one oxygen to obtain a polyalcohol addition monomer.

플라스틱은 저렴하고 내구성이 있는 물질이며, 성형 및 가공이 편리하다는 이점을 갖고 있어서 다양한 제품 생산에 사용되고 있다. 이러한 이점으로 플라스틱은 산업과 생활 각 분야에서 소비량이 수십 년 동안 극적으로 증가하였다. 그러나 제대로 관리되지 못한 플라스틱 폐기물이 환경에 방치되면서 환경오염을 일으키거나 작은 조각으로 분해된 미세플라스틱이 생태계 곳곳을 떠돌면서 생물에 축적되고 결국 미세먼지, 식수, 식품 등을 통해 다시 인체에 들어오는 문제점이 야기되고 있다. 더욱이, 이러한 플라스틱의 50% 이상이 포장, 농업용 필름, 일회용 소비 물품 등과 같이 단일 용도의 일회용 용도로 사용되거나 제조 후 1 년 이내에 폐기되는 단기 제품으로 사용된다. Plastic is an inexpensive and durable material, and has the advantage of being convenient for molding and processing, so it is used in the production of various products. Due to these advantages, the consumption of plastics in industry and life has increased dramatically over the decades. However, as plastic waste that is not properly managed is left in the environment, it causes environmental pollution, or microplastics decomposed into small pieces float around the ecosystem, accumulate in living things, and eventually enter the human body again through fine dust, drinking water, and food. is being caused Moreover, more than 50% of these plastics are used for single-use, single-use, disposable applications such as packaging, agricultural films, disposable consumer products, etc. or as short-term products that are discarded within one year of manufacture.

폐기되는 대부분 플라스틱은 자연적 정화가 어려운 지정 매립지 혹은 자연 서식지에 무작위로 배출되어 환경오염 문제의 심각성은 날로 증가하고 있다. 심지어 자연 분해 또는 생분해 가능한 플라스틱도 자외선 노출의 수준, 온도, 분해 미생물의 존재 등과 같은 국소 환경 인자에 따라 수십 년 동안 존속될 수 있다.Most of the discarded plastics are randomly discharged to designated landfills or natural habitats that are difficult to purify naturally, so the seriousness of the environmental pollution problem is increasing day by day. Even biodegradable or biodegradable plastics can persist for decades, depending on local environmental factors such as level of UV exposure, temperature, and the presence of degrading microorganisms.

이러한 문제를 해결하고자, 자연 상태에서 분해 주기가 짧은 신규 플라스틱 물질 개발을 포함하여 기존 석유계 플라스틱의 화학적 분해로부터 플라스틱의 물리적 재생 및 재가공에 이르기까지 플라스틱의 축적을 최소화하거나 환경적 영향을 감소시키기 위한 여러 가지 연구가 진행되고 있다.In order to solve these problems, from the chemical degradation of existing petroleum-based plastics to the physical regeneration and reprocessing of plastics, including the development of new plastic materials with a short decomposition cycle in the natural state, to minimize the accumulation of plastics or reduce the environmental impact. Several studies are in progress.

에스테르 작용기를 포함하는 고분자는 해중합 (Depolymerization)을 통해 단량체화가 가능하며, 다양한 화학적 반응 경로가 개발되어 왔다. 분해를 통해 생성된 단량체는 이론적으로 초기 고분자 합성에 투입되는 원료와 동등한 성질을 가질 수 있다. 산업적으로 폴리에스테르를 재활용하기 위해 응용되고 있는 해중합 경로로는 가수분해 (Hydrolysis), 글라이콜리시스 (Glycolysis), 메탄올리시스 (Methanolysis), 암모놀리시스 (Ammonolysis) 등이 있으며, 이들을 조합하여 공정별 장점만을 활용하는 복합 공정에 이르기까지 다양한 화학적 해중합 방법이 널리 이용되고 있다.Polymers containing ester functional groups can be monomerized through depolymerization, and various chemical reaction pathways have been developed. The monomers generated through decomposition can theoretically have properties equivalent to those of raw materials used for initial polymer synthesis. Depolymerization pathways that are industrially applied to recycle polyester include hydrolysis, glycolysis, methanolysis, ammonolysis, and the like. Various chemical depolymerization methods are widely used, ranging from complex processes utilizing only specific advantages.

상기 나열한 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 제조 방법을 보다 구체적으로 설명하면, 가수분해의 경우 산, 염기, 금속염 촉매 존재 하에 다양한 반응경로를 통해 분해가 진행될 수 있는 것으로 알려져 있다. 산 촉매 반응의 경우 높은 반응 수율을 얻기 위해 매우 높은 농도의 황산 용액이 필요하여 공정의 설계, 운전 및 후처리에 따른 경제성 문제 등이 단점으로 지적된다. 염기 및 금속염 촉매를 적용할 경우 분해 반응속도가 매우 느리고 제품 순도가 낮으며 촉매 회수가 힘들어지는 문제가 발생하기 때문에 비효율적이다.More specifically, the method for preparing depolymerization of a polymer containing the ester functional groups listed above is known. In the case of hydrolysis, it is known that decomposition can proceed through various reaction pathways in the presence of acid, base, and metal salt catalysts. In the case of an acid-catalyzed reaction, a very high concentration of sulfuric acid solution is required to obtain a high reaction yield, so economical problems due to design, operation, and post-treatment of the process are pointed out as disadvantages. When a base and metal salt catalyst is applied, it is inefficient because the decomposition reaction rate is very slow, the product purity is low, and the catalyst recovery becomes difficult.

메탄올리시스 공정은 현재 글로벌 화학 회사뿐만 아니라 중소 플라스틱 산업에 이르기까지 실제 상용공정에 널리 응용된 공정 중 하나이다. 그러나 메탄올을 반응 용매로 사용하기 때문에 고온, 고압의 가혹한 반응조건이 필요하며, 이에 따른 장치의 설계비용과 반응물 회수 및 제품 정제를 위한 추가 단위공정들이 필수적이므로 높은 투자비가 요구될 수 있다. 효율적인 메탄올리시스를 수행하기 위해서는 교환 에스테르화 촉매가 요구되며, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 반응에 일반적으로 사용되는 촉매로는 아세트산 아연, 아세트산 마그네슘, 아세트산 코발트, 이산화 납 등 금속이 양이온으로 함유된 것들을 예로 들 수 있다. 그러나, 얻어진 해중합 제품 내 촉매 구성 금속이 잔류할 수 있으며, 재중합되는 소재의 용도 및 목적에 따라 인체 유해성이나 제품 품질에 대한 영향이 최소화될 수 있도록 촉매의 종류 및 사용량이 반응·정제 공정의 효율성 및 경제성과 함께 검토되어야 하는 제약이 따를 수 있다. The methanolysis process is one of the processes widely applied to actual commercial processes not only in global chemical companies but also in small and medium-sized plastics industries. However, since methanol is used as a reaction solvent, severe reaction conditions of high temperature and high pressure are required, and accordingly, a high investment cost may be required because the design cost of the device and additional unit processes for recovery of reactants and product purification are essential. In order to perform efficient methanolysis, an exchange esterification catalyst is required. Catalysts commonly used for depolymerization of polymers containing ester functional groups include metals such as zinc acetate, magnesium acetate, cobalt acetate, and lead dioxide as cations. things that have been done can be exemplified. However, metals constituting the catalyst may remain in the obtained depolymerization product, and depending on the purpose and use of the material to be repolymerized, the type and amount of the catalyst may be adjusted to minimize harm to the human body or the effect on product quality. and constraints that must be considered along with economics.

가수분해와 메탄올리시스 공정은 많은 분야에서 활용되고 있지만, 두 반응 모두 폴리에스테르 수지의 분해 시 생성된 제품의 품질과 수율이 제한적이며, 분해 반응 시간이 길고, 분해산물로서, 테레프탈산 (TPA) 또는 디메틸테레프탈레이트 (DMT) 중 한 종류만 주생성물로 생산되며 다른 형태의 테레프탈레이트 화합물들은 부생되는 불순물로 취급되므로, 생산된 제품을 고품질의 고분자 소재로 재합성하기 위해서는 에너지 소모량이 과다한 정제공정의 구성이 요구될 수 있다.Although hydrolysis and methanolysis processes are utilized in many fields, both reactions have limited quality and yield of products produced during decomposition of polyester resins, long decomposition reaction times, and as decomposition products, terephthalic acid (TPA) or Since only one type of dimethyl terephthalate (DMT) is produced as the main product and other types of terephthalate compounds are treated as by-product impurities. This may be requested.

글라이콜리시스는 반응물로 글리콜을 첨가하는 해중합 반응이다. 글라이콜리시스의 가장 보편적인 예로는 단량체 원료의 하나인 에틸렌 글리콜 (EG)을 과량으로 첨가하여 bis(2-hydroxyethyl) terephthalate (BHET)를 제조하는 공정이 있다. PET 원료의 일부인 EG를 반응물로 사용하기 때문에 반응생성물과 열역학적 혼화성이 높으며, 적은 비용의 설비 투자만으로 기존 중합 공정을 변경하여 활용 가능하며, 별도의 화학적 처리 없이 원료를 직접 생산에 적용 가능하다는 장점이 있다. 글라이콜리시스는 반응물인 글리콜의 환류 조건 하에서 수행하는 것이 일반적이며, 올리고머에서 단량체로 분해되는 단계의 속도가 느리고 반응 평형상태에서도 제품의 분포가 넓기 때문에 제품의 반응 수율 뿐만 아니라 생산 수율에도 한계가 존재할 수 있으며, 최종 제품인 단량체를 반응물로부터 고수율 및 고순도로 분리하기 위해서는 높은 비용의 정제공정이 필수적일 수 있다. 사용되는 반응 촉매로는 아세트산 아연 또는 아세트산 리튬이 일반적이다. 이러한 금속염 촉매는 정제과정에서 완벽하게 제거되지 않고 제품에 잔류할 수 있으며, 소량이라도 인체 유해성을 갖는 금속이 재생 단량체에 포함될 수 있기 때문에 이를 재투입하여 생산되는 제품, 특히 식품용, 의료용 및 기타 생활용품의 소재의 재가공에는 활용이 어려운 측면이 있다. 또한, 글라이콜리시스는 높은 온도에서 반응이 진행되지만, 제품의 회수 및 정제과정은 낮은 온도의 재결정화법을 따르는 것이 일반적이어서 에너지 소비가 많고 생산공정의 열원 공급 방법에 있어서도 비용과 효율성이 낮아지는 문제점이 있다.Glycolysis is a depolymerization reaction in which glycol is added as a reactant. The most common example of glycolysis is a process for preparing bis(2-hydroxyethyl) terephthalate (BHET) by adding an excess of ethylene glycol (EG), one of the monomer raw materials. Since EG, which is a part of PET raw material, is used as a reactant, thermodynamic miscibility with the reaction product is high, and it can be used by changing the existing polymerization process with a small investment in equipment, and the raw material can be directly applied to production without additional chemical treatment. There is this. Glycolysis is generally carried out under the reflux condition of glycol, the reactant, because the rate of decomposition from oligomers to monomers is slow and the product distribution is wide even in reaction equilibrium. may exist, and a high-cost purification process may be necessary to separate the final product, the monomer, from the reactant in high yield and high purity. The reaction catalyst used is generally zinc acetate or lithium acetate. These metal salt catalysts may not be completely removed during the refining process and may remain in the product, and even a small amount may contain metals that are harmful to the human body. The reprocessing of the material of the product is difficult to utilize. In addition, although glycolysis proceeds at a high temperature, the recovery and purification process of the product generally follows a low-temperature recrystallization method, so energy consumption is high and the cost and efficiency of the heat source supply method of the production process are low. There is a problem.

상술한 글라이콜리시스 반응을 수행함에 있어서 저온에서 해중합 반응속도를 높일 수 있고 유해성이 낮은 친환경적 촉매계 적용이 가능하다면, 효율적이고 경제적인 운전뿐만 아니라, 대량으로 배출되는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 이용하여 제품의 품질이나 용도에 제한이 없는 친환경 원료 제조에 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 예상한다.In carrying out the above-described glycolysis reaction, if the depolymerization reaction rate can be increased at a low temperature and an eco-friendly catalyst system with low toxicity can be applied, not only efficient and economical operation, but also a polymer containing an ester functional group discharged in large quantities is used. Therefore, it is expected that it can be efficiently used in the manufacture of eco-friendly raw materials without restrictions on product quality or use.

본 발명에서는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 분해함에 있어, 제조된 단량체가 중합 이전 또는 기존 석유화학 공정에서 제조되는 초기 원료에 상응하거나 매우 낮은 불순물 함량을 갖도록 조절할 수 있다. 또한, 소비 후 배출된 폐고분자 수지가 해중합의 원료로 사용될 수 있으며, 이로부터 제조된 단량체 또한 부가적인 전처리 과정 없이 동일한 공정에 재투입될 수 있어서 플라스틱 순환 경제 달성에 기여할 수 있는 글라이콜리시스 기반 고품질 재생 단량체 제조 방법을 제공하고자 한다.In the present invention, in decomposing the polymer containing the ester functional group, the prepared monomer can be adjusted to correspond to the initial raw material produced before polymerization or in an existing petrochemical process or to have a very low impurity content. In addition, the waste polymer resin discharged after consumption can be used as a raw material for depolymerization, and the monomer produced therefrom can also be reintroduced into the same process without an additional pre-treatment process based on glycolysis, which can contribute to achieving a plastic recycling economy An object of the present invention is to provide a method for preparing a high-quality regenerated monomer.

또한, 기존 고온의 반응 조건에 비해 훨씬 저온인 반응 조건에서 해중합이 가능하기 때문에 에너지 소비량을 대폭 저감할 수 있는 해중합 방법을 제공하고자 한다.In addition, it is intended to provide a depolymerization method that can significantly reduce energy consumption because depolymerization is possible under a reaction condition that is much lower than the existing high temperature reaction condition.

또한, 본 발명은 기존 공정보다 친환경적인 반응 소재, 반응 경로 및 시스템 구성이 가능토록 하며, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 수지로부터 해중합된 제품의 정제 과정도 용이하도록 하여, 타 반응기술 대비 경제적이며 효율적인 단량체 제조 방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention enables eco-friendly reaction materials, reaction routes and system configurations compared to existing processes, and facilitates the purification process of products depolymerized from polymer resins containing ester functional groups, making it economical and efficient compared to other reaction technologies. It is intended to provide a manufacturing method.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 (1) 하나 이상의 다가 알코올; (2) 교환 에스테르화 반응 촉매; (3) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물;을 포함하는 혼합물을 상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 접촉시킴으로서, 상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 분해하는 것을 특징으로 하는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is (1) at least one polyhydric alcohol; (2) an exchange esterification reaction catalyst; (3) a method of depolymerizing a polymer containing an ester functional group, characterized in that the polymer containing the ester functional group is decomposed by contacting a mixture containing the compound represented by the following Chemical Formula 1 with the polymer containing the ester functional group provides

Figure 112021023893169-pat00001
[화학식 1]
Figure 112021023893169-pat00001
[Formula 1]

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

상기 치환기 R1은 수소, 하이드록시기, 알데히드기, 카르복실기, C1-C6의 알킬기, C4-C6의 시클로알킬기 및 C6-C12의 아릴기 중에서 선택되는 어느 하나이고,The substituent R 1 is any one selected from hydrogen, a hydroxyl group, an aldehyde group, a carboxyl group, a C 1 -C 6 alkyl group, a C 4 -C 6 cycloalkyl group, and a C 6 -C 12 aryl group,

상기 n은 0 내지 5 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 n이 2 이상인 경우에는 R1은 각각 동일하거나 상이하며,Wherein n is an integer from 0 to 5, and when n is 2 or more, R 1 are the same or different,

상기 치환기 R2는 C1-C10의 알킬기이고,The substituent R 2 is a C 1 -C 10 alkyl group,

상기 m은 1 내지 6 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 m이 2 이상인 경우에는 -O-R2는 각각 동일하거나 상이하다.Wherein m is an integer of any one of 1 to 6, and when m is 2 or more, -OR 2 is the same or different.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 교환 에스테르화 반응 촉매는 1A족, 2A족, 2B족 금속의 금속염 중 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the exchange esterification reaction catalyst may include at least one selected from metal salts of Group 1A, Group 2A, and Group 2B metals.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속염의 짝이온(counter-ion)이 탄산, 중탄산, 알콕사이드 또는 아세테이트 중에서 선택된 유기 음이온으로 구성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the counter-ion of the metal salt may be composed of an organic anion selected from carbonic acid, bicarbonate, alkoxide, and acetate.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 교환 에스테르화 반응 촉매는 유기물로 구성된 비금속성 유기화합물 촉매를 하나 이상 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the exchange esterification reaction catalyst may include at least one non-metallic organic compound catalyst composed of an organic material.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다가 알코올은 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,7-옥탄디올, 1,9-노난디올, 네오펜틸 글리콜, 1,4-시클로헥산디올, 이소소르비드 및 1,4-시클로헥산 디메탄올 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polyhydric alcohol is ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 3-methyl-1,5 - in pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,7-octanediol, 1,9-nonanediol, neopentyl glycol, 1,4-cyclohexanediol, isosorbide and 1,4-cyclohexane dimethanol It may be one or more selected.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 메톡시 벤젠, 1,2-디메톡시벤젠, 1,3-디메톡시벤젠, 1,4-디메톡시벤젠, 1,2,3-트리메톡시벤젠, 1,2,4-트리메톡시벤젠, 1,3,5-트리메톡시벤젠, 1,2,3,4-테트라메톡시벤젠, 1,2,3,5-테트라메톡시벤젠, 1,2,4,5-테트라메톡시벤젠, 2-메톡시페놀, 1,3-디메톡시-2-하이드록시벤젠, 4-하이드록시-3,5-디메톡시벤조익 산, 3-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐)프로프-2-에날, 4-하이드록시-3,5-디메톡시벤잘데하이드, 4-하이드록시-3,5-디메톡시아세토페논, 3-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐프로프-2-에노익 산, 4-에닐-2,6-디메톡시페놀, 4-하이드록시-3-메톡시벤잘데하이드, 3-하이드록시-4-메톡시벤잘데하이드, 2-하이드록시-3-메톡시벤잘데하이드, 2-하이드록시-5-메톡시벤잘데하이드, 2-하이드록시-4-메톡시벤잘데하이드, 3,4-디하이드록시벤잘데하이드, 1-메톡시-4-[(E)-프로프-1-에닐]벤젠, 1-브로모-4-메톡시벤젠, 2-터트-부틸-4-메톡시페놀, 에톡시벤젠, 페놀, 1,3,5-트리클로로-2-메톡시벤젠, 1,3,5-트리브로모-2-메톡시벤젠, 4-(프로프-2-엔-1-일)페놀, 1-메톡시-4(프로프-2-엔-1-일)벤젠, 5-(프로프-2-엔-1-일)-2H-1,3-벤조다이옥솔, 4-메톡시-2-[(E)-프로프-1-일]페놀, 2-메톡시-4-(프로프-1-엔-일)페놀로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the compound represented by Formula 1 is methoxy benzene, 1,2-dimethoxybenzene, 1,3-dimethoxybenzene, 1,4-dimethoxybenzene, 1,2,3 -Trimethoxybenzene, 1,2,4-trimethoxybenzene, 1,3,5-trimethoxybenzene, 1,2,3,4-tetramethoxybenzene, 1,2,3,5-tetra Methoxybenzene, 1,2,4,5-tetramethoxybenzene, 2-methoxyphenol, 1,3-dimethoxy-2-hydroxybenzene, 4-hydroxy-3,5-dimethoxybenzoic acid , 3- (4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl) prop-2-enal, 4-hydroxy-3,5-dimethoxybenzaldehyde, 4-hydroxy-3,5-dimethoxy Acetophenone, 3-(4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenylprop-2-enoic acid, 4-enyl-2,6-dimethoxyphenol, 4-hydroxy-3-methoxybenzalde Hyde, 3-hydroxy-4-methoxybenzaldehyde, 2-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde, 2-hydroxy-5-methoxybenzaldehyde, 2-hydroxy-4-methoxy Benzaldehyde, 3,4-dihydroxybenzaldehyde, 1-methoxy-4-[(E)-prop-1-enyl]benzene, 1-bromo-4-methoxybenzene, 2-tert -Butyl-4-methoxyphenol, ethoxybenzene, phenol, 1,3,5-trichloro-2-methoxybenzene, 1,3,5-tribromo-2-methoxybenzene, 4- (pro P-2-en-1-yl)phenol, 1-methoxy-4 (prop-2-en-1-yl)benzene, 5-(prop-2-en-1-yl)-2H-1 From the group consisting of ,3-benzodioxole, 4-methoxy-2-[(E)-prop-1-yl]phenol, 2-methoxy-4-(prop-1-en-yl)phenol It may be one or more selected.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리글리콜라이드 또는 폴리글리콜산 (PGA), 폴리락트산 (PLA), 폴리카프로락톤 (PCL), 폴리히드록시알카노에이트 (PHA), 폴리히드록시부티레이트 (PHB), 폴리에틸렌 아디페이트 (PEA), 폴리부틸렌 숙시네이트 (PBS), 폴리(3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시발러레이트) (PHBV), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 (PTT), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN), 벡트란으로 구성된 그룹 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polymer including the ester functional group is polyethylene terephthalate (PET), polypropylene terephthalate (PPT), polyglycolide or polyglycolic acid (PGA), polylactic acid (PLA), poly Caprolactone (PCL), polyhydroxyalkanoate (PHA), polyhydroxybutyrate (PHB), polyethylene adipate (PEA), polybutylene succinate (PBS), poly(3-hydroxybutyrate-co- 3-hydroxyvalerate) (PHBV), polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polyethylene naphthalate (PEN), may be at least one selected from the group consisting of Vectran.

