KR20010084816A - Low crystalline PET resin manufacturing method for large packaging and big bottle - Google Patents
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Abstract
Description
PET(Polyethylene terephthalate)는 고순도 텔레프탈산(PTA) 또는 디메틸테레프탈레이트(DMT)와 에틸렌글리콜(EG)을 주원료로하여 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환반응을 거쳐 축중합(Polycondensation) 반응을 통해 중합도(Degree of Polymerization)가 약 100 전후 수준의 고분자(Polymer)로 제조된다.Polyethylene terephthalate (PET) has a degree of polymerization through polycondensation reaction through esterification or transesterification using high purity telephthalic acid (PTA) or dimethyl terephthalate (DMT) and ethylene glycol (EG) as main ingredients. Polymerization) is made of about 100 polymer.
PET 주산물 외에 부산물로 생성되는 에틸렌글리콜(EG)은 회수하여 원료로 재사용되고, 반응수(H2O)는 폐수처리 설비에 의해 처리된다.Ethylene glycol (EG), which is produced as a by-product in addition to the PET main product, is recovered and reused as a raw material, and the reaction water (H 2 O) is treated by a wastewater treatment facility.
PET는 장섬유, 단섬유, 필름, 쉬트(Sheet), 병(Bottle), 엔지니어링 플라스틱용 원료수지로 사용되며, 수지의 중요물성은 고유점도(IV: Intrinsic Viscosity), 색상(Color), 융점, 잔류 Carboxyl End Group, 디에틸렌글리콜(DEG content) 등으로 관리된다. 특히 고유점도에 따라 일반의류, 산자용, 필름, 병, 엔지니어링 플라스틱 등 용도에 맞게 사용된다.PET is used as a raw material resin for long fibers, short fibers, films, sheets, bottles, and engineering plastics.The important physical properties of resins are intrinsic viscosity (IV), color, melting point, Residual Carboxyl End Group, diethylene glycol (DEG content) and the like. In particular, according to the intrinsic viscosity, it is used for general clothing, living clothes, film, bottles, engineering plastics, etc.
PET 는 극성분자를 포함하고 있어 결정화가 용이하므로 고투명용 용기나 쉬트 등을 성형하기 위해서는 적정한 개질제 첨가에 의한 폴리머 체인(Polymer Chain) 구조의 변화 또는 용도별 성형온도 및 냉각조건을 제어하는 기술이 필요하다.PET contains polar molecules and is easy to crystallize. Therefore, in order to form highly transparent containers or sheets, it is necessary to change the polymer chain structure by adding an appropriate modifier or to control molding temperature and cooling conditions for each application. .
PET 는 광택, 가스차단성(Gas Barrier), 위생성, 내약품성, 강도, 재활용성 등의 특성을 갖고 있어 사출기 및 블로우(Blow) 성형에 의해 생수병, 탄산음료병, 내열용 과즙음료 용기, 기타 식품 용기 및 화장품 용기, 의약품 용기 등의 용도로 종래의 PC, PVC, PP, PE 용기 등의 대체 수요가 매우 빠른 속도로 증가되고 있다. 특히 PET 는 재활용품으로 수거하여 펠릿(Pellet)화하여 재사용이 가능한 수지로서 자원 재활용 차원에서 환경 친화적이고 경제성이 있는 수지(Resin)이라고 할 수 있다.PET has properties such as gloss, gas barrier, hygiene, chemical resistance, strength, and recyclability, so that bottled water, carbonated beverage bottles, fruit juice containers for heat, and other foods by injection molding and blow molding The demand for replacement of conventional PC, PVC, PP, PE containers, etc. for the use of containers, cosmetic containers, pharmaceutical containers, etc. is increasing at a very rapid rate. In particular, PET is a resin that can be recycled and pelletized and recycled, and can be called an environmentally friendly and economical resin in terms of recycling resources.
