KR20150079600A - 중축합 용융물 고유 점성도를 증가시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

중축합 용융물 고유 점성도를 증가시키기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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헬무트 베하은
베른하르트 피첼러
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넥스트 제너레이션 리사이클링마쉬넨 게엠베하
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Abstract

부압에서 중축합 용융물의 고유 점성도를 증가시키기 위한 방법 및 장치로, 직경이 0.5mm 미만인 복수의 개구(26)를 구비한 다공판 또는 스크린(16)을 통해 20mbar 미만의 압력으로 지배적인 챔버(25)에 용융물이 들어간다. 용융물은 자유 낙하에 의해 얇은 가닥으로 상기 챔버(25)를 통과하고, 적어도 1분 동안 챔버(25) 하부 저장소(19)에 남아있다. 용융물은 끊임없이 저장소(19)로 이동되고, 나선형 혼합 및 배출부(27)에 의해 저장소(19)에서 배출된다.

Description

중축합 용융물 고유 점성도를 증가시키기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR INCREASING THE INTRINSIC VISCOSITY OF A POLYCONDENSATE MELT}
본 발명은 중축합 용융물(polycondensate melt)의 고유 점성도를 증가시키기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 중축합 용융물의 고유 점성도를 증가시키기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 적어도 하나의 개구를 구비하며, 부압 하에 있는 챔버로서, 상기 용융물이 챔버 벽과 접촉하지 않으며 상기 개구를 통해 챔버로 들어가는 챔버를 포함한다.
중축합물(PET, PBT, PEN, PC 등)은 중축합에 의해 제조된 열가소성 플라스틱이다. 중축합 중에 모노머(monomer)는 중축합물 형성을 위한 단계 반응으로 반응 생성물(예를 들어, 물)을 분리시킴으로써 함께 연결된다. 중축합은 이와 같이 사슬 성장과 관련 있다. 상기 분자 사슬 길이가 실질적으로, 즉 중축합물과 같은 제품의 기계적 성질을 결정한다. 상기 절차는 예를 들어, 새로운 PET제품의 생산과 상당한 관련이 있을 뿐만 아니라, 해당 제품의 재활용을 위해 특히 중요하다.
폴리에스테르는 흡습성과 수분을 구속하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 압출 기기에서 PET를 공정할 때, 물의 존재는 가수분해를 초래하는데, 즉, 중합체 사슬이 분리되고, 고유 점성도를 감소시킨다. 물질에 이러한 손상을 최소화하기 위해, 압출기에서의 공정 이전에 PET를 건조시키는 것이 일반적이다. 그러나, 중합체 사슬이 분리되고, 고유 점성도를 감소시키는 것을 완전히 방지할 수 없다.
또한, 폴리에스테르가 고온에서, 그리고 진공 또는 불활성 기체 내에서 체류하면, 중축합하여 폴리에스테르의 점성도가 증가된다는 것이 알려져 있다. 용융물 중축합 또는 고체상 중축합 또는 이들 조합의 공지된 방법은 일반적으로 저 분자 출발 물질에서 고 분자 폴리에스테르의 제조에 사용된다. 고체상 중축합 동안 출력 물질은 과립 또는 충분한 벌크 중량을 가진 세정된 지반 물질과 같은 고체 형태로 제공되어야 한다. 고체상 축합이 되기 위해 예를 들어, 섬유 또는 필름과 같은 PET의 다른 형태는 재료 손상과 높은 에너지 소비 압출 공정에 의해 과립 형태로 된다. 추가적인 공정을 위해 출발 물질이 가열되어야 하나, 결정화 온도(80℃-120℃)에서 과립 입자 간의 점찹력이 있다. 이를 방지하기 위해 출발 물질이 처음에 결정기(crystallizer)에 공급되고, 상기 결정기에서 결정화 온도 이상으로 연속적인 교반(stirring)하에서 출발 물질이 가열된다. 이후에 주입 가능한 재료가 고체상 축합 용기에 공급될 수 있고, 상기 용기에서 바람직한 고유 점성도에 도달할 때까지, 추가적으로 약 190℃ 내지 250℃로 가열되고 부압 하에 또는 수시간 동안 불활성 기체로 남아있다. 상기 공정은 불연속적, 반연속적, 연속적으로 설계된다.
용융물 중축합의 기존 방법에서, 바람직한 고유 점성도를 달성하기 위해 폴레에스테르 용융물은 약 265℃ 내지 300℃로 1mbar의 고 진공 하에 수시간 동안 머무른다. 상기 방법은 주로 새로운 제품의 생산에 사용되고 폴레에스테르 재활용을 위해서는 적합하지 않다.