또한 본 발명은 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 해중합용 조성물로서, (1) 하나 이상의 다가알코올, (2) 교환 에스테르화 반응 촉매 및 (3) 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 조성물을 제공한다. 상기 금속염 촉매는 1A족, 2A족 및 2B족의 금속염중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The present invention also provides a composition for polymer depolymerization containing an ester functional group, comprising (1) one or more polyhydric alcohols, (2) an exchange esterification reaction catalyst, and (3) a compound represented by Formula 1 above. The metal salt catalyst may be at least one selected from metal salts of Group 1A, Group 2A, and Group 2B.

또한, 상기 조성물에 포함된 다가 알코올의 양은 해중합 대상 고분자의 반복 단위체 몰당 1 내지 50인 몰수의 비율, 교환 에스테르화 반응 촉매의 양은 해중합 대상 고분자의 반복 단위체 몰당 0.001 내지 1인 몰수의 비율, 화학식 1로 표시되는 화합물의 첨가량은 해중합 대상 고분자의 반복 단위체 몰당 0.001 내지 50인 몰수의 비율이 되도록 할 수 있다.In addition, the amount of the polyhydric alcohol contained in the composition is a ratio of 1 to 50 moles per mole of the repeating unit of the polymer to be depolymerized, and the amount of the exchange esterification reaction catalyst is 0.001 to 1 of the moles per mole of the repeating unit of the polymer to be depolymerized. Formula 1 The addition amount of the compound represented by can be made to be a ratio of 0.001 to 50 moles per mole of the repeating unit of the polymer to be depolymerized.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 해중합 방법에 의해 얻어진 글리콜 부가 단량체의 정제 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for purifying a glycol addition monomer obtained by the depolymerization method according to the present invention.

상기 정제 방법은 (1) 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 해중합 반응 생성물로부터 기-액 분리 또는 액-액 추출을 사용하여 분리하는 단계; (2) 상기 (1) 단계 후, 미반응의 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 포함하는 고형물을 분리하는 고형물 분리 단계; (3) 상기 (2)단계의 고형물 분리 후, 글리콜 부가 단량체를 재결정화 하여 회수하는 회수 단계;를 포함한다.The purification method includes the steps of (1) separating the compound represented by Formula 1 from the depolymerization reaction product by using gas-liquid separation or liquid-liquid extraction; (2) after step (1), a solid separation step of separating a solid material containing a polymer including an unreacted ester functional group; (3) after the solid separation of step (2), a recovery step of recrystallizing and recovering the glycol addition monomer; includes.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정제 방법은 미반응 에스테르 작용기를 포함하는 고형물을 물리적 여과를 사용하여 분리할 수 있으며, 상기 (3)단계의 글리콜 부가 단량체의 재결정화 전 올리고머를 분리하는 단계가 먼저 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the purification method, the solid material containing the unreacted ester functional group can be separated using physical filtration, and the step of separating the oligomer before recrystallization of the glycol addition monomer in step (3). can be performed first.

본 발명에 따르면, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자로부터 제조 이전 또는 고분자 재합성을 위한 원료물질인 글리콜 부가 단량체 (예. 비스(2-하이드록시에틸)테레프탈레이트))를 고수율, 고순도로 생산이 가능하며, 사용 후 배출되는 고분자인 폴리에틸렌테레프탈레이트 (poly(ethyleneterephthalate), PET)나 폐폴리에스테르 섬유를 원료로 사용하여 고순도의 비스(2-하이드록시에틸)테레프탈레이트 (bis(2-hydroxyethyl)terephthalate, BHET)와 같은 재생 단량체를 대규모로 제조하는데 유용하게 활용될 수 있다.According to the present invention, it is possible to produce a glycol addition monomer (eg, bis(2-hydroxyethyl)terephthalate), which is a raw material for polymer resynthesis, in high yield and with high purity from a polymer containing an ester functional group before manufacture or for polymer resynthesis. In addition, high-purity bis(2-hydroxyethyl)terephthalate (bis(2-hydroxyethyl)terephthalate, BHET) can be usefully used for the large-scale production of regenerated monomers.

본 발명에 따르면 기존 반응조건에 비해 완화된 반응조건과 친환경 소재들로 구성된 반응계를 적용하여 글라이콜리시스 기반 해중합 단량체 제조에 적용함으로써, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 분해에 대한 반응성 및 목적하는 단량체에 대한 선택성을 동시에 확보할 수 있으며, 반응 후 촉매를 포함한 소재들의 대부분은 액-액 추출이나 기-액 분리와 같은 열역학적 상분리법이 모두 유효하게 적용될 수 있어 회수 또한 용이하고, 분해 생성물 내 불순물 함량을 크게 낮출 수 있다.According to the present invention, by applying a reaction system composed of eco-friendly materials and a reaction condition that is relaxed compared to the existing reaction conditions, and applying it to the production of a glycolysis-based depolymerization monomer, the reactivity to the decomposition of the polymer containing the ester functional group and the desired monomer Selectivity can be secured at the same time, and thermodynamic phase separation methods such as liquid-liquid extraction or gas-liquid separation can all be effectively applied to most of the materials including catalysts after the reaction, so recovery is easy and the impurity content in the decomposition product is reduced. can be significantly lowered.

또한, 본 발명은 기존 선행 문헌에 보고된 글라이콜리시스 공정 대비 낮은 온도와 대기압 하에서도 고수율, 고순도의 글리콜 부가 단량체를 수득할 수 있다.In addition, the present invention can obtain a glycol addition monomer of high yield and high purity even at a lower temperature and atmospheric pressure compared to the glycolysis process reported in the existing prior literature.

또한, 본 발명에 따르는 기술에 적용될 수 있는 촉매의 선택은 매우 다양할 수 있으며 기존에 사용하던 상용 촉매 (예. 아세트산 아연) 대비 독성이 낮고 저가의 촉매 또한 사용될 수 있으므로 인체에 무해한 제품 생산이 가능할 뿐 아니라, 환경 친화적이고 경제적인 제품 생산 또한 가능하다. In addition, the selection of catalysts that can be applied to the technology according to the present invention can be very diverse, and it is possible to produce products that are harmless to the human body because they have low toxicity and inexpensive catalysts can also be used compared to conventionally used commercial catalysts (eg, zinc acetate). In addition, it is possible to produce environmentally friendly and economical products.

본 발명에 따른 기술로 해중합된 단량체는 중합에 의해 플라스틱이나 수지 제품의 원료로 재사용됨에 있어서도 품질과 용도 제한이 크지 않아 완벽한 화학적 재순환 기술 구현이 가능할 수 있다.Even when the monomer depolymerized by the technique according to the present invention is reused as a raw material for plastics or resin products by polymerization, the quality and use are not limited, so a perfect chemical recycling technology can be realized.

도 1은 본 발명의 일 비교예에 따른 PET 해중합으로부터 수득된 BHET의 1H NMR 스펙트럼이다.
도 2는 본 발명의 일 비교예에 따른 PET 해중합으로부터 수득된 BHET를 추가로 물 세척 과정을 수차례 반복하여 수득된 샘플에 대한 1H NMR 스펙트럼이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PET 해중합으로부터 수득된 BHET의 1H NMR 스펙트럼이다.
1 is a 1 H NMR spectrum of BHET obtained from PET depolymerization according to a comparative example of the present invention.
FIG. 2 is a 1 H NMR spectrum of a sample obtained by repeatedly washing BHET obtained from PET depolymerization according to a comparative example of the present invention several times with water.
3 is a 1 H NMR spectrum of BHET obtained from PET depolymerization according to an embodiment of the present invention.

다른 식으로 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is those well known and commonly used in the art.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본 발명에 따른 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 방법은 하나 이상의 다가 알코올을 글라이콜리시스 반응의 원료로 사용하며, 반응 촉매로는 아연 아세테이트와 같은 기존 촉매가 쓰일 수도 있으나, 1A족, 2A족 또는 2B족 금속 양이온과 짝이온 (counter-ion)이 탄산, 중탄산, 알콕사이드 또는 아세테이트 등과 같은 유기 음이온으로 구성된 염들도 촉매로 사용될 수 있으며, 금속이 포함되지 않는 유기물로 구성된 비금속성 유기화합물 촉매를 사용할 수도 있다. The depolymerization method of a polymer containing an ester functional group according to the present invention uses one or more polyhydric alcohols as a raw material for the glycolysis reaction, and a conventional catalyst such as zinc acetate may be used as a reaction catalyst, but groups 1A and 2A Alternatively, salts composed of an organic anion such as carbonic acid, bicarbonate, alkoxide, or acetate in which a Group 2B metal cation and a counter-ion are organic anions may also be used as catalysts. may be

또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 방향족 고리에 최소 하나 이상의 알킬기가 최소 하나 이상의 산소를 갖는 링커를 통해 연결된 화합물을 첨가제로 부가하여, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 원료를 글리콜 부가 단량체로 전환하기 위한 해중합 반응의 활성화 에너지를 크게 낮출 수 있으며, 전술한 바와 같이 2B족 뿐만 아니라 1A나 2A족 등 여러 형태의 금속을 포함하는 저가 촉매 또는 고온에서 분해가 진행될 수 있는 유기촉매가 반응 소재로 선택될 수 있으므로 물질의 재사용 및 회수에 의한 경제성 확보나 불순물 제어가 용이하다. 따라서, 본 발명은 저온에서 해중합의 반응성을 높게 유지할 수 있을 뿐만 아니라 해중합 단량체의 순도, 수율 및 반응 선택성을 증진하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is to convert a polymer raw material containing an ester functional group into a glycol addition monomer by adding a compound in which at least one alkyl group is connected to the aromatic ring represented by the following formula 1 through a linker having at least one oxygen as an additive. It is possible to significantly lower the activation energy of the depolymerization reaction for Therefore, it is easy to secure economic feasibility and control impurities by reuse and recovery of materials. Accordingly, the present invention is characterized in that it is possible to maintain high reactivity of depolymerization at a low temperature, as well as improve the purity, yield, and reaction selectivity of the depolymerization monomer.

Figure 112021023893169-pat00002
[화학식 1]
Figure 112021023893169-pat00002
[Formula 1]

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

상기 치환기 R1은 수소, 하이드록시기, 알데히드기, 카르복실기, C1-C6의 알킬기, C4-C6의 시클로알킬기 및 C6-C12의 아릴기 중에서 선택되는 어느 하나이고,The substituent R 1 is any one selected from hydrogen, a hydroxyl group, an aldehyde group, a carboxyl group, a C 1 -C 6 alkyl group, a C 4 -C 6 cycloalkyl group, and a C 6 -C 12 aryl group,

상기 n은 0 내지 5 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 n이 2 이상인 경우에는 R1은 각각 동일하거나 상이하며,Wherein n is an integer from 0 to 5, and when n is 2 or more, R 1 are the same or different,

상기 치환기 R2는 C1-C10의 알킬기이고,The substituent R 2 is a C 1 -C 10 alkyl group,

상기 m은 1 내지 6 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 m이 2 이상인 경우에는 -O-R2는 각각 동일하거나 상이하다.Wherein m is an integer of any one of 1 to 6, and when m is 2 or more, -OR 2 is the same or different.

본 발명에 따른 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 방법은 공정이 단순하며, 제품의 고수율화 및 순도 관리가 용이할 수 있으며, 공정이 친환경적이며, 저가의 촉매가 사용될 수 있어 경제성 확보가 용이하므로 관련 화학 및 환경 산업에 활용 가치가 높은 기술일 수 있다.The depolymerization method of a polymer containing an ester functional group according to the present invention has a simple process, high yield and easy purity management of the product, and the process is eco-friendly and economical efficiency can be easily secured because a low-cost catalyst can be used. It may be a technology with high application value in chemical and environmental industries.

본 발명의 방법은 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합에 유용하며, 여기서 에스테르 작용기를 포함하는 고분자는 단독 혹은 혼합 폐플라스틱의 형태, 예컨대 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이의 조합이 상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 혼합된 형태일 수 있다. 위에 예시로 열거된 상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 혼합되는 다른 고분자는 단순 예시일 뿐 위 나열된 것에 한정되지 않는다.The method of the present invention is useful for depolymerization of polymers containing ester functional groups, wherein the polymer containing ester functional groups is used alone or in the form of mixed waste plastics, such as polyethylene, high density polyethylene, low density polyethylene, polypropylene or a combination thereof. It may be in a mixed form with a polymer containing a functional group. Other polymers to be mixed with the polymer containing the ester functional group listed as examples above are merely examples and are not limited to those listed above.

또한, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자는 디카르복실산과 디알콜이 축중합하여 형성된 고분자일 수 있으며, 여기서 디카르복실산은 테레프탈산, 나프탈렌 디카르복실산, 디페닐디카르복실산, 디페닐 에테르 디카르복실산, 디페닐설폰디카르복실산, 디페녹시에탄디카르복실산, 숙신산, 아디프산, 세바크산, 아젤라산, 데칸디카르복실산, 시클로헥산디카르복실산, 트리멜리트산, 피로멜리트산 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 디알콜은 에틸렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 테트라메틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 헥사메틸렌 글리콜, 데칸메틸렌 글리콜, 도데카메틸렌 글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 테트라프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 디(테트라메틸렌) 글리콜, 트리(테트라메틸렌) 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 펜타에리스리톨, 2,2-비스(4-β-히드록시에톡시페닐)프로판 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.In addition, the polymer including the ester functional group may be a polymer formed by condensation polymerization of dicarboxylic acid and dialcohol, wherein the dicarboxylic acid is terephthalic acid, naphthalene dicarboxylic acid, diphenyldicarboxylic acid, diphenyl ether dicarboxyl. Acid, diphenylsulfonedicarboxylic acid, diphenoxyethanedicarboxylic acid, succinic acid, adipic acid, sebacic acid, azelaic acid, decanedicarboxylic acid, cyclohexanedicarboxylic acid, trimellitic acid, pyro mellitic acid and combinations thereof, and the dialcohol is ethylene glycol, trimethylene glycol, 1,2-propanediol, tetramethylene glycol, neopentyl glycol, hexamethylene glycol, decamethylene glycol, dodecamethylene glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, tetrapropylene glycol, polypropylene glycol, di(tetramethylene) glycol, tri(tetra methylene) glycol, polytetramethylene glycol, pentaerythritol, 2,2-bis(4-β-hydroxyethoxyphenyl)propane, and combinations thereof.

예로서, 상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리글리콜라이드 또는 폴리글리콜산 (PGA), 폴리락트산 (PLA), 폴리카프로락톤 (PCL), 폴리히드록시알카노에이트 (PHA), 폴리히드록시부티레이트 (PHB), 폴리에틸렌 아디페이트 (PEA), 폴리부틸렌 숙시네이트 (PBS), 폴리(3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시발러레이트) (PHBV), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 (PTT), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN), 벡트란 및 이의 조합에서 선택될 수 있다.For example, the polymer containing the ester functional group is polyethylene terephthalate (PET), polypropylene terephthalate (PPT), polyglycolide or polyglycolic acid (PGA), polylactic acid (PLA), polycaprolactone (PCL), Polyhydroxyalkanoate (PHA), polyhydroxybutyrate (PHB), polyethylene adipate (PEA), polybutylene succinate (PBS), poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) ) (PHBV), polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polyethylene naphthalate (PEN), Vectran, and combinations thereof.

상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 중 가장 보편적인 일예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트이며, 이때 상기 고분자 제조를 위한 출발 물질은 테레프탈산 또는 이의 유도 단량체, 및 에틸렌 글리콜이다.The most common example of the polymer including the ester functional group is polyethylene terephthalate, wherein the starting materials for preparing the polymer are terephthalic acid or a derivative thereof, and ethylene glycol.

본 발명에 사용되는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자는 순수한 상태가 아닌, 여러 불순물이 포함된 상태일 수 있다. 예로서, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 외에, 병뚜껑, 접착제, 종이, 잔여 액체, 먼지 또는 이의 조합을 포함하나 이에 한정되지 않는 잔해의 혼합물이 해중합의 원료로 사용될 수 있다.The polymer including the ester functional group used in the present invention may be in a state containing various impurities, not in a pure state. For example, in addition to a polymer containing an ester functional group, a mixture of debris including, but not limited to, bottle caps, adhesives, paper, residual liquid, dust, or a combination thereof may be used as a raw material for depolymerization.

본원 발명에 따른, 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 해중합하는 방법은 상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 반응원료의 약 0.1 질량% ~ 약 70 질량%로 함유할 수 있다. 0.1 질량% 보다 적은 양을 초기에 투입하면 경제성 확보가 어려울 수 있고, 70 질량% 보다 많은 양을 투입하면 물질전달이 제한되어 반응의 속도가 현저히 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다.The method of depolymerizing a polymer including an ester functional group according to the present invention may contain the polymer including the ester functional group in an amount of about 0.1 mass% to about 70 mass% of the reaction raw material. If less than 0.1 mass % is initially added, it may be difficult to secure economic feasibility, and if more than 70 mass % is added, mass transfer may be restricted and the rate of reaction may be significantly lowered.

상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 글라이콜리시스 해중합을 위한 다가 알코올은 적어도 두 개 이상의 알코올 작용기를 가진 화합물로서, 더 상세하게는 2차 직쇄형 알코올과 같이 두 개 이상의 수산기를 가지는 화합물을 포함하나 특별히 이에 한정되지 않는다.The polyhydric alcohol for glycolysis depolymerization of the polymer containing the ester functional group is a compound having at least two alcohol functional groups, and more specifically, includes a compound having two or more hydroxyl groups, such as a secondary straight-chain alcohol. It is not particularly limited thereto.

상기 다가 알코올은 상기 고분자의 반복 단위체 몰당 1 내지 50인 몰수의 비율 범위에서 사용될 수 있다.The polyhydric alcohol may be used in a ratio range of 1 to 50 moles per mole of the repeating unit of the polymer.

본원 발명에 따른 적어도 두개 이상의 알코올 작용기를 가지는 다가 알코올의 예로는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,7-옥탄디올, 1,9-노난디올, 네오펜틸 글리콜, 1,4-시클로헥산디올, 이소소르비드 및 1,4-시클로헥산 디메탄올 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상 일 수 있다.Examples of polyhydric alcohols having at least two alcohol functional groups according to the present invention include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 3-methyl- 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,7-octanediol, 1,9-nonanediol, neopentyl glycol, 1,4-cyclohexanediol, isosorbide and 1,4-cyclohexane It may be at least one selected from the group consisting of dimethanol and the like.

본원 발명에 따른 교환 에스테르화 반응 촉매의 예로는 금속을 포함하지 않는 유기물 형태의 촉매가 사용될 수 있다. 상기 유기물 형태의 촉매의 비제한 적인 예시로, 선형 아민계(예. 에틸렌다이아민, 다이에틸렌트리아민, 트리스(2-아미노에틸)아민, 테트라에틸렌펜타민), 아마이드계(예. 아세트아마이드), 구아니딘계 (예. 트리아자바이시클로데센), 이미다졸계 (예. 2-에틸-4-메틸이미다졸), 우레아계(예. 우레아, 1,1-다이메틸우레아, 1,3-다이메틸우레아), 방향족 아민류(예. 벤젠디메탄아민) 및 사이클로알킬 아민류(예. 사이클로헥실메틸아민, 다이메틸사이클로헥실아민) 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.As an example of the exchange esterification reaction catalyst according to the present invention, a catalyst in the form of an organic material that does not include a metal may be used. Non-limiting examples of the organic type catalyst include linear amines (eg, ethylenediamine, diethylenetriamine, tris(2-aminoethyl)amine, tetraethylenepentamine) and amides (eg, acetamide). , guanidine (eg triazabicyclodecene), imidazole (eg 2-ethyl-4-methylimidazole), urea (eg urea, 1,1-dimethylurea, 1,3- dimethyl urea), aromatic amines (eg, benzenedimethanamine), and cycloalkyl amines (eg, cyclohexylmethylamine, dimethylcyclohexylamine).

본원 발명에 따른 촉매의 다른 예로는 1A족, 2A족, 또는 2B족 금속 양이온과 짝이온 (counter-ion)으로 탄산, 중탄산, 알콕사이드 또는 아세테이트 등에서 선택된 음이온으로 구성된 염이 촉매로 사용될 수도 있다.As another example of the catalyst according to the present invention, a salt composed of a group 1A, 2A, or 2B metal cation and an anion selected from carbonic acid, bicarbonate, alkoxide or acetate as a counter-ion may be used as the catalyst.

상기 촉매로 사용한 1A족 이온으로는 리튬 (Li+), 소듐 (Na+), 칼륨 (K+), 2A족 금속 마그네슘 (Mg2+), 칼슘 (Ca2+), 2B족 금속으로는 아연(Zn2+) 등이 있을 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다.Group 1A ions used as the catalyst include lithium (Li + ), sodium (Na + ), potassium (K + ), group 2A metal magnesium (Mg 2+ ), calcium (Ca 2+ ), and group 2B metal zinc (Zn 2+ ) and the like, but is not particularly limited.

상기 촉매의 양은 상기 고분자의 반복 단위체 몰당 0.001 내지 1인 몰수의 비율, 바람직하게는 반복 단위체 몰당 0.01 내지 0.1인 몰수의 비율 범위에서 사용될 수 있다.The amount of the catalyst may be used in a ratio of 0.001 to 1 moles per mole of the repeating unit of the polymer, preferably 0.01 to 0.1 moles per mole of the repeating unit of the polymer.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 반응성을 높이고, 유용한 산물의 선택도를 높이기 위하여 해중합 반응시 첨가제로 사용된다.The compound represented by Formula 1 is used as an additive in the depolymerization reaction in order to increase the depolymerization reactivity of a polymer including an ester functional group and to increase the selectivity of a useful product.