기존의 PET 병용 수지는 고순도 테레프탈산(PTA)과 에틸렌글리콜(EG)을 주원료로하여 소광제(TiO2)없이 투명한 상태의 고분자(Polymer)로 제조되며 투명성과 후가공의 연신 성형성을 개선키 위해 고순도 이소프탈산(PIA) 및 디에틸렌글리콜(DEG), 1,4-싸이클로헥산디메탄올(CHDM) 등을 사용하여 저융점의 개질수지로 제조한다.Existing PET bottle resins are made of high purity terephthalic acid (PTA) and ethylene glycol (EG) as the main raw materials, and are made of polymer without transparent matting agent (TiO 2 ). Isophthalic acid (PIA), diethylene glycol (DEG), 1,4-cyclohexanedimethanol (CHDM), etc. are used to prepare a low melting point modified resin.
공중합 개질제는 이소프탈산, 1,4-싸이클로헥산디메탄올 이외에 나프탈렌디카르복시산, 프탈산, 비스페놀 및 그 알킬에스터 유도체도 사용된다.Copolymer modifiers are also used in addition to isophthalic acid, 1,4-cyclohexanedimethanol, naphthalenedicarboxylic acid, phthalic acid, bisphenols and their alkylester derivatives.
예비 중합체는 보통 고유점도 0.57 내지 0.67 dℓ/g 의 중합체로서 용융중합으로 얻어지고, 이 예비 중합체는 펠릿(Pellet) 사이즈가 1.0 내지 3.0 g/100 개정도의 크기로 생산되어 결정화 단계 및 고상중합(SSP: Solid State Polymerization) 공정을 거쳐 고유점도 0.70 내지 1.0 dℓ/g 의 고점도 중합체로 제조된다. 일반 섬유용에 비해 식품보존 용기 및 후판 쉬트 등의 용도로 사용하기 위해서는 물리적 강도와 수분 및 가스 차단성 등이 특히 요구되므로 예비중합체(Base Polymer)를 그대로 사용하기 보다는 점도와 분자량을 더욱 높여주어야 한다.The prepolymers are usually obtained by melt polymerization as polymers having an intrinsic viscosity of 0.57 to 0.67 dℓ / g, which are produced in pellet sizes ranging from 1.0 to 3.0 g / 100 degree of correction so that crystallization steps and solid phase polymerization ( SSP (Solid State Polymerization) process to produce a high viscosity polymer of intrinsic viscosity of 0.70 to 1.0 dL / g. Compared to general textiles, physical strength, moisture and gas barrier properties are particularly required for use in food preservation containers and thick plate sheets. Therefore, the viscosity and molecular weight should be increased rather than using the base polymer. .
펠릿 사이즈는 결정화도 및 점도의 균일화를 위해 예비중합체 제조단계부터 사이즈를 가능한 한 작고 균일하게 제조하는 것이 바람직하며, 보통 펠릿 100 개의 중량이 1.0 내지 3.0 g 의 크기로 제조된다. 펠릿의 비표면적을 증가시키기 위해 지나치게 작은 분말형태 수준까지도 제조하면 고상중합 과정에서 물성의 불균일 및 손실(Loss)이 크게 발생할 수 있고 공정이 불안정해 질 수 있으므로 설비적 특성도 고려하는 것이 좋다.The pellet size is preferably prepared as small and uniform as possible from the prepolymer preparation step in order to homogenize crystallinity and viscosity, and usually 100 pellets are prepared in a size of 1.0 to 3.0 g. In order to increase the specific surface area of the pellets, even in the form of an excessively small powder form, the unevenness and loss of physical properties may occur in the solid phase polymerization process, and the process may become unstable.
본 발명은 고투명성의 고점도, 저융점의 코폴리머 PET 수지제조에 있어 용융중합 단계에서 첨가제의 선택과 조절 제어를 통해 대형용기의 적용에 관한 저 결정성 폴리에스터 수지 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention is to provide a low crystalline polyester resin manufacturing method for the application of a large vessel through the control of the selection and control of additives in the melt polymerization step in the production of high transparency, high viscosity, low melting point copolymer PET resin.