일예로서, 상기 치환기 R2는 C1 ~ C10의 알킬기일 수 있으며, 바람직하게는 C1 ~ C6의 알킬기일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 C1 ~ C3의 알킬기일 수 있다.As an example, the substituent R 2 may be a C 1 ~ C 10 alkyl group, preferably a C 1 ~ C 6 alkyl group, more preferably a C 1 ~ C 3 alkyl group.

첨가제인 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 예들로는 메톡시 벤젠, 1,2-디메톡시벤젠, 1,3-디메톡시벤젠, 1,4-디메톡시벤젠, 1,2,3-트리메톡시벤젠, 1,2,4-트리메톡시벤젠, 1,3,5-트리메톡시벤젠, 1,2,3,4-테트라메톡시벤젠, 1,2,3,5-테트라메톡시벤젠, 1,2,4,5-테트라메톡시벤젠, 2-메톡시페놀, 1,3-디메톡시-2-하이드록시벤젠, 4-하이드록시-3,5-디메톡시벤조익 산, 3-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐)프로프-2-에날, 4-하이드록시-3,5-디메톡시벤잘데하이드, 4-하이드록시-3,5-디메톡시아세토페논, 3-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐)프로프-2-에노익 산, 4-에닐-2,6-디메톡시페놀, 4-하이드록시-3-메톡시벤잘데하이드, 3-하이드록시-4-메톡시벤잘데하이드, 2-하이드록시-3-메톡시벤잘데하이드, 2-하이드록시-5-메톡시벤잘데하이드, 2-하이드록시-4-메톡시벤잘데하이드, 3,4-디하이드록시벤잘데하이드, 1-메톡시-4-[(E)-프로프-1-에닐]벤젠, 1-브로모-4-메톡시벤젠, 2-터트-부틸-4-메톡시페놀, 에톡시벤젠, 페놀, 1,3,5-트리클로로-2-메톡시벤젠, 1,3,5-트리브로모-2-메톡시벤젠, 4-(프로프-2-엔-1-일)페놀, 1-메톡시-4(프로프-2-엔-1-일)벤젠, 5-(프로프-2-엔-1-일)-2H-1,3-벤조다이옥솔, 4-메톡시-2-[(E)-프로프-1-에닐]페놀 및 2-메톡시-4-(프로프-1-에닐)페놀 등 천연에서 얻어지거나 합성된 화합물들이 있을 수 있으나 특별히 한정되지 않는다. Examples of the compound represented by Formula 1 as an additive include methoxy benzene, 1,2-dimethoxybenzene, 1,3-dimethoxybenzene, 1,4-dimethoxybenzene, 1,2,3-trimethoxybenzene , 1,2,4-trimethoxybenzene, 1,3,5-trimethoxybenzene, 1,2,3,4-tetramethoxybenzene, 1,2,3,5-tetramethoxybenzene, 1 , 2,4,5-tetramethoxybenzene, 2-methoxyphenol, 1,3-dimethoxy-2-hydroxybenzene, 4-hydroxy-3,5-dimethoxybenzoic acid, 3- (4 -Hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl) prop-2-enal, 4-hydroxy-3,5-dimethoxybenzaldehyde, 4-hydroxy-3,5-dimethoxyacetophenone, 3- (4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl) prop-2-enoic acid, 4-enyl-2,6-dimethoxyphenol, 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde, 3- Hydroxy-4-methoxybenzaldehyde, 2-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde, 2-hydroxy-5-methoxybenzaldehyde, 2-hydroxy-4-methoxybenzaldehyde, 3,4-dihydroxybenzaldehyde, 1-methoxy-4-[(E)-prop-1-enyl]benzene, 1-bromo-4-methoxybenzene, 2-tert-butyl-4 -Methoxyphenol, ethoxybenzene, phenol, 1,3,5-trichloro-2-methoxybenzene, 1,3,5-tribromo-2-methoxybenzene, 4- (prop-2- En-1-yl)phenol, 1-methoxy-4 (prop-2-en-1-yl)benzene, 5-(prop-2-en-1-yl)-2H-1,3-benzo There may be naturally occurring or synthetic compounds such as dioxol, 4-methoxy-2-[(E)-prop-1-enyl]phenol and 2-methoxy-4-(prop-1-enyl)phenol. may be, but is not particularly limited.

상기 첨가제의 양은 상기 고분자의 반복 단위체 몰당 0.001 내지 50인 몰수의 비율, 바람직하게는 반복 단위체 몰당 0.1 내지 10인 몰수의 비율 범위에서 사용될 수 있다.The amount of the additive may be used in a ratio of 0.001 to 50 moles per mole of the repeating unit of the polymer, preferably 0.1 to 10 moles per mole of the repeating unit of the polymer.

본원에 따른 고분자의 해중합 방법은 100℃ 내지 200℃의 범위, 바람직하게는 130℃ 내지 160℃의 범위에서 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 해중합하기 위한 빠른 방법을 제공한다. 그 결과로, 본원에 제공된 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 방법은 기존의 방법보다 저온에서도 반응이 진행될 수 있어 에너지 절약이 가능하며, 사용한 촉매 및 첨가제는 별도의 회수 공정을 통해 회수하여 재사용할 수 있어 경제적이다.The method for depolymerizing a polymer according to the present disclosure provides a rapid method for depolymerizing a polymer comprising an ester functional group in the range of 100°C to 200°C, preferably 130°C to 160°C. As a result, the depolymerization method of a polymer including an ester functional group provided herein can proceed at a lower temperature than the conventional method, thereby saving energy, and the used catalyst and additives can be recovered and reused through a separate recovery process. it is economical

또한, 본 발명의 고분자의 해중합 방법은 대기압에서 수행할 수 있으나, 가해진 첨가제나 반응물의 증기압 형성에 따라 가압된 형태에서 진행할 수도 있다.In addition, the depolymerization method of the polymer of the present invention may be performed at atmospheric pressure, but may also be performed in a pressurized form depending on the vapor pressure of the added additive or reactant.

본원에 기재된 방법으로 해중합 반응시간은 사용되는 고분자의 양에 따라 달라질 수 있으나, 0.5시간에서 12시간의 반응시간에 따라 진행될 수 있으며, 부생성물의 수율을 최소화하기 위해서는 0.5시간 내지 4시간의 반응시간이 바람직할 수 있다.In the method described herein, the depolymerization reaction time may vary depending on the amount of polymer used, but may be carried out according to the reaction time of 0.5 to 12 hours. In order to minimize the yield of by-products, the reaction time is 0.5 to 4 hours. This may be desirable.

반응 후에는 반응 혼합물로부터 미반응 고분자 물질을 여과하여 분리 제거하는 공정을 추가적으로 수행할 수 있다.After the reaction, a process of separating and removing unreacted polymer materials from the reaction mixture by filtration may be additionally performed.

본 발명에 따른 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합은 다가 알코올을 사용하여 해중합하는 것으로 일종의 글라이콜리시스 해중합 반응에 해당할 수 있다.The depolymerization of a polymer including an ester functional group according to the present invention is depolymerized using a polyhydric alcohol, and may correspond to a kind of glycolytic depolymerization reaction.

본 발명에 따른 해중합 방법에 따라 얻어지는 글리콜 부가 단량체의 정제 방법은 (1) 첨가제인 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 해중합 반응 생성물로부터 기-액 분리 또는 액-액 추출을 사용하여 분리하는 단계; A method for purifying a glycol addition monomer obtained according to the depolymerization method according to the present invention comprises the steps of (1) separating a compound represented by the following formula (1) as an additive from a depolymerization reaction product by gas-liquid separation or liquid-liquid extraction;

Figure 112021023893169-pat00003
[화학식 1]
Figure 112021023893169-pat00003
[Formula 1]

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

상기 치환기 R1은 수소, 하이드록시기, 알데히드기, 카르복실기, C1-C6의 알킬기, C4-C6의 시클로알킬기 및 C6-C12의 아릴기 중에서 선택되는 어느 하나이고,The substituent R 1 is any one selected from hydrogen, a hydroxyl group, an aldehyde group, a carboxyl group, a C 1 -C 6 alkyl group, a C 4 -C 6 cycloalkyl group, and a C 6 -C 12 aryl group,

상기 n은 0 내지 5 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 n이 2 이상인 경우에는 R1은 각각 동일하거나 상이하며,Wherein n is an integer from 0 to 5, and when n is 2 or more, R 1 are the same or different,

상기 치환기 R2는 C1-C10의 알킬기이고,The substituent R 2 is a C 1 -C 10 alkyl group,

상기 m은 1 내지 6 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 m이 2 이상인 경우에는 -O-R2는 각각 동일하거나 상이하다.Wherein m is an integer of any one of 1 to 6, and when m is 2 or more, -OR 2 is the same or different.

(2) 상기 (1) 단계 후, 미반응 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 포함하는 고형물을 분리하는 고형물 분리 단계; (3) 상기 (2)단계의 고형물 분리 후, 글리콜 부가 단량체를 재결정화하여 회수하는 회수 단계;를 포함할 수 있다. (2) after step (1), a solid separation step of separating a solid material containing a polymer including an unreacted ester functional group; (3) after the separation of the solid in step (2), a recovery step of recrystallizing and recovering the glycol addition monomer; may include.

상기 첨가제의 기-액 분리는 반응과 별개로 진행될 수도 있으나, 반응 종료 후 연속하여 진행할 수도 있다. 예컨대, 미리 설치된 저온으로 유지되는 응축기를 사용하여 기화되는 첨가제를 응축하여 반응기 내로 환류 시키는 상태를 유지하다가, 반응 종료 후 온도를 증가하거나 유지하되 응축되어 환류되던 첨가제의 유로를 반응기 내부가 아닌 외부로 변경하여 분리해낼 수 있다. The gas-liquid separation of the additive may be performed separately from the reaction, or may be continuously performed after the reaction is completed. For example, while maintaining the state of condensing the vaporized additive using a condenser maintained at a low temperature installed in advance and refluxing it into the reactor, the temperature is increased or maintained after the reaction is completed, but the flow path of the condensed and refluxed additive is directed outside the reactor rather than inside the reactor. It can be changed and separated.

액-액 추출법은 목적 생성물의 회수 및 정제를 위해 물을 첨가하여 분리하는 것으로서 물을 첨가하였을 때 상분리 경계가 명확히 발생하며 저온에서 유기층 만을 분리하면 대다수 첨가제가 물리적으로 분리될 수 있다. 분리 후 수용액 상에 잔존할 수 있는 첨가제는 물의 함량을 높이거나 온도를 낮추면 매우 제한적인 용해도를 갖기 때문에 대부분 분리 회수할 수 있다. 결정화를 통해 제품 대부분을 회수할 수 있으며, 정제된 목적 생성물 내 잔존할 수 있는 극미량의 첨가제는 50~150℃에서 가열 건조, 바람직하게는 진공상태 하 가열 건조를 통해 쉽고 완벽하게 제거할 수 있다.In the liquid-liquid extraction method, water is added to separate the target product for recovery and purification. When water is added, a phase separation boundary occurs clearly, and when only the organic layer is separated at a low temperature, most additives can be physically separated. Additives that may remain in the aqueous solution after separation have very limited solubility when the water content is increased or the temperature is lowered, and thus most can be separated and recovered. Most of the product can be recovered through crystallization, and trace amounts of additives that may remain in the purified target product can be easily and completely removed by heating and drying at 50 to 150° C., preferably by heating and drying under vacuum.

본원에 기재된 방법에 따른 첨가제 회수를 위한 기-액 상분리는 첨가제의일부 또는 전체가 기화되거나 휘발될 수 있도록 반응 후 반응기의 온도를 반응온도 이상으로 높이는 단계를 별도로 두어 첨가제를 증류하여 외부로 분리하는 방법을 포함한다. 액-액 추출에 의한 첨가제 분리는 물을 사용하는 것이 가장 경제적일 수 있으나, 첨가제와 열역학적으로 불안정한 상을 유도할 수 있는 친수성 물질이 사용될 수 있으며, 이는 반응물로 사용된 글리콜이나 디올류가 될 수도 있다.The gas-liquid phase separation for the recovery of the additive according to the method described herein separates the step of raising the temperature of the reactor above the reaction temperature after the reaction so that some or all of the additive can be vaporized or volatilized to separate the additive to the outside by distilling it including methods. For the separation of additives by liquid-liquid extraction, it may be most economical to use water, but hydrophilic substances that can induce a thermodynamically unstable phase with the additives may be used, which may be glycols or diols used as reactants. have.

상기 미반응의 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 포함하는 고형물은 해중합 반응 후 침전, 여과, 응집, 부유, 압착 등 다양한 물리적 방법을 통해 반응의 종료 전이나 후에 제거할 수 있으며, 해중합에 재투입 될 수 있다. 여과를 사용한 제거 방법의 경우에 있어서는 미반응 고분자의 입자 이하 크기를 갖는 미세 기공을 갖는 필터를 사용할 수 있으며, 여과물의 흐름 속도를 빠르게 하도록 가압 또는 감압을 병행하여 실시할 수 있다.The solid material containing the polymer containing the unreacted ester functional group can be removed before or after the completion of the reaction through various physical methods such as precipitation, filtration, coagulation, floating, and compression after the depolymerization reaction, and can be reintroduced to the depolymerization have. In the case of the removal method using filtration, a filter having micropores having a size less than or equal to the particle size of the unreacted polymer may be used, and pressurization or pressure reduction may be performed in parallel to increase the flow rate of the filtrate.

상기 재결정화 과정을 통한 글리콜 부가 단량체 회수 방법은 반응에 따른 미반응물을 제거한 후 수행하는 것이 더 바람직하며, 상온 이상의 온도, 예컨대 60℃ 내지 120℃의 범위, 바람직하게는 90℃ 내지 110℃의 범위에서 해당 온도의 물 또는 목적 생성물의 결정화에 필요한 용매를 사용하되 올리고머를 여과로 분리하는 단계를 추가한 후 수행할 수도 있다. 여과액은 저온으로 유지하여 재결정화 과정을 거쳐서 제품으로 회수할 수 있으며, 제품 내 불순물 농도를 조절하기 위해 물리적 분리 및 재결정화 과정을 반복하여 수행할 수도 있다. 상기 (3) 단계의 글리콜 부가 단량체의 재 결정화 전 올리고머를 분리하는 단계가 먼저 수행될 수 있다.The glycol-added monomer recovery method through the recrystallization process is more preferably performed after removing the unreacted material according to the reaction, and the temperature above room temperature, for example, in the range of 60°C to 120°C, preferably in the range of 90°C to 110°C. It may be carried out after adding the step of separating the oligomer by filtration using water at the corresponding temperature or a solvent necessary for crystallization of the desired product. The filtrate may be recovered as a product through a recrystallization process by maintaining it at a low temperature, and physical separation and recrystallization may be repeated to control the concentration of impurities in the product. The step of separating the oligomer before recrystallization of the glycol addition monomer in step (3) may be performed first.

한편, 본 발명에 따른 해중합 방법에 따른 반응계를 구성함에 있어서, 비금속성 촉매를 사용하거나 1A족 또는 2A족 금속 양이온과 짝이온 (counter-ion)이 탄산, 중탄산, 알콕사이드 또는 아세테이트 등과 같은 유기 음이온으로 구성된 금속염을 촉매로 사용할 경우, 잔류 금속 성분에 의한 제품 유해성이 낮고 불순물 농도 관리도 훨씬 용이할 수 있다.On the other hand, in configuring the reaction system according to the depolymerization method according to the present invention, a non-metallic catalyst is used, or a Group 1A or 2A metal cation and a counter-ion are organic anions such as carbonic acid, bicarbonate, alkoxide or acetate. When the constituted metal salt is used as a catalyst, product toxicity due to residual metal components is low and impurity concentration management can be much easier.

이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 통하여 본 발명 과정의 세부사항을 설명하고자 한다. 이는 본 발명에 관련된 대표적 예시로서, 이것만으로 본 발명의 적용 범위를 제한할 수 없음을 밝히는 바이다.Hereinafter, details of the process of the present invention will be described through Examples, Comparative Examples and Experimental Examples. This is a representative example related to the present invention, and it is to be understood that this alone cannot limit the scope of application of the present invention.

원료 1 (단일층 PET flake 원료)Raw material 1 (single layer PET flake raw material)

에스테르 작용기를 함유한 고분자 물질로서, 사용 후 배출된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 소재의 병을 절단하여 1 cm2 이하의 면적과 0.3 mm 이하의 두께(단일층)를 갖는 플라스틱 칩을 원료로 준비하였다.As a polymer material containing an ester functional group, a plastic chip having an area of 1 cm 2 or less and a thickness (single layer) of 0.3 mm or less was prepared as a raw material by cutting a bottle of polyethylene terephthalate material discharged after use.

원료 2 (복합층 PET flake 원료)Raw material 2 (composite layer PET flake raw material)

에스테르 작용기를 함유한 고분자 물질로서, 사용 후 배출된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 소재의 병을 절단하여 1 cm2 이하의 면적과 0.8 내지 1.2 mm의 두께(10개 이상의 다층으로 구성)를 갖는 플라스틱 칩을 원료로 준비하였다.As a polymer material containing an ester functional group, a plastic chip having an area of 1 cm 2 or less and a thickness of 0.8 to 1.2 mm (composed of 10 or more multilayers) is used as a raw material by cutting a bottle of polyethylene terephthalate material discharged after use. prepared.

원료 3 (유색 PET 필름)Raw material 3 (colored PET film)

에스테르 작용기를 함유한 고분자 물질로서, 사용 후 배출된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 소재의 병의 유색 라벨지를 절단하여 1 cm2 이하의 면적과 0.1 mm 이하의 두께를 갖는 플라스틱 조각을 원료로 준비하였다.As a polymer material containing an ester functional group, a plastic piece having an area of 1 cm 2 or less and a thickness of 0.1 mm or less was prepared as a raw material by cutting the colored label paper of a polyethylene terephthalate material bottle discharged after use.

원료 4 (유색 폴리에스테르 섬유)Raw material 4 (colored polyester fiber)

에스테르 작용기를 함유한 고분자 물질로서, 사용 후 배출된 폴리에스테르 옷감을 절단하여 1 cm2 이하의 면적과 1 mm 이하의 두께를 갖는 폐섬유 조각을 원료로 준비하였다.As a polymer material containing an ester functional group, the polyester cloth discharged after use was cut to prepare waste fiber pieces having an area of 1 cm 2 or less and a thickness of 1 mm or less as raw materials.

비교예 1Comparative Example 1

원료 1에 따라 준비된 고분자 원료 약 10 g을 반응의 원료로 정량하였다. 2가 알코올 극성 용매인 에틸렌 글리콜 약 38.75 g (고분자 반복단위체 몰당 12 몰)을 3-neck 플라스크에 투입하고 대기압에서 환류 냉각기를 장착한 후 가열식 자석 교반기를 사용하여 가열 교반하였으며 온도가 177℃에 도달하면 고분자 원료 10 g을 투입하고 계속하여 승온과 동시에 교반하였다. 반응혼합물이 197℃ 또는 환류 온도에 도달하면 아세트산 아연 촉매 약 0.457 g (고분자 반복단위체 몰당 0.04 몰)을 추가하여 촉매 반응을 개시하였으며, 2 시간 동안 지속적으로 교반하되 반응 온도는 ±0.5℃ 범위 내에서 일정하게 유지하면서 한쪽 끝이 대기압에 노출된 응축기를 사용하여 반응을 실시하였다. 반응 후 생성물 중 미반응물은 여과를 통해 분리 정량하였으며, 분해된 단량체, 이량체, 부반응물인 mono(hydroxyethyl) terephthalate (MHET) 및 올리고머 등은 표준 시료로 검량된 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC, 역상 C18 컬럼 (250 mm, 5 micron), UV 검출기 (λ=254 nm))를 사용하여 농도를 정량하였다. HPLC 분석 시 이동상으로는 메탄올:물의 부피비가 70:30인 혼합용액을 유량 0.7 ml/min로 일정하게 유지하여 사용하였다.About 10 g of the polymer raw material prepared according to raw material 1 was quantified as a raw material for the reaction. About 38.75 g of ethylene glycol, a dihydric alcohol polar solvent, (12 moles per mole of polymer repeating unit) was added to a 3-neck flask, equipped with a reflux condenser at atmospheric pressure, and stirred using a heated magnetic stirrer. The temperature reached 177°C. When 10 g of the polymer raw material was added, the temperature was continuously increased and the mixture was stirred simultaneously. When the reaction mixture reached 197 °C or reflux temperature, about 0.457 g of zinc acetate catalyst (0.04 mol per mole of polymer repeating unit) was added to initiate the catalytic reaction, and stirring was continued for 2 hours, but the reaction temperature was within the range of ±0.5 °C. The reaction was carried out using a condenser with one end exposed to atmospheric pressure while maintaining it constant. After the reaction, unreacted substances in the product were separated and quantified through filtration, and the decomposed monomers, dimers, side reactants such as mono(hydroxyethyl) terephthalate (MHET) and oligomers were calibrated as standard samples by high-performance liquid chromatography (HPLC, reversed-phase C18). The concentration was quantified using a column (250 mm, 5 micron), UV detector (λ=254 nm). As a mobile phase for HPLC analysis, a mixed solution having a volume ratio of methanol:water of 70:30 was used while maintaining a constant flow rate of 0.7 ml/min.

비교예 2Comparative Example 2

촉매로서 아세트산칼륨(CH3COOK)을 약 0.204 g (고분자 반복단위체 몰당 0.04 몰) 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Comparative Example 1, except that about 0.204 g (0.04 mol per mole of polymer repeating unit) was used as a catalyst, potassium acetate (CH 3 COOK).

비교예 3Comparative Example 3

촉매로서 아세트산나트륨(CH3COONa)을 약 0.171 g (고분자 반복단위체 몰당 0.04 몰) 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was performed and evaluated in the same manner as in Comparative Example 1, except that about 0.171 g (0.04 mol per mole of polymer repeating unit) was used as a catalyst for sodium acetate (CH 3 COONa).

비교예 4Comparative Example 4

반응온도를 153℃로 유지한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was performed and evaluated in the same manner as in Comparative Example 1, except that the reaction temperature was maintained at 153°C.

비교예 5Comparative Example 5

반응온도를 153℃로 유지한 것을 제외하고는 비교예 2와 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was performed and evaluated in the same manner as in Comparative Example 2, except that the reaction temperature was maintained at 153°C.

비교예 6Comparative Example 6

반응온도를 153℃로 유지한 것을 제외하고는 비교예 3과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was performed and evaluated in the same manner as in Comparative Example 3, except that the reaction temperature was maintained at 153°C.

실시예 1Example 1

메톡시벤젠을 약 22.51 g (고분자 반복단위체 몰당 4 몰) 추가로 투입한 것을 제외하고는 비교예 4와 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was performed and evaluated in the same manner as in Comparative Example 4, except that about 22.51 g (4 moles per mole of the polymer repeating unit) of methoxybenzene was additionally added.

실시예 2Example 2

메톡시벤젠을 약 22.51 g (고분자 반복단위체 몰당 4 몰) 추가로 투입한 것을 제외하고는 비교예 5와 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was performed and evaluated in the same manner as in Comparative Example 5, except that about 22.51 g of methoxybenzene (4 moles per mole of polymer repeating unit) was additionally added.

실시예 3Example 3

메톡시벤젠을 약 22.51 g (고분자 반복단위체 몰당 4 몰) 추가로 투입한 것을 제외하고는 비교예 6과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was performed and evaluated in the same manner as in Comparative Example 6, except that about 22.51 g (4 moles per mole of polymer repeating unit) of methoxybenzene was additionally added.

실시예 4Example 4

고분자 원료로 원료 2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 3, except that Raw Material 2 was used as the polymer raw material.

실시예 5Example 5

고분자 원료로 원료 3을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 3, except that raw material 3 was used as a polymer raw material.

실시예 6Example 6

고분자 원료로 원료 4를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 3, except that Raw Material 4 was used as the polymer raw material.

실시예 7Example 7

반응 온도를 130℃로 유지한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하되, 총 3시간 또는 6시간 동안 반응이 진행되도록 실험을 반복하였으며 생성된 반응물들을 각각 정량하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 3 except that the reaction temperature was maintained at 130° C., but the experiment was repeated so that the reaction proceeded for a total of 3 or 6 hours, and the resulting reactants were Each was quantified.

실시예 8Example 8

반응 온도를 135℃로 유지한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 7, except that the reaction temperature was maintained at 135°C.

실시예 9Example 9

반응 온도를 140℃로 유지한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 7, except that the reaction temperature was maintained at 140°C.

실시예 10Example 10

반응 온도를 145℃로 유지한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 7, except that the reaction temperature was maintained at 145°C.

실시예 11Example 11

반응 온도를 150℃로 유지한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 7, except that the reaction temperature was maintained at 150°C.

실시예 12Example 12

메톡시벤젠의 추가량을 0 g에서 39.4 g (고분자 반복단위체 몰당 7 몰)까지 변화하여 반복 실험을 수행한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 2, except that the repeated experiment was performed by changing the additional amount of methoxybenzene from 0 g to 39.4 g (7 moles per mole of polymer repeating unit). .

실시예 13Example 13

메톡시벤젠의 추가량을 0 g에서 39.4 g (고분자 반복단위체 몰당 7 몰)까지 변화하여 반복 실험을 수행한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was performed and evaluated in the same manner as in Example 3, except that the repeated experiment was performed by changing the additional amount of methoxybenzene from 0 g to 39.4 g (7 moles per mole of polymer repeating unit). .

실시예 14Example 14

촉매로서 아세트산칼륨(CH3COOK)의 투입량을 0 g에서 1.0 g (고분자 반복단위체 몰당 0.20 몰)까지 변화하여 반복 실험을 수행한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out in the same manner as in Example 2, except that a repeated experiment was performed by changing the input amount of potassium acetate (CH 3 COOK) as a catalyst from 0 g to 1.0 g (0.20 mol per mole of polymer repeating unit). was carried out and evaluated.

실시예 15Example 15

촉매로서 아세트산나트륨(CH3COONa)의 투입량을 0 g에서 1.0 g (고분자 반복단위체 몰당 0.23 몰)까지 변화하여 반복 실험을 수행한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out in the same manner as in Example 3, except that repeated experiments were performed by changing the amount of sodium acetate (CH 3 COONa) as a catalyst from 0 g to 1.0 g (0.23 mol per mole of polymer repeating unit). was carried out and evaluated.

실시예 16Example 16

1,2-다이메톡시벤젠 약 28.75 g (고분자 반복단위체 몰당 4 몰)을 메톡시벤젠 대신 투입한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 2, except that about 28.75 g of 1,2-dimethoxybenzene (4 moles per mole of polymer repeating unit) was added instead of methoxybenzene.

실시예 17Example 17

1,4-다이메톡시벤젠 약 28.75 g (고분자 반복단위체 몰당 4 몰)을 메톡시벤젠 대신 투입한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 2, except that about 28.75 g of 1,4-dimethoxybenzene (4 moles per mole of polymer repeating unit) was added instead of methoxybenzene.

실시예 18Example 18

1,3,5-트리메톡시벤젠 약 35.00 g (고분자 반복단위체 몰당 4 몰)을 메톡시벤젠 대신 투입한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 2, except that about 35.00 g of 1,3,5-trimethoxybenzene (4 moles per mole of polymer repeating unit) was added instead of methoxybenzene. .

실시예 19Example 19

페네톨(에틸 페닐 에테르) 약 25.43 g (고분자 반복단위체 몰당 4 몰)을 메톡시벤젠 대신 투입한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 2, except that about 25.43 g of phenetol (ethyl phenyl ether) (4 moles per mole of polymer repeating unit) was added instead of methoxybenzene.

실시예 20Example 20

구아이아콜(2-메톡시페놀) 약 25.84 g (고분자 반복단위체 몰당 4 몰)을 메톡시벤젠 대신 투입한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 2, except that about 25.84 g of guaiacol (2-methoxyphenol) (4 moles per mole of polymer repeating unit) was added instead of methoxybenzene. .

비교예 7Comparative Example 7

1-메톡시사이클로헥산 약 23.76 g (고분자 반복단위체 몰당 4 몰)을 메톡시벤젠 대신 투입한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was performed and evaluated in the same manner as in Example 2, except that about 23.76 g of 1-methoxycyclohexane (4 moles per mole of polymer repeating unit) was added instead of methoxybenzene.

실시예 21Example 21

촉매로서 탄산나트륨(Na2CO3)을 약 0.110 g (고분자 반복단위체 몰당 0.02 몰) 투입하고, 에틸렌 글리콜을 약 32.30 g (고분자 반복단위체 몰당 10 몰), 메톡시벤젠을 약 16.88 g (고분자 반복단위체 몰당 3 몰) 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.About 0.110 g of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) as a catalyst (0.02 mol per mole of repeating polymer), about 32.30 g of ethylene glycol (10 moles per mole of repeating polymer), and about 16.88 g of methoxybenzene (repeat polymer) Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 1, except that 3 moles per mole) was used.

실시예 22Example 22

촉매로서 탄산칼륨(K2CO3)을 약 0.144 g (고분자 반복단위체 몰당 0.02 몰) 사용한 것을 제외하고는 실시예 21과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 21, except that about 0.144 g (0.02 mol per mole of polymer repeating unit) was used as a catalyst for potassium carbonate (K 2 CO 3 ).

실시예 23Example 23

촉매로서 중탄산나트륨(NaHCO3)을 약 0.087 g (고분자 반복단위체 몰당 0.02 몰) 사용한 것을 제외하고는 실시예 21과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Depolymerization of glycolysis was carried out and evaluated in the same manner as in Example 21, except that about 0.087 g (0.02 mol per mole of polymer repeating unit) was used as a catalyst for sodium bicarbonate (NaHCO 3 ).

실시예 24Example 24

촉매로서 탄산칼륨(KHCO3)을 약 0.104 g (고분자 반복단위체 몰당 0.02 몰) 사용한 것을 제외하고는 실시예 21과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 21, except that about 0.104 g (0.02 mol per mole of polymer repeating unit) was used as a catalyst for potassium carbonate (KHCO 3 ).

실시예 25Example 25

촉매로서 탄산마그네슘(MgCO3)을 약 0.088 g (고분자 반복단위체 몰당 0.02 몰) 사용한 것을 제외하고는 실시예 21과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was performed and evaluated in the same manner as in Example 21, except that about 0.088 g (0.02 mol per mole of polymer repeating unit) was used as a catalyst for magnesium carbonate (MgCO 3 ).

실시예 26Example 26

촉매로서 메톡시칼륨(CH3OK)을 약 0.073 g (고분자 반복단위체 몰당 0.02 몰) 사용한 것을 제외하고는 실시예 21과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 21, except that about 0.073 g (0.02 mol per mole of polymer repeating unit) was used as a catalyst, potassium methoxy potassium (CH 3 OK).

실시예 27Example 27

촉매로서 트리아자바이시클로데센(1.5,7-triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene, TBD)을 약 0.145 g (고분자 반복단위체 몰당 0.02 몰) 사용한 것을 제외하고는 실시예 21과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.In the same manner as in Example 21, except that about 0.145 g (0.02 moles per mole of polymer repeating unit) was used as a catalyst, triazabicyclodecene (1.5,7-triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene, TBD) was used. Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated.

[산출식][Calculation formula]

비교예 1 내지 비교예 7 및 실시예 1 내지 실시예 27에 따라 얻어진 미반응물은 중량법에 의해, 반응물들은 HPLC 분석을 통해 정량되었으며, 전환율 및 생성물의 수율은 다음과 같은 식에 의해 산출하였다.The unreacted substances obtained according to Comparative Examples 1 to 7 and Examples 1 to 27 were quantified by the gravimetric method, and the reactants were quantified through HPLC analysis, and the conversion and product yield were calculated by the following formulas.

해중합에 따른 고분자 해중합 전환율 (%) = Polymer depolymerization conversion by depolymerization (%) =

(초기 투입 고분자량 - 미반응 고분자량) / (초기 투입 고분자량)×100(Initial input high molecular weight - unreacted high molecular weight) / (Initial input high molecular weight) × 100

해중합에 따라 얻어지는 단량체의 수율 (%) =Yield of monomer obtained by depolymerization (%) =

(수득된 BHET 몰수)/(투입 고분자 구조 내 테레프탈레이트 단위체 몰수)×100(No. of moles of BHET obtained)/(No. of moles of terephthalate units in the input polymer structure) × 100

해중합에 따라 얻어지는 이량체의 수율 (%) =Yield of dimer obtained by depolymerization (%) =

(수득된 이량체 몰수)/(투입 고분자 구조 내 테레프탈레이트 단위체 몰수)×100(No. of moles of dimer obtained)/(No. of moles of terephthalate unit in the input polymer structure) × 100

해중합에 따라 얻어지는 부산물(MHET)의 수율 (%) = Yield (%) of by-product (MHET) obtained by depolymerization =

(수득된 MHET 몰수)/(투입 고분자 구조 내 테레프탈레이트 단위체 몰수)×100(No. of moles of MHET obtained)/(No. of moles of terephthalate units in the input polymer structure) × 100

비교예 8Comparative Example 8

원료 1에 따라 준비된 고분자 원료 약 5 g, 촉매로서 아세트산 아연을 약 0.5 g (고분자 반복단위체 몰당 0.088 몰) 투입하고, 에틸렌 글리콜을 약 20 g (고분자 반복단위체 몰당 12.4 몰) 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다. 이를 통해 얻은 글리콜 부가 단량체를 정제하기 위하여 반응 종료 후 500 mL 둥근 플라스크에 생성물과 400 mL 증류수를 혼합한 후, 90 내지 95℃ 범위 내에서 약 1시간 동안 지속적으로 교반하였다. 반응 후 혼합물 중 올리고머는 진공펌프에 의해 여과기에 위치한 여과지(Whatman, pore diameter: 3 micron)를 통해 제거하였다. 1차적으로 얻어진 여과액을 동일한 여과기에 다시 여과하여 재결정화된 올리고머 및 고형물을 분리 제거하였다. 얻어진 여과액은 4℃ 이하로 유지되고 있는 저온조에 16시간 이상 저장을 통해 결정화가 이루어졌으며, 이후 진공 여과기를 통해 침전물을 회수한 후 약 80℃로 유지되는 오븐에 6 시간 건조한 후 얻어진 백색 분말을 글리콜 부가 단량체로 정량 하였다.About 5 g of the polymer raw material prepared according to Raw Material 1, about 0.5 g of zinc acetate as a catalyst (0.088 mol per mole of polymer repeating unit), and about 20 g of ethylene glycol (12.4 mol per mole of polymer repeating unit) were used. Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated by the same method as in Example 1. In order to purify the glycol addition monomer obtained through this, after the reaction was completed, the product and 400 mL distilled water were mixed in a 500 mL round flask, and then stirred continuously for about 1 hour within a range of 90 to 95°C. After the reaction, oligomers in the mixture were removed through filter paper (Whatman, pore diameter: 3 micron) placed in a filter by a vacuum pump. The filtrate obtained primarily was filtered again through the same filter to separate and remove recrystallized oligomers and solids. The obtained filtrate was crystallized through storage for at least 16 hours in a low-temperature bath maintained at 4°C or less, and after collecting the precipitate through a vacuum filter, the obtained white powder was dried in an oven maintained at about 80°C for 6 hours. It was quantified with glycol addition monomers.

정제된 단량체 내 금속의 잔류 함량을 확인하기 위해 정제된 단량체 약 0.1 g을 HNO3에 녹여 산처리하여 전처리한 후 inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES, 모델명: Thermo Fisher Scientific iCAP 6500Duo) 및 inductively coupled plasma - mass spectrometry (ICP-MS, 모델명: Thermo Fisher Scientific X Series)을 사용하여 측정하였으며, 측정 결과는 표 8에 나타내었다.In order to check the residual content of metals in the purified monomer, about 0.1 g of the purified monomer was dissolved in HNO 3 and pretreated by acid treatment, and then inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES, model name: Thermo Fisher Scientific iCAP 6500Duo) and It was measured using inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS, model name: Thermo Fisher Scientific X Series), and the measurement results are shown in Table 8.

정제된 단량체의 구조적 특성을 확인하기 위해 정제된 단량체 약 0.1 g을 DMSO-d6 용매에 희석하여 준비하였으며 nuclear magnetic resonance (1H-NMR, 모델명: Bruker AVANCE ∥+ 500 MHz)을 통해 측정하였으며, 측정된 NMR 스펙트럼을 도 1에 나타내었다. In order to confirm the structural characteristics of the purified monomer, about 0.1 g of the purified monomer was prepared by diluting it in DMSO - d6 solvent . The obtained NMR spectrum is shown in FIG. 1 .

비교예 9Comparative Example 9

비교예 8에 따라 수득된 글리콜 부가 단량체 내 금속 잔류량을 저감하기 위해 추가적인 정제 방법을 진행하였다. 250 mL 플라스크에서 약 100 mL의 증류수를 첨가한 후, 비교예 8의 과정을 통해 최종적으로 얻어진 흰색 분말을 약 1 시간 정도 자석교반기를 사용하여 교반 하였으며, 완료 후 비교예 8의 과정에서 사용한 동일한 진공 여과기를 사용하여 추가 세척된 침전물을 회수하였다. 회수하여 얻은 단량체의 금속 함량이 ICP-MS에 의해 검출되지 않을 때까지 상기 세척과정을 반복하였으며, 최종적으로 얻어진 침전물은 약 80℃로 유지되는 오븐에 6 시간 동안 건조하여, 글리콜 부가 단량체에 해당하는 백색 분말을 수득하였다. 이를 다시 비교예 8에서와 같이 1H-NMR을 통해 단량체의 구조특성을 분석하였으며 이를 도 2에 나타내었다.An additional purification method was performed in order to reduce the metal residual amount in the glycol addition monomer obtained according to Comparative Example 8. After adding about 100 mL of distilled water in a 250 mL flask, the white powder finally obtained through the process of Comparative Example 8 was stirred for about 1 hour using a magnetic stirrer, and after completion, the same vacuum used in the process of Comparative Example 8 A filter was used to recover the further washed precipitate. The above washing process was repeated until the metal content of the recovered monomer was not detected by ICP-MS, and the finally obtained precipitate was dried in an oven maintained at about 80° C. for 6 hours, corresponding to the glycol addition monomer. A white powder was obtained. Again, as in Comparative Example 8, the structural characteristics of the monomer were analyzed through 1 H-NMR, which is shown in FIG. 2 .

실시예 28Example 28

원료 1에 따라 준비된 고분자 원료 약 5 g, 촉매로서 아세트산 칼륨(CH3COOK)을 약 0.5 g (고분자 반복단위체 몰당 0.196 몰) 투입하고, 에틸렌 글리콜을 약 20 g (고분자 반복단위체 몰당 12.4 몰), 메톡시벤젠을 약 10 g (고분자 반복단위체 몰당 3.56 몰) 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다. 이를 통해 얻은 글리콜 부가 단량체를 정제함에 있어서 첨가제를 회수하는 과정을 포함하는 것을 제외하고는 비교예 8과 동일한 과정을 통해 글리콜 부가 단량체를 수득하였으며, 추가적 정제과정을 수행하지 않고 수분을 제거하는 건조 과정으로부터 얻어진 흰색 분말을 글리콜 부가 단량체 제품으로 정량 하였다. 비교예 8에서의 분석방법과 동일한 분석방법에 따라 금속의 잔류 함량 및 1H-NMR을 통해 단량체의 구조특성을 분석하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.About 5 g of the polymer raw material prepared according to Raw Material 1, about 0.5 g of potassium acetate (CH 3 COOK) as a catalyst (0.196 mol per mole of polymer repeating unit), and about 20 g of ethylene glycol (12.4 mol per mole of polymer repeating unit), Glycolysis depolymerization was performed and evaluated in the same manner as in Comparative Example 1, except that about 10 g of methoxybenzene (3.56 moles per mole of polymer repeating unit) was used. A glycol addition monomer was obtained through the same process as in Comparative Example 8, except that in purifying the glycol addition monomer obtained through the process of recovering the additive, a drying process to remove moisture without performing an additional purification process The white powder obtained from was quantified as a glycol addition monomer product. According to the same analysis method as in Comparative Example 8, the structural characteristics of the monomer were analyzed through the residual content of metal and 1 H-NMR, and the results are shown in FIG. 3 .

실시예 29Example 29

촉매로서 아세트산칼륨 대신 아세트산나트륨(CH3COONa)을 약 0.5 g (고분자 반복단위체 몰당 0.234 몰)을 투입한 것을 제외하고는 실시예 28과 동일한 방법에 의해 글라이콜리시스 해중합을 실시 및 평가하였다.Glycolysis depolymerization was carried out and evaluated in the same manner as in Example 28, except that about 0.5 g (0.234 mol per mole of polymer repeating unit) was added instead of potassium acetate as a catalyst for sodium acetate (CH 3 COONa).

[금속염을 촉매로 사용하는 해중합의 반응특성 비교][Comparison of Reaction Characteristics of Depolymerization Using Metal Salt as Catalyst]

구분division 사용된
촉매의
종류
used
catalytic
type
고분자(PET) 반복단위체
몰당 가해진 화합물의 몰수
Polymer (PET) repeating unit
moles of compound added per mole
전환율(%)Conversion rate (%) 수율(%)transference number(%)
EGEG 첨가제additive 촉매catalyst BHETBHET DimerDimer MHETMHET 비교예1Comparative Example 1 Zn(OAc)2 Zn(OAc) 2 1212 00 0.040.04 100.0100.0 90.0690.06 4.694.69 0.370.37 비교예2Comparative Example 2 KOAcKOAc 1212 00 0.040.04 100.0100.0 83.5283.52 4.064.06 2.362.36 비교예3Comparative Example 3 NaOAcNaOAc 1212 00 0.040.04 100.0100.0 84.4684.46 4.294.29 3.923.92 EG: ethylene glycol, BHET: bis(2-hydroxyethyl) terephthalate,
Dimer: dimer of BHET, MHET: mono(hydroxyethyl) terephthalate,
Zn(OAc)2: zinc acetate, NaOAc: sodium acetate, KOAc : potassium acetate
EG: ethylene glycol, BHET: bis(2-hydroxyethyl) terephthalate,
Dimer: dimer of BHET, MHET: mono(hydroxyethyl) terephthalate,
Zn(OAc) 2 : zinc acetate, NaOAc : sodium acetate, KOAc : potassium acetate

상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들의 효과를 비교 설명하기 위하여 글라이콜리시스 반응에 가장 일반적으로 사용되는 아세트산 아연 촉매를 첨가하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 해중합 성능을 앞서 비교예 1로 상술한 방법에 따라 반응을 수행하였다. 또한, 본 발명의 일예에 따라 변형 조합될 수 있는 촉매를 아세트산 알칼리염들로 선택하여 비교예 1에서 가한 동량의 몰수를 가하여 수행한 해중합 반응들을 비교예 2와 비교예 3으로 나타내었다. 비교예 1과 해중합 반응성능을 비교 판별하기 위해 동일한 조건하 실험을 실시하였으며, 표 1은 2시간 반응 후의 반응 생성물 각각에 대해 정량 분석하여 얻어진 결과를 비교하여 나타낸 것이다. 두 반응 모두 부가 반응을 위해 에틸렌글리콜이 사용되었으며 환류온도(197℃)에서 반응을 수행하였다. Referring to Table 1, in order to compare and explain the effects of Examples of the present invention, the depolymerization performance of polyethylene terephthalate by adding a zinc acetate catalyst most commonly used in the glycolysis reaction was previously described in Comparative Example 1. The reaction was carried out according to the method. In addition, the depolymerization reactions performed by adding the same amount of moles added in Comparative Example 1 by selecting catalysts that can be modified and combined according to an example of the present invention as alkali acetate salts are shown in Comparative Examples 2 and 3. An experiment was conducted under the same conditions to compare and discriminate the depolymerization reaction performance with Comparative Example 1, and Table 1 shows the comparison results obtained by quantitative analysis of each reaction product after 2 hours of reaction. In both reactions, ethylene glycol was used for the addition reaction, and the reaction was performed at a reflux temperature (197° C.).