본 발명을 실시예를 참고로 상세히 설명한다.The present invention will be described in detail with reference to Examples.
본 발명은 고투명성의 저융점 코폴리머를 제조하여 5 갤론(gallons) 전후의 대형 투명용기 제조시 블로우 성형성의 균일화 및 내파열성, 고투명성의 특성을 갖도록 하고 저온성형이 가능하도록 하며 후가공 공정의 에너지 절감 및 분해가스인 아세트알데히드(Acetaldehyde)의 최소화를 이루어 낸 PET 폴리머의 개질에 관한 제조기술이다.The present invention is to prepare a high-transparency low-melting copolymer to have the uniformity of blow moldability and burst resistance, high transparency in the production of large transparent containers before and after 5 gallons (gallons) and to enable low-temperature molding and energy of the post-processing process It is a manufacturing technology related to the modification of PET polymer that has achieved the reduction and minimization of acetaldehyde, which is a decomposition gas.
중합 촉매는 삼산화안티몬과 안티몬트리아세테이트가 사용되며 그 혼합 비율은 중량비 0.100에서 50:50 까지의 혼합비로 적용되며, SbnOm(n=2, m=3 내지 5)의 불용성 불순물(Impurity) 및 Pb, Ni, 기타 금속성분(Metalic Component) 등 불순물이 거의 없는 고순도(99.8% 이상의 순도)의 촉매를 사용한다. 촉매 중에 함유된 불용 성분은 결정핵으로 작용하며 중합 반응 직후에 정밀한 필터(Filter)를 사용하더라도 후가공 공정에서 결점으로 나타나게 되기 때문이다.As the polymerization catalyst, antimony trioxide and antimontrea acetate are used, and the mixing ratio is applied in a mixing ratio of 0.100 to 50:50 by weight, and an insoluble impurity of Sb n O m (n = 2, m = 3 to 5) And a catalyst of high purity (purity of 99.8% or more) almost free of impurities such as Pb, Ni, and other metallic components. This is because insoluble components contained in the catalyst act as crystal nuclei and appear as defects in the post-processing process even if a precise filter is used immediately after the polymerization reaction.
보조 촉매로서는 금속 착화합물류가 사용되며, 이산화 게르마늄 촉매를 주촉매와 5% 내지 50% 혼합하여 사용할 수 있다. 폴리머 제조 이후 후가공 성형과정에서 열안정성을 부여하기 위해 인 화합물을 에틸렌글리콜과 함께 조제하여 베이스 폴리머 제조 초기에 공급한다.As the cocatalyst, metal complexes are used, and germanium dioxide catalysts can be used by mixing 5% to 50% with the main catalyst. Phosphorus compounds are prepared together with ethylene glycol to be supplied at the beginning of base polymer production in order to impart thermal stability during post-molding process after polymer production.
촉매 및 조촉매, 열안정제 등은 에스테르(Ester)화 반응 직전 또는 축중합 직전에 에틸렌글리콜(EG)과 디에틸렌글리콜(DEG)에 완전히 용해 및 분산시켜 1 내지 2μ 정도의 정밀한 필터에서 여과하여 투입되고, 후가공 성형공정에서 결정화를 억제하고 성형성을 높이기 위해 고순도 이소프탈산(Purified Isophthalic Acid)과 싸이클로헥산디메탄올(CHDM), 디에틸렌글리콜(DEG) 등을 사용한다. 특히 융점의 균일화 및 분자구조의 안정화를 위해 이들 부원료(Sub-Material)의 균일한혼합(Mixing) 및 안정적 정량 공급(Feeding)은 매우 중요하다.Catalysts, promoters, and heat stabilizers are completely dissolved and dispersed in ethylene glycol (EG) and diethylene glycol (DEG) just before esterification or just before condensation polymerization. In order to suppress crystallization and increase moldability in post-processing molding processes, high purity isophthalic acid, cyclohexanedimethanol (CHDM), diethylene glycol (DEG), and the like are used. In particular, uniform mixing and stable quantitative feeding of these sub-materials are very important for uniform melting point and stabilization of molecular structure.