다수의 특허 및 비특허 선행문헌에 이미 보고된 바와 같이 아세트산 아연을 촉매로 적용하는 경우(비교예1), 두시간 반응만으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 모두 전환되었으며 BHET를 90%에 달하는 높은 수율로 얻었다. 반면 동일한 반응 조건 하에서 수행되었으나 촉매로 알칼리 양이온이 칼륨인 아세트산 염을 대신 사용하여 수행한 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 해중합에서도 높은 반응성이 관찰되었으나, 단량체인 BHET의 선택성이 낮게 관찰되었다. 상대적으로 낮은 BHET 수율은 생산성에 영향을 줄 수 있으며, 가치가 낮은 저가 부산물을 분리하기 위한 정제공정의 부담, 부산물의 처리 등 여러 경제적, 환경적 문제를 야기할 수 있다.As previously reported in a number of patents and non-patent literature, when zinc acetate was applied as a catalyst (Comparative Example 1), all polyethylene terephthalate was converted in only two hours reaction, and BHET was obtained in a high yield of up to 90%. On the other hand, high reactivity was observed in the depolymerization of polyethylene terephthalate, which was carried out under the same reaction conditions but using an acetate salt having an alkali cation as potassium instead as a catalyst, but low selectivity of the monomer BHET was observed. The relatively low yield of BHET may affect productivity, and may cause various economic and environmental problems, such as the burden of the purification process for separating low-value by-products, and treatment of by-products.

[저온 조건에서 PET 글라이콜리시스][PET Glycolysis under Low Temperature Conditions]

에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합을 수행하기 위해 글라이콜리시스 반응 경로를 선택하는 경우, 앞서 비교예 1 내지 비교예 3의 해중합 반응조건으로 나타낸 것과 같이, 교환 에스테르화 반응의 부가 반응물로 가해지는 에틸렌글리콜의 비점(197℃) 또는 그 이상의 고온에서 반응을 수행하는 것이 일반적이다. 과량의 촉매가 사용되거나 매우 희박한 농도의 고분자 원료가 반응에 적용되더라도 반응 온도를 낮추게 되면, 반응의 충분한 활성화 에너지를 갖지 못하기 때문에 반응성이 매우 낮아지거나 상대적으로 부반응의 속도가 증가하여 원하는 생성물을 확보할 수 없다. 한편, 고온의 반응온도가 요구되는 제조공정의 경우, 반응의 열원을 공급하기 위한 연료 또는 유틸리티의 적용 방법이 제한될 수 있으며 설비에 대한 투자 및 공정 운영에 과도한 비용이 요구될 수도 있다. 따라서, 높은 반응성 및 높은 수율을 제공할 수 있는 저온 글라이콜리시스 해중합 반응의 설계는 해당 공정의 경제성을 확보하기 위한 결정적인 수단을 제공할 수 있다. When a glycolysis reaction route is selected to perform depolymerization of a polymer containing an ester functional group, as shown in the depolymerization reaction conditions of Comparative Examples 1 to 3 above, as an addition reactant of the exchange esterification reaction It is common to carry out the reaction at the boiling point of ethylene glycol (197° C.) or higher. Even if an excessive amount of catalyst is used or a very dilute concentration of a polymer raw material is applied to the reaction, if the reaction temperature is lowered, the reactivity becomes very low or the rate of side reaction is relatively increased because the reaction does not have sufficient activation energy to secure the desired product. Can not. On the other hand, in the case of a manufacturing process requiring a high reaction temperature, a method of applying fuel or a utility for supplying a heat source for the reaction may be limited, and an investment in equipment and excessive cost may be required for process operation. Therefore, the design of the low-temperature glycolysis depolymerization reaction capable of providing high reactivity and high yield can provide a decisive means for securing the economic feasibility of the process.

글라이콜리시스 반응경로를 따라 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합을 수행한 대다수 선행문헌에서는 에틸렌글리콜의 비점(197℃) 또는 그 이상의 고온에 해당하는 반응조건을 제시하고 있으며, 단순히 단일 또는 특정 성분만으로 구성된 촉매 또는 이를 혼합하여 가하는 복합적 소재를 투입하더라도 반응 활성화 에너지를 낮추는 것은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 특히, 동등한 성능을 유지하면서 반응온도를 현저히 낮출 수 있는 반응계에 대한 실질적 예들은 보고되지 않고 있다.Most of the prior literatures that have performed depolymerization of polymers containing ester functional groups along the glycolysis reaction route suggest reaction conditions corresponding to high temperatures of ethylene glycol (197° C.) or higher, and are simply single or specific components. It is known that it is very difficult to lower the reaction activation energy even if a catalyst composed of only a catalyst or a composite material applied by mixing the same is added. In particular, practical examples of a reaction system capable of significantly lowering the reaction temperature while maintaining equivalent performance have not been reported.

본 발명에서는 이를 극복하기 위한 수단으로 방향족 고리와 알킬기 사이의 결합 작용기 중 최소 한 개 이상의 산소를 갖는 화합물을 첨가제로 가하여 촉매 반응의 활성화 에너지를 현저히 낮추고, 이로부터 일반적인 글라이콜리시스 반응보다 온도가 40℃ 이상 낮아진 저온 영역에서 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합이 진행될 수 있는 새로운 반응 경로를 제시하고자 한다. 이로부터, 고온에서 분해가 일어날 수 있기 때문에 성능의 유지가 어렵거나 회수가 어려울 수 있는 유기화합물이나 인체에 유해성이 낮은 1A족 또는 2A족 금속이 양이온으로 구성된 금속염이 촉매로 적용될 수 있는 저온 글라이콜리시스 반응에 대한 구현 방법을 제시하고자 한다.In the present invention, as a means to overcome this, a compound having at least one oxygen among the bonding functional groups between the aromatic ring and the alkyl group is added as an additive to significantly lower the activation energy of the catalytic reaction, and from this, the temperature is higher than that of the general glycolysis reaction. An attempt is made to suggest a new reaction route through which depolymerization of a polymer containing an ester functional group can proceed in a low-temperature region lowered by 40°C or higher. From this, since decomposition can occur at high temperatures, organic compounds that are difficult to maintain performance or recovery can be difficult, or metal salts composed of cations of Group 1A or 2A metals, which are low in harmfulness to the human body, can be applied as catalysts. We would like to present an implementation method for the colic reaction.

본 발명에 따른 저온 글라이콜리시스 반응에 대한 효과를 구체적으로 설명하기 위해 앞서 비교예와 동일한 조성으로 구성하되, 저온(153℃) 조건에서 실시한 글라이콜리시스 반응의 결과를 표 2에 나타냈다. 본 발명에 따르는 저온 글라이콜리시스 반응의 특성을 설명하기 위해 첨가제의 유무를 제외하고는 모든 조건을 동일하게 구성한 각각 촉매계에 대한 반응 결과를 비교예와 실시예로 구분하여 나타내었다. 비교예 4에서는 아세트산 아연을 촉매로 하는 해중합 반응을 수행한 것이고, 비교예 5와 비교예 6에서는 아세트산 칼륨 및 아세트산 나트륨을 촉매로 적용한 해중합 반응을 수행한 것이며, 실시예 1은 아세트산 아연 촉매를 사용하되 상기 화학식 1에 해당하는 화합물인 메톡시 벤젠(anisole)을 첨가제로 가하여 해중합 반응을 수행한 것이다. 실시예 2와 실시예 3은 각각 아세트산 칼륨 또는 아세트산 나트륨을 촉매로 사용하고, 그 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험한 것이다. In order to specifically explain the effect on the low-temperature glycolysis reaction according to the present invention, Table 2 shows the results of the glycolysis reaction carried out at low temperature (153° C.) with the same composition as in the previous comparative example. In order to explain the characteristics of the low-temperature glycolysis reaction according to the present invention, the reaction results for each catalyst system in which all conditions were identical except for the presence or absence of additives were divided into Comparative Examples and Examples. In Comparative Example 4, a depolymerization reaction was performed using zinc acetate as a catalyst, in Comparative Examples 5 and 6, a depolymerization reaction was performed using potassium acetate and sodium acetate as catalysts, and in Example 1, a zinc acetate catalyst was used. However, the depolymerization reaction was performed by adding methoxy benzene (anisole), a compound corresponding to Chemical Formula 1, as an additive. Examples 2 and 3 were tested in the same manner as in Example 1, except that potassium acetate or sodium acetate was used as a catalyst, respectively.

상기 첨가제로 사용된 메톡시 벤젠은 천연물로 추출되기도 하나 공업적으로 대량 합성도 가능하여 향료나 향수 제조를 위한 원료 또는 전구체로 사용되며 타방향족 화합물 대비 유해성이 매우 낮은 편이다. Methoxy benzene used as the additive is extracted as a natural product, but it can also be industrially synthesized in large quantities, so it is used as a raw material or precursor for perfume or perfume production, and has very low toxicity compared to other aromatic compounds.

앞서 비교예 및 실시예에서 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 병 유래 원료는 비결정성 구조를 갖고 있으며 두께가 0.3mm 이하로 넓은 단위면적을 갖는 원료가 반응에 투입되므로 해중합의 초기 단계부터 첨가제, 촉매 및 반응물 등과 높은 유효 접촉면적이 유지될 수 있다. 반면, 고분자의 중합도, 성상, 물질의 두께 등 기하학적 형태가 상이한 해중합 원료는 물질전달 및 반응 속도 변화에 영향을 줄 수 있으며, 최종적으로 얻어지는 해중합 목적 생성물의 수율 및 성능에 큰 영향을 나타낼 수 있다. 실시예 4, 실시예 5 및 실시예 6은 일상생활에서 배출될 수 있는 폐플라스틱 중 다층으로 이루어진 PET 소재의 병, PET 유색 라벨지, 폴리에스테르 섬유를 분쇄하여 1 cm2 이하 면적으로 준비된 폐수지를 고분자 원료로 정량한 후 각각에 대한 해중합 반응을 실시하였으며, 원료 1을 사용하는 실시예 3과 동일한 방법과 반응조건으로 해중합을 수행하였다. The polyethylene terephthalate bottle-derived raw material used in Comparative Examples and Examples has an amorphous structure and a raw material having a large unit area with a thickness of 0.3 mm or less is input to the reaction, so from the initial stage of depolymerization, additives, catalysts and reactants A high effective contact area can be maintained. On the other hand, raw materials for depolymerization having different geometries, such as polymer polymerization degree, properties, and material thickness, may affect mass transfer and reaction rate changes, and may have a significant impact on the yield and performance of the final depolymerization target product. Examples 4, 5 and 6 are polymers of waste resin prepared with an area of 1 cm 2 or less by pulverizing a multi-layered PET bottle, PET colored label paper, and polyester fiber among waste plastics that can be discharged from daily life. After quantification as a raw material, depolymerization was carried out for each, and depolymerization was performed under the same method and reaction conditions as in Example 3 using raw material 1.

구분division 사용된
촉매의
종류
used
catalytic
type
고분자
원료
polymer
Raw material
고분자(PET) 반복단위체
몰당 가해진 화합물의 몰수
Polymer (PET) repeating unit
moles of compound added per mole
전환율
(%)
conversion rate
(%)
수율
(%)
transference number
(%)
EGEG 첨가제additive 촉매catalyst BHETBHET DimerDimer MHETMHET 비교예4Comparative Example 4 Zn(OAc)2 Zn(OAc) 2 원료1Raw material 1 1212 00 0.040.04 9.419.41 3.533.53 0.060.06 0.110.11 비교예5Comparative Example 5 KOAcKOAc 원료1Raw material 1 1212 00 0.040.04 13.9213.92 6.066.06 0.000.00 1.191.19 비교예6Comparative Example 6 NaOAcNaOAc 원료1Raw material 1 1212 00 0.040.04 14.0614.06 5.185.18 0.000.00 1.371.37 실시예1Example 1 Zn(OAc)2 Zn(OAc) 2 원료1Raw material 1 1212 44 0.040.04 100.0100.0 82.4782.47 4.604.60 1.191.19 실시예2Example 2 KOAcKOAc 원료1Raw material 1 1212 44 0.040.04 100.0100.0 86.5086.50 4.894.89 1.771.77 실시예3Example 3 NaOAcNaOAc 원료1Raw material 1 1212 44 0.040.04 100.0100.0 86.9186.91 4.984.98 1.821.82 실시예4Example 4 NaOAcNaOAc 원료2Raw material 2 1212 44 0.040.04 99.5399.53 82.5082.50 4.434.43 1.781.78 실시예5Example 5 NaOAcNaOAc 원료3Raw material 3 1212 44 0.040.04 100.0100.0 77.6377.63 1.871.87 2.012.01 실시예6Example 6 NaOAcNaOAc 원료4Raw material 4 1212 44 0.040.04 100.0100.0 88.3388.33 5.265.26 1.031.03 EG: ethylene glycol, BHET: bis(2-hydroxyethyl) terephthalate,
Dimer: dimer of BHET, MHET: mono(hydroxyethyl) terephthalate,
Zn(OAc)2: zinc acetate, NaOAc: sodium acetate, KOAc : potassium acetate
EG: ethylene glycol, BHET: bis(2-hydroxyethyl) terephthalate,
Dimer: dimer of BHET, MHET: mono(hydroxyethyl) terephthalate,
Zn(OAc) 2 : zinc acetate, NaOAc : sodium acetate, KOAc : potassium acetate

저온 PET 글라이콜리시스의 성능 비교 결과인 상기 표 2를 참조하면, 상기 표 1에 나타난 바와 같이 아세트산 아연을 촉매로 적용하고 197℃의 고온을 적용한 비교예 1에서는 대부분의 PET가 분해되었으나, 동일한 반응 혼합물 구성으로 저온(153℃)에서 해중합을 수행한 비교예 4의 결과에 따르면 전환율이 10% 미만의 극히 저조한 반응성을 나타냈다. 또한, 목적 생성물 대비 상대적으로 높은 부산물 비율이 얻어졌다.Referring to Table 2, which is a performance comparison result of low-temperature PET glycolysis, as shown in Table 1 above, in Comparative Example 1, in which zinc acetate was applied as a catalyst and a high temperature of 197° C. was applied, most of PET was decomposed, but the same According to the result of Comparative Example 4 in which depolymerization was performed at low temperature (153° C.) with the composition of the reaction mixture, the conversion rate was less than 10%, and the reactivity was extremely poor. In addition, a relatively high ratio of by-products compared to the desired product was obtained.

비교예 5와 비교예 6은 유사한 방법으로 아세트산 아연 대신 알칼리 금속 양이온을 포함하는 금속염, 보다 구체적으로는 아세트산 칼륨과 아세트산 나트륨을 촉매로 사용하여 반응을 진행한 것이다. 비교예 4와 비교하면, 전환율이 소폭 상승하였으나 반응성이 크게 개선되지 않음을 알 수 있다. 동시에 부산물의 생성량이 크게 증가하였으며, 아세트산 아연을 사용하는 경우(비교예 1과 비교예 4)가 보다 높은 BHET 선택성이 관찰되었다.In Comparative Example 5 and Comparative Example 6, the reaction was carried out in a similar manner using a metal salt containing an alkali metal cation instead of zinc acetate, more specifically, potassium acetate and sodium acetate as catalysts. Compared with Comparative Example 4, it can be seen that the conversion rate was slightly increased, but the reactivity was not significantly improved. At the same time, the amount of by-products was greatly increased, and higher BHET selectivity was observed when zinc acetate was used (Comparative Examples 1 and 4).

실시예 1의 반응결과는 비교예 3의 반응물 구성에 메톡시 벤젠만을 추가하여 아세트산 아연을 사용한 저온(153℃) 글라이콜리시스를 수행한 것이다. 비교예 4와 실시예 1에 따른 해중합 결과를 비교해보면 본 발명에 따르는 첨가제의 추가가 해중합 성능 변화에 매우 극적인 효과를 가져오는 것을 알 수 있다. The reaction result of Example 1 is that low-temperature (153° C.) glycolysis was performed using zinc acetate by adding only methoxy benzene to the composition of the reactant of Comparative Example 3. Comparing the depolymerization results according to Comparative Example 4 and Example 1, it can be seen that the addition of the additive according to the present invention has a very dramatic effect on the change in the depolymerization performance.

실시예 1이 40℃이상 온도가 낮은 저온 반응임에도 불구하고 2시간 이내에 82.5%의 BHET 수율이 얻어졌으며, 해중합 반응시간을 3시간 이상 지속하였을 때에는 85% 내지 90%의 BHET 수율을 얻을 수 있었다. Although Example 1 was a low-temperature reaction with a temperature of 40° C. or higher, a BHET yield of 82.5% was obtained within 2 hours, and when the depolymerization reaction time was continued for 3 hours or more, a BHET yield of 85% to 90% was obtained.

촉매를 알카리 아세트산 촉매로 변경한 경우에서는 보다 극적인 효과가 관찰되었다. 예컨데, 아세트산 칼륨과 아세트산 나트륨을 촉매로 적용하고 첨가제의 존재 하 저온(153℃)에서 실시한 글라이콜리시스 반응 결과(실시예 2와 실시예 3)를 고온 반응의 경우(비교예 2와 비교예 3) 및 첨가제가 포함되지 않은 저온 글라이콜리시스 반응의 경우(비교예 5와 비교예 6)들과 비교할 수 있다. A more dramatic effect was observed when the catalyst was changed to an alkaline acetic acid catalyst. For example, the results of the glycolysis reaction (Examples 2 and 3) conducted at low temperature (153° C.) in the presence of additives with potassium acetate and sodium acetate as catalysts were compared with the high-temperature reaction (Comparative Example 2 and Comparative Example). 3) and low-temperature glycolysis without additives (Comparative Examples 5 and 6).

비교예 5의 반응물 구성에 메톡시 벤젠만을 추가하여 저온 글라이콜리시스를 수행한 실시예 2의 경우, 앞서 설명한 촉매계와 유사하게 매우 극적인 해중합 반응 특성이 두드러짐을 알 수 있다. 알칼리 금속을 포함하는 촉매를 적용하는 반응계에 메톡시 벤젠을 추가하여 해중합을 수행하게 되면, 반응온도를 153℃로 낮게 유지함에도 불구하고 모든 원료 PET가 2시간 이내에 완전 분해되는 높은 반응성이 관찰 되었으며, BHET의 선택성도 크게 개선됨을 알 수 있다. 197℃의 고온 글라이콜리시스 반응에 효과가 있는 다른 변형된 형태의 촉매, 예컨대 알칼리 금속이 포함된 다른 염 형태의 촉매나 구아니딘계와 같은 비금속 유기물 형태 촉매 등이 포함된 촉매계에 대해서도 메톡시 벤젠 첨가를 첨가하여 수행한 153℃ 이하 저온 글라이콜리시스 반응에서 극적인 반응 효과가 관찰되었으며, 유사하거나 개선된 성능 또한 관찰되었다.In the case of Example 2, in which low-temperature glycolysis was performed by adding only methoxy benzene to the composition of the reactant of Comparative Example 5, it can be seen that, similar to the catalyst system described above, very dramatic depolymerization reaction characteristics are outstanding. When depolymerization was performed by adding methoxy benzene to a reaction system to which a catalyst containing alkali metal was applied, high reactivity was observed in which all raw PET materials were completely decomposed within 2 hours despite keeping the reaction temperature as low as 153 ° C. It can be seen that the selectivity of BHET is also greatly improved. Methoxy benzene for catalyst systems containing other modified types of catalysts effective for high-temperature glycolysis at 197°C, such as other salt type catalysts containing alkali metals or non-metal organic type catalysts such as guanidine type catalysts. A dramatic reaction effect was observed in the low-temperature glycolysis reaction below 153° C. performed with the addition of addition, and similar or improved performance was also observed.

한편, 동일한 조건 하 특성이 다른 고분자 원료가 사용된 실시예 4 내지 실시예 6의 해중합 반응결과를 비교하면, 고유점도(intrinsic viscosity; IV ~0.65)가 낮아 해중합 과정 중 물질전달의 제약이 낮을 것으로 예상되는 폴리에스테르 섬유를 원료로 사용한 실시예 6의 경우가 PET flake를 원료(IV=0.74)로 사용하는 다른 경우에 비해 높은 수율의 BHET가 수득되는 것을 알 수 있었다. 다층으로 구성된 PET의 조각을 원료로 사용한 실시예 4의 경우 2시간 반응만으로는 BHET 수율이 82.5%로 다소 낮게 관찰되었다. On the other hand, when comparing the depolymerization reaction results of Examples 4 to 6 in which polymer raw materials with different properties were used under the same conditions, the intrinsic viscosity (IV ~ 0.65) is low, so the restriction of mass transfer during the depolymerization process is low. It was found that in Example 6 using the expected polyester fiber as a raw material, BHET in a higher yield was obtained compared to other cases in which PET flake was used as a raw material (IV=0.74). In the case of Example 4 using a multi-layered piece of PET as a raw material, the BHET yield was observed to be rather low at 82.5% with only 2 hours of reaction.

한편, 물질전달 영향을 크게 받지 않을 것으로 예상되는 박막의 유색 PET 필름이 원료로 사용된 실시예 5의 경우는 초기 반응성이 높게 관찰되었으나 수율은 80% 이하로 낮게 관찰되었다. 이 경우 반응조건에 장시간 방치하여도 수율이 개선되지 않았으며, 저조한 BHET 수율은 안료 등 불순물 함량에 기인한 것으로 예상할 수 있다. On the other hand, in the case of Example 5, in which a thin colored PET film, which is not expected to be significantly affected by mass transfer, was used as a raw material, high initial reactivity was observed, but the yield was observed as low as 80% or less. In this case, the yield did not improve even when left in the reaction conditions for a long time, and it can be expected that the low BHET yield is due to the content of impurities such as pigments.

[저온 해중합 반응의 온도 범위][Temperature Range of Low-Temperature Depolymerization Reaction]

다음의 구체예에서는 앞서 저온 글라이콜리시스 반응에 유효한 반응물의 구성을 유지하고, 이로부터 저온에서 반응 또는 해중합 성능이 유효한 범위에 대해 설명하기 위한 것이다. 따라서, 다음의 예에서는 해중합 반응의 정성, 정량적인 반응특성을 판별하기 위하여 온도 이외 반응조건은 동일하게 유지하되, 온도를 변화시켜 해중합 성능을 관찰하기 위해 실시하는 구체적 예들을 포함한다.In the following embodiments, the composition of the reactants effective for the low-temperature glycolysis reaction is maintained, and from this, the reaction or depolymerization performance at a low temperature is to be described in an effective range. Therefore, the following examples include specific examples in which the reaction conditions other than temperature are kept the same in order to determine the qualitative and quantitative reaction characteristics of the depolymerization reaction, but the temperature is changed to observe the depolymerization performance.

실시예 3과 동일한 반응물 구성을 갖도록 하여 실험한 결과들을 포함하되, 반응온도만을 달리하는 해중합 반응(촉매: 아세트산나트륨 (NaOAc), 고분자 반복단위체 몰 당 화합물의 사용량: 촉매 0.04 몰, 아니솔 4 몰, EG 12 몰)의 정량 결과를 표 3에 정리하여 나타내었다.Depolymerization reaction including the experimental results to have the same reactant composition as in Example 3, but at different reaction temperatures (catalyst: sodium acetate (NaOAc), compound usage per mole of polymer repeating unit: catalyst 0.04 moles, anisole 4 moles) , EG 12 mol) were summarized in Table 3.

구분division 반응온도
(℃)
reaction temperature
(℃)
반응시간
(h)
reaction time
(h)
전환율
(%)
conversion rate
(%)
수율(%)transference number(%)
BHETBHET DimerDimer MHETMHET 실시예7Example 7 130130 33 17.5017.50 9.709.70 0.060.06 0.600.60 66 33.6833.68 23.7923.79 0.350.35 1.361.36 실시예8Example 8 135135 33 25.1025.10 20.9620.96 0.380.38 0.880.88 66 53.0353.03 43.0443.04 1.321.32 1.811.81 실시예9Example 9 140140 33 50.8250.82 42.1842.18 1.331.33 1.351.35 66 91.8591.85 72.2272.22 3.713.71 2.192.19 실시예10Example 10 145145 33 75.4475.44 63.5063.50 3.083.08 1.641.64 66 99.7299.72 79.5179.51 4.464.46 2.592.59 실시예11Example 11 150150 33 100.0100.0 84.1084.10 4.844.84 2.102.10 66 100.0100.0 84.1084.10 4.834.83 3.233.23 BHET: bis(2-hydroxyethyl) terephthalate, Dimer: dimer of BHET,
MHET: mono(hydroxyethyl) terephthalate, NaOAc: sodium acetate
NaOAc: sodium acetate,
BHET: bis(2-hydroxyethyl) terephthalate, Dimer: dimer of BHET,
MHET: mono(hydroxyethyl) terephthalate, NaOAc: sodium acetate
NaOAc: sodium acetate,

본 발명에 따른 반응물 구성의 일례를 따르도록 메톡시 벤젠을 첨가한 경우(표3)에서 볼 수 있듯이, PET를 원료로 적용한 저온 글라이콜리시스를 진행한 결과 130℃ 이상에서 뚜렷하고 유효한 반응의 특성이 발현되었으며, 145℃ 이상에서는 장시간(6시간) 반응에 노출하였을 때 전환율이 100%에 가까운 매우 극적인 효과가 관찰되었다.As can be seen in the case of adding methoxy benzene to follow an example of the composition of the reactant according to the present invention (Table 3), as a result of low-temperature glycolysis using PET as a raw material, a clear and effective reaction characteristic at 130 ° C. or higher was expressed, and a very dramatic effect with a conversion rate close to 100% was observed when exposed to a reaction for a long time (6 hours) at 145° C. or higher.

한편, 153℃의 온도에서 해중합을 수행한 실시예 3의 경우는 높은 반응성을 보이고 있으나 낮은 온도에서 반응을 수행한 경우, 목적하는 생성물에 대해 다소 낮은 선택성이 관찰 되었으며, 이는 이미 생성된 목적 생성물이 반응온도에 지속적으로 노출될 시 부반응 경로에 의해 MHET 수율이 계속해서 증가하기 때문이다. 따라서 고분자의 질량이 완전하게 분해가 되도록 하고 부반응 속도가 진행되는 것을 막기 위해 온도뿐만 아니라 반응시간 또한 최적화하여 최종 목적 생성물의 생산 수율을 향상하는 것이 바람직할 수 있다.On the other hand, Example 3, in which depolymerization was performed at a temperature of 153 ° C., showed high reactivity, but when the reaction was performed at a low temperature, rather low selectivity for the desired product was observed, which indicates that the already produced desired product was This is because the yield of MHET continues to increase by the side reaction pathway when continuously exposed to the reaction temperature. Therefore, it may be desirable to improve the production yield of the final target product by optimizing not only the temperature but also the reaction time in order to completely decompose the mass of the polymer and prevent the side reaction rate from proceeding.

[첨가제의 양에 따른 해중합 반응의 성능 평가][Performance evaluation of depolymerization reaction according to the amount of additives]

다음의 구체예에서는 앞서 저온 글라이콜리시스 반응에 유효한 반응물의 구성 및 반응조건은 유지하되, 첨가제 효과가 발현되는 유효한 범위에 대해 설명하기 위한 것이다. 다음의 예에서는 해중합 반응의 특성을 판별하기 위하여 반응조건은 동일하게 유지하되, 첨가제의 첨가량을 변화시켜 해중합 성능을 관찰하기 위해 실시하는 구체적 예들을 포함한다.In the following embodiments, the composition and reaction conditions of the reactants effective for the low-temperature glycolysis reaction are maintained, but it is intended to explain the effective range in which the additive effect is expressed. The following examples include specific examples in which the depolymerization performance is observed by changing the amount of additives while maintaining the same reaction conditions in order to determine the characteristics of the depolymerization reaction.

첨가제를 가하지 않고 PET의 해중합을 실시한 것(비교예 5 및 비교예 6)과 반응에 가해지는 메톡시 벤젠의 양을 달리하도록 실시한 것(실시예 12 및 실시예 13)들로 구성하여 해중합 반응(반응온도: 153℃, 반응시간: 2시간, 첨가제: 아니솔)의 성능을 관찰하였으며 그 결과를 표 4에 정리하여 나타내었다.The depolymerization reaction ( Reaction temperature: 153° C., reaction time: 2 hours, additive: anisole) was observed and the results are summarized in Table 4.

사용된
촉매의
종류
used
catalytic
type
구분division 고분자(PET) 반복단위체
몰당 가해진 화합물의 몰수
Polymer (PET) repeating unit
moles of compound added per mole
전환율
(%)
conversion rate
(%)
수율(%)transference number(%)
EGEG 첨가제additive 촉매catalyst BHETBHET DimerDimer MHETMHET KOAcKOAc 비교예5Comparative Example 5 1212 00 0.040.04 13.92 13.92 6.06 6.06 0.00 0.00 1.19 1.19 실시예12Example 12 1212 1One 0.040.04 32.05 32.05 24.06 24.06 0.35 0.35 2.06 2.06 1212 22 0.040.04 91.47 91.47 76.83 76.83 3.70 3.70 2.18 2.18 1212 33 0.040.04 99.72 99.72 83.65 83.65 4.56 4.56 1.85 1.85 1212 44 0.040.04 100.0100.0 86.50 86.50 4.89 4.89 1.77 1.77 1212 55 0.040.04 100.0100.0 85.22 85.22 4.81 4.81 1.69 1.69 1212 77 0.040.04 100.0100.0 83.19 83.19 5.39 5.39 1.69 1.69 NaOAcNaOAc 비교예6Comparative Example 6 1212 00 0.040.04 14.0714.07 5.195.19 0.000.00 1.371.37 실시예13Example 13 1212 1One 0.040.04 33.4433.44 26.3026.30 0.410.41 1.051.05 1212 22 0.040.04 75.4975.49 63.8563.85 2.502.50 1.201.20 1212 33 0.040.04 99.7399.73 84.3084.30 4.394.39 1.111.11 1212 44 0.040.04 100.0100.0 86.9186.91 4.984.98 1.821.82 1212 55 0.040.04 100.0100.0 85.9685.96 4.584.58 0.920.92 1212 77 0.040.04 100.0100.0 82.5582.55 4.684.68 0.850.85 EG: ethylene glycol, BHET: bis(2-hydroxyethyl) terephthalate,
Dimer: dimer of BHET, MHET: mono(hydroxyethyl) terephthalate,
NaOAc: sodium acetate, KOAc : potassium acetate
EG: ethylene glycol, BHET: bis(2-hydroxyethyl) terephthalate,
Dimer: dimer of BHET, MHET: mono(hydroxyethyl) terephthalate,
NaOAc: sodium acetate, KOAc: potassium acetate

알칼리 금속 양이온을 포함하는 금속염을 촉매로 사용하되, 상기 본 발명에 따른 화학식 1에 해당하는 첨가제를 추가하지 않는 비교예 5와 비교예 6에서는 매우 저조한 글라이콜리시스 반응성능이 관찰되었으나 첨가제(메톡시 벤젠)를 소량이라도 첨가한 실시예 12 및 실시예 13의 결과를 보면 반응성의 증가 뿐만 아니라 PET의 글라이콜리시스 반응에 따라 생성되는 BHET의 선택성도 크게 향상되는 것을 알 수 있다. 특히, 적용한 고분자 원료 대비 첨가제의 투입량이 3몰 비 이상으로 증가하게 되면 두시간 반응만으로도 고분자가 거의 대부분 분해되었으며, 목적 생성물의 선택성에 있어서도 높은 값이 유지됨을 알 수 있다. In Comparative Examples 5 and 6 using a metal salt containing an alkali metal cation as a catalyst, but not adding an additive corresponding to Chemical Formula 1 according to the present invention, very poor glycolysis reaction performance was observed, but the additive (me Looking at the results of Examples 12 and 13 in which even a small amount of toxybenzene) was added, it can be seen that not only the increase in reactivity but also the selectivity of BHET produced according to the glycolysis reaction of PET was greatly improved. In particular, it can be seen that when the amount of the additive added to the applied polymer raw material is increased to more than 3 molar ratio, almost all of the polymer is decomposed only after two hours of reaction, and a high value is maintained in the selectivity of the target product.

한편, 사용되는 첨가제는 온도가 100℃ 이하로 낮아지게 되면 반응물로 사용된 과잉의 에틸렌글리콜로부터 상분리가 일어나며, 또한 목적 생성물의 정제를 위해 과잉의 물을 가하더라도 첨가제의 매우 제한적인 농도만이 목적 생성물이 용해된 수용액 상에 잔류하기 때문에 쉽게 회수가 가능하다. 따라서 액-액 추출에 의해 첨가제는 쉽게 분리가 될 수 있으나, 이보다는 반응의 종료 시점에 반응온도를 첨가제의 비점으로 높인 후 응축기를 통해 응축된 첨가제 일부 또는 전부를 외부 흐름으로 분리하는 기-액 분리 방법이 효율성 측면에서 더 유리할 수 있다. 본 발명에 따르는 첨가제는 반응에 직접 참여하지 않는 화합물이지만 반응의 활성화 에너지를 낮추는 효과가 뚜렷하기 때문에 촉매와 유사한 특성을 갖고 있으나, 금속염이나 다른 촉매가 존재하지 않는 상태에서는 직접적인 반응성 향상을 가져오기 않기 때문에 조촉매와 같은 특성이 발현됨을 알 수 있다.On the other hand, when the temperature of the additive used is lowered to 100° C. or less, phase separation occurs from the excess ethylene glycol used as a reactant, and even if excess water is added to purify the target product, only a very limited concentration of the additive is the purpose Since the product remains in the dissolved aqueous solution, it can be easily recovered. Therefore, the additive can be easily separated by liquid-liquid extraction, but rather, at the end of the reaction, the reaction temperature is raised to the boiling point of the additive, and then some or all of the additive condensed through the condenser is separated into an external flow. The separation method may be more advantageous in terms of efficiency. Although the additive according to the present invention is a compound that does not directly participate in the reaction, it has a characteristic similar to that of the catalyst because it has a distinct effect of lowering the activation energy of the reaction, but does not directly improve the reactivity in the absence of metal salts or other catalysts. Therefore, it can be seen that the characteristics such as a cocatalyst are expressed.

[촉매의 양에 따른 해중합 반응의 성능 평가][Performance evaluation of depolymerization reaction according to the amount of catalyst]

다음의 구체예에서는 앞서 저온 글라이콜리시스 반응에 유효한 반응물의 구성 및 반응조건은 유지하되, 촉매의 첨가량 조절에 따른 효과를 설명하기 위한 것이다. 다음의 예에서는 해중합 반응의 특성을 판별하기 위하여 반응조건은 동일하게 유지(반응온도: 153℃, 반응시간: 2시간, 첨가제: 아니솔)하되, 촉매의 첨가량을 변화시켜 해중합 성능을 관찰하기 위해 실시하는 구체적 예들을 포함한다.In the following embodiments, while maintaining the composition and reaction conditions of the reactants effective for the low-temperature glycolysis reaction, it is intended to explain the effect of controlling the amount of catalyst added. In the following example, the reaction conditions are kept the same (reaction temperature: 153°C, reaction time: 2 hours, additive: anisole) in order to determine the characteristics of the depolymerization reaction, but the depolymerization performance is observed by changing the amount of catalyst added. Includes specific examples of implementation.

구분division 사용된
촉매의
종류
used
catalytic
type
고분자(PET) 반복단위체
몰당 가해진 화합물의 몰수
Polymer (PET) repeating unit
moles of compound added per mole
전환율(%)Conversion rate (%) 수율(%)transference number(%)
EGEG 첨가제additive 촉매catalyst BHETBHET DimerDimer MHETMHET 실시예14Example 14 KOAcKOAc 1212 44 0.000.00 3.53 3.53 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 1212 44 0.010.01 27.21 27.21 20.51 20.51 0.45 0.45 0.17 0.17 1212 44 0.020.02 81.00 81.00 67.49 67.49 3.06 3.06 0.36 0.36 1212 44 0.030.03 95.68 95.68 80.32 80.32 4.26 4.26 0.51 0.51 1212 44 0.040.04 100.0 100.0 86.50 86.50 4.89 4.89 1.06 1.06 1212 44 0.050.05 100.0100.0 84.68 84.68 4.50 4.50 1.07 1.07 1212 44 0.060.06 100.0100.0 82.91 82.91 4.38 4.38 1.28 1.28 1212 44 0.080.08 100.0100.0 83.73 83.73 4.63 4.63 1.98 1.98 1212 44 0.100.10 100.0100.0 80.89 80.89 4.24 4.24 2.55 2.55 1212 44 0.200.20 100.0100.0 80.12 80.12 4.32 4.32 3.16 3.16 실시예15Example 15 NaOAcNaOAc 1212 44 0.000.00 3.53 3.53 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 1212 44 0.010.01 24.24 24.24 17.67 17.67 0.44 0.44 0.31 0.31 1212 44 0.020.02 92.52 92.52 74.97 74.97 3.60 3.60 0.41 0.41 1212 44 0.030.03 99.85 99.85 83.93 83.93 4.40 4.40 0.65 0.65 1212 44 0.040.04 100.0 100.0 85.58 85.58 4.54 4.54 1.03 1.03 1212 44 0.050.05 100.0100.0 86.13 86.13 4.58 4.58 1.24 1.24 1212 44 0.060.06 100.0100.0 83.48 83.48 4.62 4.62 2.68 2.68 1212 44 0.080.08 100.0100.0 84.16 84.16 4.63 4.63 2.94 2.94 1212 44 0.100.10 100.0100.0 82.38 82.38 4.53 4.53 4.62 4.62 1212 44 0.230.23 100.0100.0 80.39 80.39 4.37 4.37 4.89 4.89 EG: ethylene glycol, BHET: bis(2-hydroxyethyl) terephthalate,
Dimer: dimer of BHET, MHET: mono(hydroxyethyl) terephthalate,
NaOAc: sodium acetate, KOAc : potassium acetate
EG: ethylene glycol, BHET: bis(2-hydroxyethyl) terephthalate,
Dimer: dimer of BHET, MHET: mono(hydroxyethyl) terephthalate,
NaOAc: sodium acetate, KOAc: potassium acetate

표 5는 PET 글라이콜리시스 반응을 수행함에 있어서 촉매로써 사용되는 알칼리 금속 양이온을 포함하는 금속염의 양을 조절하여 반응의 효과를 관찰하고자 해중합을 수행한 결과이다. 촉매의 첨가량이 고분자 원료의 반복단위체 대비 0.01 몰의 비율 이하 미량으로 첨가되면 반응성이 크게 낮아지는 것이 관찰되었으나 목적 생성물인 BHET의 선택도는 보다 높게 관찰되었다. 이는 촉매의 첨가량이 많아지면 부반응 속도 증가에 더 큰 영향을 미치기 때문인 것으로 사료된다.Table 5 shows the results of depolymerization in order to observe the effect of the reaction by controlling the amount of the metal salt containing the alkali metal cation used as a catalyst in carrying out the PET glycolysis reaction. When the amount of the catalyst added in a trace amount of 0.01 mole or less compared to the repeating unit of the polymer raw material, the reactivity was observed to be significantly lowered, but the selectivity of the target product, BHET, was observed to be higher. This is considered to be because the increase in the addition amount of the catalyst has a greater effect on the increase of the side reaction rate.

한편, 촉매의 양이 고분자 원료의 반복단위체 대비 0.01 몰의 비율을 초과하여 가해지면 높은 반응성에 의해 가해진 PET 대부분이 분해되었으며, 0.03을 초과하여 가해지면 완전한 분해가 일어났다. 완전한 분해가 일어나도록 촉매의 양이 0.03을 초과하되, 0.10 몰 미만인 비율범위에서는 촉매 양에 따라 목적 생성물(BHET)에 대한 선택성이나 수율에는 미미한 변화가 관찰되었으나, 촉매가 0.10 몰 이상 지나치게 과량으로 사용하면 부산물의 수율이 증가하고, 이로부터 BHET 수율은 다소 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 비교적 넓은 범위에서 촉매의 투입량에 따른 반응 성능의 유지 및 조절이 가능하며, 반응 종료 후 일부 촉매를 재사용함에 있어서도 정확한 양을 결정하지 않고 소실된 것으로 보는 촉매 일부만을 보충하면 되기 때문에 공정의 운영 과정에서 유연성 또한 확보 가능할 것으로 예상할 수 있다.On the other hand, when the amount of catalyst was added in excess of 0.01 mol relative to the repeating unit of the polymer raw material, most of the applied PET was decomposed due to high reactivity, and when it was added in excess of 0.03, complete decomposition occurred. In the ratio range where the amount of catalyst exceeds 0.03 for complete decomposition, but less than 0.10 mole, a slight change in selectivity or yield for the target product (BHET) was observed depending on the amount of catalyst, but the catalyst was used in excess of 0.10 mole or more When the yield of by-products increased, it was confirmed that the yield of BHET was somewhat lowered. It is possible to maintain and control the reaction performance according to the input amount of the catalyst in a relatively wide range, and even when reusing some catalysts after the completion of the reaction, it is necessary to replenish only the part of the catalyst that is considered lost without determining the exact amount. Flexibility can also be expected to be secured.

[첨가제의 종류에 따른 해중합 반응의 성능 평가][Performance evaluation of depolymerization reaction according to the type of additive]

다음의 구체예에서는 앞서 저온 글라이콜리시스 반응에 유효한 반응물의 구성 및 반응조건은 유지하되, 본 발명에 따르는 첨가제의 일부 또는 전체를 변형하였을 때 반응의 효과를 설명하기 위한 것이다. 해중합 반응의 특성을 판별하기 위하여 반응조건은 동일하게 유지(반응온도 153℃, 반응시간 2시간, 촉매: KOAc)하되, 방향족 고리와 알킬기 사이의 결합 작용기 중 산소를 포함하고 있는 화합물을 사용함에 있어서 작용기 결합의 수를 달리하거나 변형된 형태의 첨가제를 투입함에 따라 해중합 성능을 관찰하는 구체적 예들을 포함한다.In the following embodiments, while maintaining the composition and reaction conditions of the reactants effective for the low-temperature glycolysis reaction, it is intended to explain the effect of the reaction when some or all of the additives according to the present invention are modified. In order to determine the characteristics of the depolymerization reaction, the reaction conditions are maintained the same (reaction temperature 153° C., reaction time 2 hours, catalyst: KOAc), but when using a compound containing oxygen among the bonding functional groups between the aromatic ring and the alkyl group Specific examples of observing the depolymerization performance by varying the number of functional group bonds or adding a modified form of the additive are included.