에스테르 반응 단계에서는 상압 내지 1.0 kg/cm2전후의 가압 조건에서 245 내지 260℃ 범위 내에서 반응시켜 올리고머(Oligomer)를 형성 시킨 후, 축중합 단계에서는 275 내지 285℃에서 1 Torr 이하의 고진공 조건으로 예비중합체를 고유점도 0.57 내지 0.67 dℓ/g 의 용융 중합체를 제조하여 1.0 내지 3.0 g/100 개 이하의 규격으로 펠릿으로 만든다. 완전 투명한 상태의 예비중합체는 예비결정화, 결정화 및 고상중합의 단계를 거쳐 결정화도 45% 내지 60% 수준의 고유점도 0.70 내지 1.0 dℓ/g 의 고점도 수지로 제조된다.In the ester reaction step, an oligomer is formed by reacting within a range of 245 to 260 ° C. under pressurization conditions of about 1.0 kg / cm 2 at normal pressure, and in a condensation polymerization step, at a high vacuum condition of 1 Torr or less at 275 to 285 ° C. The prepolymer is made of a melt polymer having an intrinsic viscosity of 0.57 to 0.67 dL / g and pelletized to a specification of 1.0 to 3.0 g / 100 or less. The prepolymer in a completely transparent state is made of a high viscosity resin having an intrinsic viscosity of 0.70 to 1.0 dL / g having a degree of crystallinity of 45% to 60% through the steps of precrystallization, crystallization and solid phase polymerization.
일반 상압용, 내압용 병을 제조하기에는 융점 240 내지 255℃ 범위에서 무난하나, 1 gallon 이상(특히 냉온수기용 5 gallon 용량)의 대형 용기를 성형하기 위해서는 균일한 블로우 연신성 및 고투명성의 특성을 수지제조 단계에서부터 부여하여야 한다. 즉, 결정화를 억제하고 융점을 210 내지 240℃ 수준까지 내리면 후가공 성형성을 높여 1 gallon 내지 10 gallon(3.75ℓ 내지 37.5ℓ)의 대형용기를 고투명의 품질상태로 제조할 수 있다. 대형용기 제조용도로 개발한 저결정성 폴리머는 일반 생수병이나 내열병의 사출기 온도 280 내지 290℃ 에 비해 약 20℃ 정도 낮은 260 내지 280℃에서 최적의 성형조건으로 나타나 에너지 절감에도 크게 기여가 예상된다.It can be used at the melting point of 240 to 255 ° C for the manufacture of general atmospheric pressure and pressure resistant bottles, but it requires uniform blow elongation and high transparency to form large containers of 1 gallon or more (especially 5 gallon capacity for cold and hot water). Must be given from the manufacturing stage. That is, when the crystallization is suppressed and the melting point is lowered to 210 to 240 ° C., post-processing formability is increased, and 1 gallon to 10 gallons (3.75 L to 37.5 L) can be manufactured in a high transparent quality state. The low crystalline polymer developed for the production of large-sized containers is expected to contribute to energy saving as it shows the optimum molding conditions at 260 to 280 ℃, which is about 20 ℃ lower than the 280 to 290 ℃ for general bottled water or heat-resistant bottles. do.
이와 같이 얻어지는 저결정성 수지는 대형용기에서 충분한 강도를 지니게 될 뿐 아니라 저온성형에 따른 분해 생성물의 하나인 아세트알데히드(Acetaldehyde)함량도 3 ppm 이하로 낮아지고, 성형시 용융수지의 결정화 억제 및 투명성을 함께 보장할 수 있게 된다.The low crystalline resin thus obtained has not only sufficient strength in a large container but also lowers acetaldehyde, which is one of decomposition products due to low temperature molding, to 3 ppm or less, and suppresses crystallization and transparency of molten resin during molding. Can be guaranteed together.