구분division 사용된
첨가제의
종류
used
of additives
type
고분자(PET) 반복단위체
몰당 가해진 화합물의 몰수
Polymer (PET) repeating unit
moles of compound added per mole
전환율(%)Conversion rate (%) 수율(%)transference number(%)
EGEG 첨가제additive 촉매catalyst BHETBHET DimerDimer MHETMHET 비교예5Comparative Example 5 -- 1212 00 0.040.04 13.92 13.92 6.06 6.06 0.00 0.00 1.19 1.19 실시예2Example 2 AnisoleAnisole 1212 44 0.040.04 100.00 100.00 86.50 86.50 4.89 4.89 1.77 1.77 실시예16Example 16 1,2-DMB1,2-DMB 1212 44 0.040.04 69.76 69.76 58.38 58.38 2.19 2.19 1.43 1.43 실시예17Example 17 1,4-DMB1,4-DMB 1212 44 0.040.04 70.18 70.18 57.35 57.35 2.62 2.62 1.56 1.56 실시예18Example 18 1,3,5-TMB1,3,5-TMB 1212 44 0.040.04 96.09 96.09 65.13 65.13 3.58 3.58 1.53 1.53 실시예19Example 19 Phenetolephenetole 1212 44 0.040.04 41.63 41.63 36.57 36.57 0.69 0.69 2.46 2.46 실시예20Example 20 GuaiacolGuaiacol 1212 44 0.040.04 62.68 62.68 57.33 57.33 2.20 2.20 1.42 1.42 비교예7Comparative Example 7 1-MCH1-MCH 1212 44 0.040.04 6.87 6.87 4.63 4.63 0.00 0.00 0.68 0.68 Anisole: methoxy benzene, 1,2- or 1,4-DMB: 1,2- or 1,4-dimethoxybenzene, 1,3,5-TMB: 1,3,5-trimethoxybenzene, Guaiacol: 2-methoxyphenol,
Phenetole: ethoxy benezene, 1-MCH: 1-methoxycyclohexane,
BHET: bis(2-hydroxyethyl) terephthalate, Dimer: dimer of BHET,
MHET: mono(hydroxyethyl) terephthalate, KOAc : potassium acetate
Anisole: methoxy benzene, 1,2- or 1,4-DMB: 1,2- or 1,4-dimethoxybenzene, 1,3,5-TMB: 1,3,5-trimethoxybenzene, Guaiacol: 2-methoxyphenol,
Phenetole: ethoxy benezene, 1-MCH: 1-methoxycyclohexane,
BHET: bis(2-hydroxyethyl) terephthalate, Dimer: dimer of BHET,
MHET: mono(hydroxyethyl) terephthalate, KOAc: potassium acetate

첨가제를 첨가하지 않고 PET 글라이콜리시스를 실시한 비교예 5와, 방향족 고리와 알킬기 사이의 결합 작용기 중 적어도 하나 이상의 산소를 포함하고 있는 화합물을 첨가하여 실시한 실시예 2, 실시예 16 ~ 20의 결과를 비교하면, 성능의 일부 차이는 존재하나 본 발명에 따른 첨가제의 첨가 효과가 두드러지게 관찰되는 것을 확인할 수 있다. 변형된 첨가제의 예를 나타내는 실시예 16 내지 실시예 18에 따른 해중합의 성능 결과에 따르면, 상기 화학식 1에서의 m이 2 이상으로 증가하면 반응성과 목적 생성물의 선택성이 다소 낮아지는 특성이 관찰되었다. 실시예 19과 실시예 20은 산소에 의해 결합되는 알킬기의 탄소수가 하나가 아니거나 알킬 작용기가 아닌 다른 형태의 작용기가 추가로 결합될 수 있는 변형된 첨가제를 추가하여 실시한 해중합에 따르는 예들이다. 실시예 18과 실시예 19의 해중합 결과에 따르면, 반응성과 BHET의 수율에 있어서 일부 편차가 관찰되었으나, 본 발명에 따르는 효과가 유사하게 관찰됨을 알 수 있었다. 비교예 7은 본 발명에 따르는 첨가제와 유사한 구조를 갖으나 화합물의 중심 작용기가 다른 형태인 메톡시 사이클로헥산(최소 하나 이상의 알킬기가 링커를 통해 연결되고, 상기 링커는 최소 하나 이상의 산소를 갖고 있으나 중심 작용기가 방향족 고리가 아닌 동일한 탄소수를 갖는 포화 사이클로 알칸계)을 첨가제로 대체하여 해중합 성능을 평가한 것이다. 첨가제를 가하지 않은 비교예 5의 경우보다 오히려 반응성 및 BHET 선택도가 더 낮게 관찰되었다.Results of Comparative Example 5, in which PET glycolysis was performed without adding an additive, and Example 2 and Examples 16 to 20, in which a compound containing at least one oxygen among the bonding functional groups between the aromatic ring and the alkyl group was added By comparing the results, it can be seen that although there is some difference in performance, the effect of adding the additive according to the present invention is remarkably observed. According to the performance results of depolymerization according to Examples 16 to 18, which represent examples of modified additives, it was observed that when m in Formula 1 is increased to 2 or more, the reactivity and selectivity of the target product are somewhat lowered. Examples 19 and 20 are examples according to depolymerization carried out by adding a modified additive to which the number of carbon atoms of the alkyl group bonded by oxygen is not one or to which a functional group other than the alkyl functional group can be further bonded. According to the depolymerization results of Examples 18 and 19, some deviations were observed in the reactivity and the yield of BHET, but it was found that the effect according to the present invention was similarly observed. Comparative Example 7 has a structure similar to that of the additive according to the present invention, but the central functional group of the compound is in a different form (at least one alkyl group is connected through a linker, and the linker has at least one oxygen but has a central functional group The depolymerization performance was evaluated by substituting an additive for a saturated cycloalkane-based functional group having the same number of carbon atoms instead of an aromatic ring. Reactivity and BHET selectivity were observed to be lower than those of Comparative Example 5 in which no additive was added.

본 발명의 구체적인 실시예에서는 첨가되는 첨가제를 동 몰수 기준으로 평가하였으나, 결합 작용기의 형태가 달라지면 원료 및 첨가제와의 상호작용이 다르게 나타날 수 있으며, 반응물에 투입되는 첨가제의 형태나 양을 조절하여 성능이 미비한 부분을 보상할 수도 있다.In a specific embodiment of the present invention, the additive to be added was evaluated based on the same number of moles, but if the form of the binding functional group is changed, the interaction with the raw material and the additive may appear differently, and the performance by adjusting the form or amount of the additive added to the reactant You can even compensate for this inadequacy.

[알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 촉매의 해중합 반응 성능 평가][Evaluation of depolymerization reaction performance of catalysts containing alkali metals or alkaline earth metals]

다음의 구체예에서는 앞서 저온 글라이콜리시스 반응에 유효한 반응물의 구성 및 반응조건은 유지(반응온도 153℃, 반응시간 2시간)하되, 본 발명에 따르는 촉매의 유형을 일부 또는 전체를 변형하여 사용하였을 때 반응의 효과를 설명하기 위한 것이다. 해중합 반응의 특성을 판별하기 위하여 반응조건은 동일하게 유지하되, 촉매로써 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 양이온을 포함하는 금속염을 촉매로 사용하되 짝이온을 탄산, 중탄산, 알콕사이드 등 다른 형태로 변형하거나, 금속이 포함되지 않은 유기화합물 촉매를 적용함에 따라 해중합 성능의 변화를 관찰하는 구체적인 예들을 포함한다.In the following embodiments, the composition and reaction conditions of the reactants effective for the low-temperature glycolysis reaction are maintained (reaction temperature 153° C., reaction time 2 hours), but the type of catalyst according to the present invention is partially or entirely modified and used. This is to explain the effect of the reaction when In order to determine the characteristics of the depolymerization reaction, the reaction conditions are kept the same, and a metal salt containing an alkali metal or alkaline earth metal cation is used as a catalyst as a catalyst, but the counter ion is transformed into another form such as carbonic acid, bicarbonate, alkoxide, or the metal is Specific examples of observing the change in depolymerization performance according to the application of an organic compound catalyst not included are included.

구분division 사용된
촉매의
종류
used
catalytic
type
고분자(PET) 반복단위체
몰당 가해진 화합물의 몰수
Polymer (PET) repeating unit
moles of compound added per mole
전환율(%)Conversion rate (%) 수율(%)transference number(%)
EGEG 첨가제additive 촉매catalyst BHETBHET DimerDimer MHETMHET 실시예21Example 21 Na2CO3 Na 2 CO 3 1010 33 0.020.02 90.58 90.58 74.78 74.78 4.27 4.27 2.38 2.38 실시예22Example 22 K2CO3 K 2 CO 3 1010 33 0.020.02 90.74 90.74 74.86 74.86 4.23 4.23 2.24 2.24 실시예23Example 23 NaHCO3 NaHCO 3 1010 33 0.020.02 40.41 40.41 33.98 33.98 1.04 1.04 1.66 1.66 실시예24Example 24 KHCO3 KHCO 3 1010 33 0.020.02 37.21 37.21 30.87 30.87 0.78 0.78 1.36 1.36 실시예25Example 25 MgCO3 MgCO 3 1010 33 0.020.02 64.47 64.47 53.86 53.86 2.54 2.54 0.55 0.55 실시예26Example 26 CH3OKCH 3 OK 1010 33 0.020.02 49.01 49.01 41.48 41.48 1.43 1.43 1.40 1.40 실시예27Example 27 TBDTBD 1010 33 0.020.02 99.0099.00 81.81 81.81 5.28 5.28 2.18 2.18 BHET: bis(2-hydroxyethyl) terephthalate, Dimer: dimer of BHET,
MHET: mono(hydroxyethyl) terephthalate, TBD: 1,5,7-triazabicyclodec-5-ene
BHET: bis(2-hydroxyethyl) terephthalate, Dimer: dimer of BHET,
MHET: mono(hydroxyethyl) terephthalate, TBD: 1,5,7-triazabicyclodec-5-ene

본 발명에 따르는 첨가제를 추가하되, 고분자 대비 투입되는 모든 화합물들의 양을 제한하여 촉매별 성능의 차이가 두드러지도록 반응속도 제한 영역(kinetic limited regime)에서 평가를 실시하였다. 촉매를 달리하면서 저온(153℃)에서 해중합을 수행한 결과를 표 7에 비교하여 나타내었다. 알칼리 금속이 양이온으로 존재하고 짝이온의 형태가 다른 여러 변형 촉매들이나 유기화합물 촉매를 사용하였으나 본 발명에 따르는 첨가제를 추가하지 않고 에틸렌글리콜 비점 이하의 저온에서 반응을 수행한 경우, 유사한 방법에 따라 첨가제를 투입하지 않고 반응을 수행한 비교예 4 내지 비교예 6의 성능 결과들과 마찬가지로 대부분 저조한 반응성과 매우 제한적인 BHET 수율이 관찰되었다. The additive according to the present invention was added, but the amount of all the compounds added compared to the polymer was limited, so that the difference in performance for each catalyst was conspicuously evaluated in the kinetic limited regime. Table 7 shows the results of depolymerization at a low temperature (153° C.) with different catalysts. When various modified catalysts or organic compound catalysts in which alkali metal exists as a cation and a different counterion form are used, but the reaction is carried out at a low temperature below the boiling point of ethylene glycol without adding the additive according to the present invention, additives according to a similar method Like the performance results of Comparative Examples 4 to 6 in which the reaction was performed without adding , mostly poor reactivity and very limited BHET yield were observed.

양이온을 1A 족 금속으로 하고 음이온을 탄산 이온으로 구성된 금속염 촉매가 사용된 실시예 21 및 실시예 22의 경우, 음이온이 아세트산 이온으로 구성된 촉매를 적용한 경우와 유사하게 높은 반응성과 높은 단량체 수율이 관찰되었다. 반면, 동일한 몰 수의 중탄산염을 음이온으로 갖는 실시예 23과 실시예 24의 경우는 상대적으로 낮은 반응 성능이 관찰되었다. 동일한 조건에서 2A족 금속 양이온으로 구성된 금속 탄산염 촉매로 대체하여 실시한 글라이콜리시스 반응의 경우(실시예 25), 앞서 중탄산염을 음이온으로 갖는 알카리 금속염 촉매보다 높은 반응성과 높은 단량체 수율이 관찰되었다. 한편, 동일한 조건을 적용하고 금속을 포함하지 않는 유기화합물 촉매인 트리아자바이시클로데센을 동 몰수 촉매로 적용한 경우, 반응의 전환율이 99.0%이상이고 BHET의 수율도 81.8% 이상 매우 효과적인 글라이콜리시스 반응이 관찰되었다.In the case of Examples 21 and 22, in which a metal salt catalyst composed of a cation as a Group 1A metal and an anion as a carbonate ion was used, high reactivity and high monomer yield were observed similarly to the case where a catalyst composed of an anion was applied. . On the other hand, relatively low reaction performance was observed in Examples 23 and 24 having the same number of moles of bicarbonate as an anion. In the case of the glycolysis reaction carried out by replacing the metal carbonate catalyst composed of a Group 2A metal cation under the same conditions (Example 25), higher reactivity and higher monomer yield than the alkali metal salt catalyst having a bicarbonate as an anion was observed. On the other hand, when the same conditions are applied and triazabicyclodecene, an organic compound catalyst containing no metal, is applied as a catalyst with the same number of moles, the conversion rate of the reaction is 99.0% or more, and the yield of BHET is 81.8% or more. A reaction was observed.

앞서 여러 변형된 형태의 교환 에스테르화 촉매를 이용한 해중합 반응 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 첨가제(화학식 1로 표현되는 화합물)를 추가하면 저온(153℃)에서 에스테르 작용기를 함유한 고분자의 글라이콜리시스 반응성이 크게 향상될 수 있으며, 에틸렌글리콜의 비점 이하에서 높은 수율의 BHET 수득이 가능함을 알 수 있다.As can be seen from the results of the depolymerization reaction using the exchange esterification catalyst of various modified types, when the additive (compound represented by Formula 1) according to the present invention is added, the polymer containing an ester functional group at low temperature (153° C.) It can be seen that the lycolysis reactivity can be greatly improved, and it is possible to obtain BHET in high yield below the boiling point of ethylene glycol.

[해중합 반응 후 생성된 글리콜 부가 단량체의 정제 및 분석][Purification and analysis of glycol addition monomers produced after depolymerization]

다음의 구체예에서는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 본 발명에서의 방법으로 해중합 반응을 진행한 후, 정제과정으로부터 수득된 BHET의 순도에 대한 특징을 설명하기 위한 것이다. 이러한 과정은 첨가제를 회수하는 분리 방법이 포함될 수 있다. 앞서 구체적인 예들에서 설명한 바와 같이, 첨가제를 가하면 153℃ 이하 저온 영역에서 고성능의 글라이콜리시스 반응 수행이 가능하게 되고, 197℃ 이상의 고온 영역에서 사용이 어려운 촉매계의 도입이 가능하며 이는 정제과정의 여러 장점을 가져올 수 있다. 예로서, 저온 영역에서 최적 성능을 발휘하는 촉매 반응의 범위가 알카리 금속염으로 확장될 수 있으며 고온에서 분해가 일어날 수 있는 유기화합물이 소실 없이 촉매로써 적용될 수 있어서 정제나 물질 회수가 용이할 수 있다. 또한, 기존 상용공정에서 주로 사용되는 아연, 납 그리고 그 외 중금속과 같은 유해금속을 함유한 촉매를 사용하지 않아도 되기 때문에 고품질 친환경 소재를 위한 원료 제조 또는 완벽한 폐플라스틱 순환 경제 창출을 위한 재활용 기술로서의 활용가치를 기대할 수 있다. The following embodiments are intended to explain the characteristics of the purity of BHET obtained from the purification process after the depolymerization reaction of a polymer containing an ester functional group is performed in the method of the present invention. This process may include a separation method to recover the additive. As described in the above specific examples, when additives are added, it is possible to perform a high-performance glycolysis reaction in a low temperature region below 153°C, and it is possible to introduce a catalyst system that is difficult to use in a high temperature region above 197°C, which is a can bring advantages. For example, the scope of the catalytic reaction that exhibits optimal performance in the low-temperature region can be extended to alkali metal salts, and organic compounds that can be decomposed at high temperatures can be applied as a catalyst without loss, so that purification or material recovery can be easy. In addition, as it does not require the use of catalysts containing harmful metals such as zinc, lead and other heavy metals, which are mainly used in existing commercial processes, it is used as a recycling technology to manufacture raw materials for high-quality eco-friendly materials or to create a perfect recycling economy for waste plastics. value can be expected.

정제 과정은 본 발명에서 제시하는 화합물에 대한 몰조성을 동일하게 유지하되, 고온(197℃)에서 아세트산 아연을 촉매로 사용한 것(비교예 8 및 비교예 9)과 1A족 금속의 아세테이트염을 촉매로 사용(실시예 28 및 실시예 29)하여 얻은 글리콜 부가 단량체의 수율 및 순도를 평가하기 위해 실시하는 구체적인 예들을 포함한다.In the purification process, the molar composition of the compound presented in the present invention was maintained the same, but zinc acetate was used as a catalyst at high temperature (197° C.) (Comparative Examples 8 and 9) and an acetate salt of a Group 1A metal was used as a catalyst. Specific examples carried out to evaluate the yield and purity of glycol addition monomers obtained using (Examples 28 and 29) are included.

분석항목
구분
Analysis items
division
잔류 금속량
(mg/kg)
residual metal amount
(mg/kg)
비교예 8Comparative Example 8 3.43.4 비교예 9Comparative Example 9 NDND 실시예 28Example 28 NDND 실시예 29Example 29 NDND ND: not detected (미검출)ND: not detected

표 8은 PET의 글라이콜리시스 반응경로에 따라 생성물을 수득하고 여기에 1차적인 재결정화를 통해 수득한 BHET에 대하여 잔류하는 금속 함유량을 검출 한계가 1ppm 이상인 ICP-MS 및 ICP-AES 분석법을 통해 분석한 결과이다. Table 8 shows ICP-MS and ICP-AES analysis methods with a detection limit of 1 ppm or more for BHET obtained through primary recrystallization after obtaining a product according to the glycolysis reaction route of PET. It is the result of analysis.

아세트산 아연을 사용하여 반응 후 정제과정을 거친 BHET의 경우 잔류 금속량이 일부 검출되었다. 촉매로 사용된 아연은 인체에 중요한 무기질로 분류되고 있으나, 음료용기 등의 제품 사용으로 인체에 투여량이 많거나 지속적으로 노출될 경우 소화기 장애를 유발할 수 있는 유해 금속으로 분류된다. 플라스틱에 잔류하고 있는 아연이 폐기물로서 자연에 배출되어 동식물에 축적된 후 다시 인체에 흡수될 수 있는 간접적 경로에 의해 다양한 부작용이 발생될 수 있다. 따라서, 이를 대체할 수 있는 비유해성 금속 촉매 기반 저온 해중합 반응기술은 제품의 상업성 뿐만 아니라 환경오염 저감 측면에서 유리할 수 있다.In the case of BHET, which was purified after the reaction using zinc acetate, the amount of residual metal was partially detected. Zinc used as a catalyst is classified as an important mineral for the human body, but it is classified as a toxic metal that can cause digestive disorders when a large dose or continuous exposure to the human body through the use of products such as beverage containers. Zinc remaining in plastic is discharged to nature as waste, accumulated in animals and plants, and then various side effects can occur through an indirect route where it can be absorbed again into the human body. Therefore, a low-temperature depolymerization reaction technology based on a non-toxic metal catalyst that can replace it can be advantageous in terms of commercial viability of products as well as reduction of environmental pollution.

따라서, 아연 금속염 대신 1A 족, 혹은 2A족 금속염을 촉매로 사용하게 되면, 표 8의 비교예 8과 동일한 몰수의 알카리 금속염 촉매를 투입하여 실시된 실시예 28 (또는 실시예 29)에 따라 제조된 최종제품 내 잔류 금속량이 미검출된 바와 같이 정제과정 중 금속이 효율적으로 분리, 제거될 수 있으며, 촉매를 구성하는 금속 이온 자체도 인체 내 필수적인 전해질로서 아연에 비해 유해성이 낮다는 장점이 있다. 1A족, 또는 2A족 금속의 잔류량이 낮은 이유는 정제과정 중 해당 촉매가 상대적으로 훨씬 높은 이온화도에 따라 해리가 쉽게 일어나, 재결정화 및 물리적인 여과 과정에서 고체상으로 회수되는 BHET 제품에 잔류하거나 수용액상으로 용출되지 않는 금속의 양은 매우 희박하기 때문이다.Therefore, when a group 1A or 2A metal salt is used as a catalyst instead of a zinc metal salt, an alkali metal salt catalyst having the same number of moles as in Comparative Example 8 of Table 8 was added and prepared according to Example 28 (or Example 29) As the amount of residual metal in the final product is not detected, the metal can be efficiently separated and removed during the refining process, and the metal ion itself constituting the catalyst is an essential electrolyte in the human body and has the advantage of being less harmful than zinc. The reason for the low residual amount of Group 1A or Group 2A metal is that the catalyst is easily dissociated due to its relatively high degree of ionization during the purification process, so it remains in the BHET product recovered in the solid phase during recrystallization and physical filtration or in aqueous solution. This is because the amount of metal that does not elute is very rare.