고상중합시 예비결정화 및 수분제거의 조건이 충분치 않으면 펠릿간 융착, 가수분해로 인한 품질저하(Degradation), 아세트알데히드(Acetaldehyde)의 발생증가 등에 의한 수지의 물성이 저하될 우려가 있으므로 고상중합 처리 공정의 안정적 조업조건의 고려가 중요하다. 고상중합된 수지를 후가공 성형시에는 대기중에서 흡입된 수분 등을 제거시키기 위해 호퍼(Hopper)식 건조기(Dryer)를 이용하여 펠릿의 수분을 50 ppm 이하로 건조한 다음 사출성형 하는 것이 바람직하다.In the case of solid phase polymerization, if the conditions of precrystallization and water removal are not sufficient, the physical properties of the resin may decrease due to fusion between pellets, degradation due to hydrolysis, and increased generation of acetaldehyde. Consideration of stable operating conditions is important. In the post-processing molding of the solid-phase polymerized resin, it is preferable to dry the water of the pellet to 50 ppm or less by using a hopper dryer to remove moisture sucked in the air and then injection molding.
<실시예><Example>
고순도 테레프탈산과 에틸렌글리콜에 안티몬트리아세테이트 500 내지 700 ppm/PET, 코발트 아세테이트 100 내지 150 ppm/PET, 인계 열안정제 150 내지 200 ppm, Tin 계 화합물을 10 내지 50 ppm 첨가하여 고순도 이소프탈산 3 내지 17.5 mole%/PTA, 디메틸렌글리콜 0.2 내지 3.74 wt%/PET를 첨가하여 배치(Batch) 종합설비에서 용융중합시킨 베이스 코폴리머를 고유점도(IV) 0.640 dℓ/g 으로 제조한 다음, 고유점도 0.756 dℓ/g 으로 고상중합하여 대형 용량의 용기를 성형한다.High-purity terephthalic acid and ethylene glycol 3 to 17.5 mole of high-purity isophthalic acid by adding 500 to 700 ppm / PET of antimontria acetate, 100 to 150 ppm / PET of cobalt acetate, 150 to 200 ppm of phosphorus thermal stabilizer and 10 to 50 ppm of tin compound A base copolymer melt-polymerized in a batch comprehensive facility by adding% / PTA and 0.2-3.74 wt% / PET of dimethylene glycol was prepared at an intrinsic viscosity (IV) of 0.640 dℓ / g, followed by an intrinsic viscosity of 0.756 dℓ / Solid phase polymerization with g forms a large capacity container.
표1. 베이스 폴리머 및 고상중합체 물성Table 1. Base Polymer and Solid Polymer Properties
표2. 대형 용기의 성형 조건Table 2. Molding Conditions for Large Containers
본 발명의 저 결정성 폴리에스터 수지 제조방법에 따르면, 현재까지의 폴리카보네이트(PC)등 고가의 원료로 제조된 생수용 부피 5 gallon 의 대형 용기 및 기타 2 내지 5 gallon 의 생수 또는 식품용기를 가격이 저렴하고 환경홀몬 물질의 영향이 없는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 대체하고, 두께 1 mm 미만의 소형 병은 물론 2 내지 10 mm 의 두꺼운 쉬트 성형에도 확대 사용하는 등 생활용품의 경제적 가치를 높이고 폐품의 재활용이 가능한 환경 친화적 수지를 제조할 수 있는 효과를 가진다.According to the low crystalline polyester resin manufacturing method of the present invention, a large container of 5 gallons of bottled water and other 2 to 5 gallons of bottled water or food containers made of expensive raw materials such as polycarbonate (PC) to date Increased economic value and scrapping of household goods by replacing polyethylene terephthalate (PET), which is inexpensive and free of environmental hormones, and expands to small bottles of less than 1 mm in thickness and thick sheets of 2 to 10 mm. It has the effect of producing an environmentally friendly resin that can be recycled.
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