정제된 글리콜 부가 단량체의 구조적 특징은 1H-NMR로 확인하였으며, DMSO-d 6에 중량비로 단량체의 농도가 6.25%가 되도록 희석하여 분석하였다. 측정된 구체적 스펙트럼은 도 1 내지 도 3에 나타내었다.Structural characteristics of the purified glycol-added monomer were confirmed by 1 H-NMR, and analyzed by diluting the monomer concentration to 6.25% in DMSO- d 6 by weight. The measured specific spectra are shown in FIGS. 1 to 3 .

비교예 8의 방법으로 정제해서 얻은 고온 글라이콜리시스 기반 단량체에 대한 1H-NMR은 다음과 같다. 1 H-NMR of the high-temperature glycolysis-based monomer obtained by purification by the method of Comparative Example 8 is as follows.

1H-NMR (500 MHz, DMSO-d 6) δ (ppm): 8.12 (s, 4H), 4.99 (br s, 2H), 4.33 (t, 4H), 3.73 (t, 4H) 1 H-NMR (500 MHz, DMSO- d 6 ) δ (ppm): 8.12 ( s , 4H), 4.99 ( br s , 2H), 4.33 ( t , 4H), 3.73 ( t , 4H)

에틸렌글리콜을 PET의 글라이콜리시스로부터 수득된 BHET의 단량체에 대한 NMR 스펙트럼에 대한 다수의 선행문헌들을 참조하고 하면 4.95 ppm 부근에서 최말단 그룹인 하이드록실기의 수소에 기인하는 특성 피크가 인접한 에틸렌 그룹의 수소에 의해 삼중선(triplet)으로 갈라지고, 3.73 ppm 부근에서는 하이드록실기에 인접한 탄소에 결합된 수소(도면 2 내지 3에서의 c)에 의해 특징 지어지는 사중선(quartet) 형태의 피크가 관찰되는 것으로 문헌에 일반적으로 보고되고 있다. 그러나 비교예 8의 방법에 따라 단순 정제 후 수득된 BHET 단량체의 1H-NMR 스펙트럼을 보면 4.99 ppm 부근에서 넓은 단일 피크가 관찰되었고, 3.27 ppm 부근에서는 삼중선이 관찰되었다. 이는 표 8에 나타낸 바와 같이 BHET에 잔류하는 불순물인 아세트산 아연 촉매가 간섭을 일으킨 것에 기인한 것으로 추정할 수 있다.If ethylene glycol is referred to a number of prior literatures on the NMR spectrum of the monomer of BHET obtained from the glycolysis of PET, the characteristic peak due to the hydrogen of the hydroxyl group, which is the most terminal group, is adjacent at 4.95 ppm. A peak in the form of a quartet, which is split into a triplet by a group hydrogen, and characterized by a hydrogen bonded to a carbon adjacent to a hydroxyl group ( c in FIGS. 2 to 3 ) near 3.73 ppm is generally reported in the literature. However, looking at the 1 H-NMR spectrum of the BHET monomer obtained after simple purification according to the method of Comparative Example 8, a broad single peak was observed around 4.99 ppm, and a triplet was observed around 3.27 ppm. As shown in Table 8, it can be inferred that the zinc acetate catalyst, which is an impurity remaining in BHET, caused interference.

비교예 9의 방법에 따라 추가적으로 증류수를 사용하여 세척 과정을 반복적으로 수행하여 ICP에 검출 한계 내에서 금속이 더 이상 검출되지 않는 BHET의 단량체를 수득한 후 다시 측정한 1H NMR 스펙트럼의 특성 피크들은 다음과 같다. According to the method of Comparative Example 9, the characteristic peaks of the 1 H NMR spectrum measured again after obtaining a monomer of BHET in which a metal is no longer detected within the detection limit in ICP by repeatedly performing the washing process using distilled water additionally are As follows.

1H-NMR (500 MHz, DMSO-d 6) δ (ppm): 8.12 (s, 4H), 4.97 (t, 2H), 4.33 (t, 4H), 3.73 (q, 4H) 1 H-NMR (500 MHz, DMSO- d 6 ) δ (ppm): 8.12 ( s , 4H), 4.97 ( t , 2H), 4.33 ( t , 4H), 3.73 ( q , 4H)

비교예 8의 방법으로 정제해서 얻은 고온 글라이콜리시스 기반 단량체에서 관찰된 4.99 ppm 부근에서 넓은 단일 피크가 4.97 ppm 부근에서 삼중선으로 분리되어 관찰되었고, 3.73 ppm 부근에서 삼중선 피크가 아닌 사중선으로 관찰되었다.A broad single peak at around 4.99 ppm observed in the high-temperature glycolysis-based monomer obtained by purification by the method of Comparative Example 8 was separated and observed as a triplet at around 4.97 ppm, and not a triplet peak at around 3.73 ppm, but a quartet was observed as

다음은 실시예 28의 방법(아세트산 칼륨을 사용)으로 글라이콜리시스를 수행하고, 생성물을 정제한 다음, 추가적인 정제과정 없이 회수된 BHET 단량체에 대해 비교예 8의 분석 방법과 동일하게 1H-NMR을 통한 구조적 분석을 수행하였으며, 관찰된 특성 피크들은 다음과 같다.Next, glycolysis was performed by the method of Example 28 (using potassium acetate), the product was purified, and then 1 H- Structural analysis was performed through NMR, and the observed characteristic peaks are as follows.

1H-NMR (500 MHz, DMSO-d 6) δ (ppm): 8.12 (s, 4H), 4.95 (t, 2H), 4.33 (t, 4H), 3.73 (q, 4H) 1 H-NMR (500 MHz, DMSO- d 6 ) δ (ppm): 8.12 ( s , 4H), 4.95 ( t , 2H), 4.33 ( t , 4H), 3.73 ( q , 4H)

실시예 29의 방법(아세트산 나트륨을 사용)으로 반응, 정제하여 회수된 BHET(앞서 실시예 28의 동일한 과정 및 방법 적용)에 대해서도 거의 동일한 1H-NMR 스펙트럼을 얻을 수 있었다.Almost the same 1 H-NMR spectrum was obtained for BHET (the same procedure and method as in Example 28 applied), which was reacted and purified by the method of Example 29 (using sodium acetate) and recovered.

이들 비교예와 실시예에 의해 아연 금속이 잔류하는 단량체와 고순도 단량체와의 구조적 특성이 구별되는 것과 같이, 본 발명에 따라 준비된 촉매계를 사용하면 수득된 BHET는 단순 정제과정을 통해서도 고순도로 수득될 수 있으므로 효율적인 정제가 가능하고 생산성 및 경제성 측면에서도 유리함을 알 수 있다.As the structural characteristics of the monomer with zinc metal remaining and the high-purity monomer are distinguished by these Comparative Examples and Examples, when the catalyst system prepared according to the present invention is used, the obtained BHET can be obtained with high purity even through a simple purification process. Therefore, it can be seen that efficient purification is possible and it is advantageous in terms of productivity and economy.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아니라는 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above in detail specific parts of the present invention, it will be clear to those skilled in the art that these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. . Accordingly, it is intended that the substantial scope of the present invention be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (12)

에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 방법에 있어서
(1) 하나 이상의 다가 알코올
(2) 교환 에스테르화 반응 촉매
(3) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물
;을 포함하는 혼합물을 상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자와 접촉시킴으로서, 상기 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 해중합하는 것을 특징으로 하는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 방법.
Figure 112021023893169-pat00004
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
상기 치환기 R1은 수소, 하이드록시기, 알데히드기, 카르복실기, C1-C6의 알킬기, C4-C6의 시클로알킬기 및 C6-C12의 아릴기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
상기 n은 0 내지 5 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 n이 2 이상인 경우에는 R1은 각각 동일하거나 상이하며,
상기 치환기 R2는 C1-C10의 알킬기이고,
상기 m은 1 내지 6 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 m이 2 이상인 경우에는 -O-R2는 각각 동일하거나 상이하다.
In the depolymerization method of a polymer containing an ester functional group
(1) one or more polyhydric alcohols
(2) Exchange esterification reaction catalyst
(3) a compound represented by the following formula (1)
A method of depolymerizing a polymer containing an ester functional group, characterized in that the polymer containing the ester functional group is depolymerized by contacting the mixture containing the ester functional group with the polymer containing the ester functional group.
Figure 112021023893169-pat00004
[Formula 1]
In Formula 1,
The substituent R 1 is any one selected from hydrogen, a hydroxyl group, an aldehyde group, a carboxyl group, a C 1 -C 6 alkyl group, a C 4 -C 6 cycloalkyl group, and a C 6 -C 12 aryl group,
Wherein n is an integer from 0 to 5, and when n is 2 or more, R 1 are the same or different,
The substituent R 2 is a C 1 -C 10 alkyl group,
Wherein m is an integer of any one of 1 to 6, and when m is 2 or more, -OR 2 is the same or different.
제1항에 있어서,
상기 교환 에스테르화 반응용 촉매는 금속을 포함하지 않는 유기화합물 촉매 또는 1A족, 2A족, 2B족 금속의 금속염 중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 방법.
According to claim 1,
The depolymerization method of a polymer including an ester functional group, characterized in that the catalyst for the exchange esterification reaction is at least one selected from a metal-free organic compound catalyst or a metal salt of a group 1A, 2A, or 2B metal.
제2항에 있어서,
상기 금속염은 짝이온(counter-ion)이 탄산, 중탄산, 알콕사이드 또는 아세테이트 중에서 선택된 유기 음이온으로 구성되는 것을 특징으로 하는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 방법.
3. The method of claim 2,
The depolymerization method of a polymer comprising an ester functional group, wherein the metal salt is an organic anion selected from carbonic acid, bicarbonate, alkoxide, and acetate, wherein the counter-ion is an organic anion.
제1항에 있어서,
상기 다가 알코올은 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,7-옥탄디올, 1,9-노난디올, 네오펜틸 글리콜, 1,4-시클로헥산디올, 이소소르비드 및 1,4-시클로헥산 디메탄올 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 방법.
According to claim 1,
The polyhydric alcohol is ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,6-hexane Ester functional group, characterized in that at least one selected from diol, 1,7-octanediol, 1,9-nonanediol, neopentyl glycol, 1,4-cyclohexanediol, isosorbide and 1,4-cyclohexane dimethanol A depolymerization method of a polymer comprising a.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 메톡시 벤젠, 1,2-디메톡시벤젠, 1,3-디메톡시벤젠, 1,4-디메톡시벤젠, 1,2,3-트리메톡시벤젠, 1,2,4-트리메톡시벤젠, 1,3,5-트리메톡시벤젠, 1,2,3,4-테트라메톡시벤젠, 1,2,3,5-테트라메톡시벤젠, 1,2,4,5-테트라메톡시벤젠, 2-메톡시페놀, 1,3-디메톡시-2-하이드록시벤젠, 4-하이드록시-3,5-디메톡시벤조익 산, 3-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐)프로프-2-에날, 4-하이드록시-3,5-디메톡시벤잘데하이드, 4-하이드록시-3,5-디메톡시아세토페논, 3-(4-하이드록시-3,5-디메톡시페닐프로프-2-에노익 산, 4-에닐-2,6-디메톡시페놀, 4-하이드록시-3-메톡시벤잘데하이드, 3-하이드록시-4-메톡시벤잘데하이드, 2-하이드록시-3-메톡시벤잘데하이드, 2-하이드록시-5-메톡시벤잘데하이드, 2-하이드록시-4-메톡시벤잘데하이드, 3,4-디하이드록시벤잘데하이드, 1-메톡시-4-[(E)-프로프-1-에닐]벤젠, 1-브로모-4-메톡시벤젠, 2-터트-부틸-4-메톡시페놀, 에톡시벤젠, 페놀, 1,3,5-트리클로로-2-메톡시벤젠, 1,3,5-트리브로모-2-메톡시벤젠, 4-(프로프-2-엔-1-일)페놀, 1-메톡시-4(프로프-2-엔-1-일)벤젠, 5-(프로프-2-엔-1-일)-2H-1,3-벤조다이옥솔, 4-메톡시-2-[(E)-프로프-1-일]페놀 및 2-메톡시-4-(프로프-1-엔-일)페놀로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 방법.
According to claim 1,
The compound represented by Formula 1 is methoxy benzene, 1,2-dimethoxybenzene, 1,3-dimethoxybenzene, 1,4-dimethoxybenzene, 1,2,3-trimethoxybenzene, 1,2 ,4-trimethoxybenzene, 1,3,5-trimethoxybenzene, 1,2,3,4-tetramethoxybenzene, 1,2,3,5-tetramethoxybenzene, 1,2,4 ,5-tetramethoxybenzene, 2-methoxyphenol, 1,3-dimethoxy-2-hydroxybenzene, 4-hydroxy-3,5-dimethoxybenzoic acid, 3- (4-hydroxy- 3,5-dimethoxyphenyl) prop-2-enal, 4-hydroxy-3,5-dimethoxybenzaldehyde, 4-hydroxy-3,5-dimethoxyacetophenone, 3-(4-hydro Roxy-3,5-dimethoxyphenylprop-2-enoic acid, 4-enyl-2,6-dimethoxyphenol, 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde, 3-hydroxy-4- Methoxybenzaldehyde, 2-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde, 2-hydroxy-5-methoxybenzaldehyde, 2-hydroxy-4-methoxybenzaldehyde, 3,4-di Hydroxybenzaldehyde, 1-methoxy-4-[(E)-prop-1-enyl]benzene, 1-bromo-4-methoxybenzene, 2-tert-butyl-4-methoxyphenol, Ethoxybenzene, phenol, 1,3,5-trichloro-2-methoxybenzene, 1,3,5-tribromo-2-methoxybenzene, 4- (prop-2-en-1-yl ) Phenol, 1-methoxy-4 (prop-2-en-1-yl) benzene, 5- (prop-2-en-1-yl) -2H-1,3-benzodioxole, 4- Ester functional group, characterized in that at least one selected from the group consisting of methoxy-2-[(E)-prop-1-yl]phenol and 2-methoxy-4-(prop-1-en-yl)phenol A depolymerization method of a polymer comprising a.
제1항에 있어서,
에스테르 작용기를 포함하는 고분자는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리글리콜라이드 또는 폴리글리콜산 (PGA), 폴리락트산 (PLA), 폴리카프로락톤 (PCL), 폴리히드록시알카노에이트 (PHA), 폴리히드록시부티레이트 (PHB), 폴리에틸렌 아디페이트 (PEA), 폴리부틸렌 숙시네이트 (PBS), 폴리(3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시발러레이트) (PHBV), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 (PTT), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN) 및 벡트란으로 구성된 그룹 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 방법.
According to claim 1,
Polymers containing an ester functional group include polyethylene terephthalate (PET), polypropylene terephthalate (PPT), polyglycolide or polyglycolic acid (PGA), polylactic acid (PLA), polycaprolactone (PCL), polyhydroxyal Canoate (PHA), polyhydroxybutyrate (PHB), polyethylene adipate (PEA), polybutylene succinate (PBS), poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) , polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polyethylene naphthalate (PEN) and at least one selected from the group consisting of Vectran. A method of depolymerizing a polymer comprising an ester functional group.
에스테르 작용기를 포함하는 고분자 해중합용 조성물로서,
(1) 하나 이상의 다가 알코올,
(2) 교환 에스테르화 반응 촉매 및
(3) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물
을 포함하는 것을 특징으로 하는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 해중합용 조성물.
Figure 112021023893169-pat00005
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
상기 치환기 R1은 수소, 하이드록시기, 알데히드기, 카르복실기, C1-C6의 알킬기, C4-C6의 시클로알킬기 및 C6-C12의 아릴기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
상기 n은 0 내지 5 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 n이 2 이상인 경우에는 R1은 각각 동일하거나 상이하며,
상기 치환기 R2는 C1-C10의 알킬기이고,
상기 m은 1 내지 6 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 m이 2 이상인 경우에는 -O-R2는 각각 동일하거나 상이하다.
A composition for polymer depolymerization comprising an ester functional group, comprising:
(1) one or more polyhydric alcohols;
(2) an exchange esterification reaction catalyst and
(3) a compound represented by the following formula (1)
A composition for polymer depolymerization comprising an ester functional group, characterized in that it comprises a.
Figure 112021023893169-pat00005
[Formula 1]
In Formula 1,
The substituent R 1 is any one selected from hydrogen, a hydroxyl group, an aldehyde group, a carboxyl group, a C 1 -C 6 alkyl group, a C 4 -C 6 cycloalkyl group, and a C 6 -C 12 aryl group,
Wherein n is an integer from 0 to 5, and when n is 2 or more, R 1 are the same or different,
The substituent R 2 is a C 1 -C 10 alkyl group,
Wherein m is an integer of any one of 1 to 6, and when m is 2 or more, -OR 2 is the same or different.
제7항에 있어서,
상기 교환 에스테르화 반응용 촉매는 금속을 포함하지 않는 유기화합물 촉매 또는 1A족, 2A족 및 2B족의 금속염 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 해중합용 조성물.
8. The method of claim 7,
The catalyst for the exchange esterification reaction is a polymer depolymerization composition comprising an ester functional group, characterized in that at least one selected from a metal-free organic compound catalyst or a metal salt of Group 1A, Group 2A, and Group 2B.
제7항에 있어서,
상기 조성물에 포함된 다가 알코올의 양은 해중합 대상 고분자의 반복 단위체 몰당 1 내지 50인 몰수의 비율, 교환 에스테르화 반응 촉매의 양은 해중합 대상 고분자의 반복 단위체 몰당 0.001 내지 1인 몰수의 비율, 화학식 1로 표시되는 화합물의 양은 해중합 대상 고분자의 반복 단위체 몰당 0.001 내지 50인 몰수의 비율이 되도록 혼합된 것임을 특징으로 하는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자 해중합용 조성물.
8. The method of claim 7,
The amount of polyhydric alcohol contained in the composition is a ratio of 1 to 50 moles per mole of the repeating unit of the polymer to be depolymerized, and the amount of the exchange esterification reaction catalyst is the ratio of moles of 0.001 to 1 per mole of the repeating unit of the polymer to be depolymerized. A composition for polymer depolymerization comprising an ester functional group, characterized in that the amount of the compound to be used is mixed so as to have a ratio of 0.001 to 50 moles per mole of the repeating unit of the polymer to be depolymerized.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 해중합 방법에 따른 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 반응에 의해 얻어진 글리콜 부가 단량체의 정제 방법에 있어서,
(1) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 해중합 반응 생성물로부터 기-액 분리 또는 액-액 추출을 사용하여 분리하는 단계;
Figure 112021023893169-pat00006
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
상기 치환기 R1은 수소, 하이드록시기, 알데히드기, 카르복실기, C1-C6의 알킬기, C4-C6의 시클로알킬기 및 C6-C12의 아릴기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
상기 n은 0 내지 5 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 n이 2 이상인 경우에는 R1은 각각 동일하거나 상이하며,
상기 치환기 R2는 C1-C10의 알킬기이고,
상기 m은 1 내지 6 중에서 어느 하나의 정수이며, 상기 m이 2 이상인 경우에는 -O-R2 는 각각 동일하거나 상이하다.
(2) 상기 (1) 단계 후, 미반응의 에스테르 작용기를 포함하는 고분자를 포함하는 고형물을 분리하는 고형물 분리 단계;
(3) 상기 (2)단계의 고형물 분리 후, 글리콜 부가 단량체를 재결정화 하여 회수하는 회수 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 반응에 의해 얻어진 글리콜 부가 단량체의 정제 방법.
In the method for purifying a glycol addition monomer obtained by the depolymerization of a polymer containing an ester functional group according to the depolymerization method of any one of claims 1 to 6,
(1) separating the compound represented by the following formula (1) from the depolymerization reaction product by gas-liquid separation or liquid-liquid extraction;
Figure 112021023893169-pat00006
[Formula 1]
In Formula 1,
The substituent R 1 is any one selected from hydrogen, a hydroxyl group, an aldehyde group, a carboxyl group, a C 1 -C 6 alkyl group, a C 4 -C 6 cycloalkyl group, and a C 6 -C 12 aryl group,
Wherein n is an integer from 0 to 5, and when n is 2 or more, R 1 are the same or different,
The substituent R 2 is a C 1 -C 10 alkyl group,
Wherein m is an integer of any one of 1 to 6, and when m is 2 or more, -OR 2 is the same or different.
(2) after step (1), a solid separation step of separating a solid material containing a polymer including an unreacted ester functional group;
(3) after separation of the solid in step (2), a recovery step of recrystallizing and recovering the glycol addition monomer; a method for purifying a glycol addition monomer obtained by depolymerization of a polymer containing an ester functional group, characterized in that it includes: .
제10항에 있어서,
상기 미반응 에스테르 작용기를 포함하는 고형물은 물리적 여과를 사용하여 분리하는 것을 특징으로 하는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 반응에 의해 얻어진 글리콜 부가 단량체의 정제 방법.
11. The method of claim 10,
A method for purifying a glycol addition monomer obtained by depolymerization of a polymer containing an ester functional group, characterized in that the solid material containing the unreacted ester functional group is separated using physical filtration.
제10항에 있어서,
상기 (3)단계의 글리콜 부가 단량체의 재결정화 전 올리고머를 분리하는 단계가 먼저 수행되는 것을 특징으로 하는 에스테르 작용기를 포함하는 고분자의 해중합 반응에 의해 얻어진 글리콜 부가 단량체의 정제 방법.
11. The method of claim 10,
A method for purifying a glycol addition monomer obtained by depolymerization of a polymer containing an ester functional group, characterized in that the step of separating the oligomer before recrystallization of the glycol addition monomer in step (3) is performed first.
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