재료 재사용의 관점에서 플라스틱 재활용의 목적은 기존의 폐기물로부터 새로운 제품을 생산하기 위한 넓은 의미에 있다. 열가소성 플라스틱은 일반적으로 재활용 재료를 형성하기 위해 재성형하고, 최종 제품 형상으로 다시 성형된다. 각각의 재성형은 일반적으로 가열 및 냉각 공정을 포함한다. 많은 플라스틱을 위한 각각의 가열 공정은 중합체에 돌이킬 수 없는 손상이 발생하고, 가열 및 냉각 공정은 많은 양의 에너지를 사용하며 낮은 품질의 중합체를 야기한다.
본 발명의 근본적인 목적은 중축합물의 품질 향상 및 저 분자 폐기물로부터 고품질 중합체의 생산을 가능하게 할 수 있는 수단에 의해, 예컨대 폴리에스테르와 같은 중축합물 재활용 에너지 절약 공정을 제공하는 것이다.
상기 목적은 용융물이 직경이 0.5mm 미만인 복수의 개구와 함께 다공판(perforated plate) 또는 스크린을 통해 챔버 내로 주입된다는 점에서 전술 한 종류의 방법에 의해 달성되고, 챔버에 20mbar 미만의 부압이 걸리며, 용융물은 얇은 가닥으로 챔버를 통과하여 자유낙하하고, 용융물은 적어도 1분 동안 챔버 하부의 저장소에 남아있고, 저장소에 있는 용융물은 바람직하게 나선형 혼합 및 배출 요소에 의해 연속적으로 이동되고 저장소에서 배출된다.
전술할 종류의 장치에서 직경이 0.5mm 미만인 복수의 개부를 구비한 다공판 또는 스크린이 챔버 상부에 배치되는 점과 챔버에 20mbar 미만의 부압이 있는 점 및 챔버 하부에 바람직하게 나선형 혼합 및 배출 요소를 갖는 저장소가 있다는 점에서 상기 목적이 달성된다.
본 발명에 따른 방법 및 장치에서 용융물 중축합에 의해 중축합물의 고유 점성도(iV)를 증가시키기 위해 용융물은 다공판 또는 다공 스크린을 통해 반응 챔버에 주입되고, 융융물이 바람직한 고유 점성도를 가질 때까지, 상기 반응 챔버는 부압 하에 있거나 또는 불활성 기체로 채워져 있고, 일정 기간 동안 거기에 남아 있은 이후에 예를 들어, 다공판 또는 성형 플라스틱 도구를 통해 배출된다.
분자량의 증가는 온도, 진공압, 체류 시간, 용융물 표면 및 용융물 표면의 지속적인 갱신과 같은 파라미터에 의해 영향을 받는다. 상기 반응을 가능한 경제적으로 하기 위해, 영향 인자의 정확한 조정을 포함하는 최적의 기술적 해결방안이 중요하다.
본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해, 물과 같은 불순물뿐만 아니라 용액(solvent), 세척제 또는 일반 수분 및 기화 요소 및/또는 플라스틱 재료의 재활용 또는 생산 중에 발생한 공기와 같은 다른 불순물을 플라스틱 용융물에서 분리하는 것이 가능하다.
본 발명의 장점은 재활용 PET에 관하여 예로써 이하에서 설명되지만, 본 발명은 재활용 및 / 또는 PET 또는 장치의 구체적 구성 설명으로 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
선행 기술에서 알려진 바와 같이, PET를 재활용하는 동안 재료는 처음에 잘게 잘라지고, 세정되고, 용융되고, 탈 가스 및 여과된다. 여과 후 용융물은 온도 조절 용융 라인을 통해 본 발명의 예에 따른 다공판에 전달된다. 최적의 온도로 설정하고 설정된 압력에 의해 용융물은 다공판을 통해 가압된다. 다공판에는 요구되는 유량에 대응하는 다수의 작은 홀이 있다. PET의 경우 작은 홀은 예를 들어, 0.3 mm의 직경을 갖는다. 그러나 다공판은 또한 예를 들어, 스크린, 그리드(grid) 또는 이와 유사한 것으로 구성될 수 있다. 특히 바람직한 처리량 및 결과에 따르면, 좋은 결과는 개구의 직경이 0.5mm 미만, 바람직하게 0.05 내지 0.5mm 사이, 특히 바람직하게 0.1 내지 0.3mm 사이인 경우에 달성된다. 홀이 원형이 아닌 경우 홀의 단면적이 전술한 직경을 가진 홀의 단면적에 상당하다.
다공판 뒤 중력의 영향에 의해 더 얇아지는 가닥은 부압 하에 있는, 바람직하게 진공 상태인 챔버 내로 통과한다. 챔버는 또한 건성 가스로 채워지거나 또는 건성 가스로 세정 될 수 있다. 목적하는 고유 점성도에 따라 챔버 내의 진공상태가 높거나 낮게 선택될 수 있다. 바람직하게, 사용된 압력은 0.5 내지 20mbar 사이이고, 이로써 양호한 결과는 상기 압력에서 달성될 수 있고, 상기 압력은 또한 시판되는 진공 펌프에 의해 생성될 수 있다. 반응은 상기 챔버에서 일어난다. 물은 융용물 내부에서 표면으로 진공을 통해 확산된다. 진공 및 온도에 의해 물은 수증기로 변환되고 용액 또는 이와 유사한 것이 기화되며 및/또는 공기가 용융물로부터 벗어날 수 있고, 챔버로부터 제거될 수 있다. 본 발명에 따른 장치가, 예를 들어 압출기 뒤에 배치되는 경우, 단축된 분자 사슬이 다시 연장될 수 있다. 생성된 플라스틱 품질이 장치 및 방법의 적절한 구성에 의해 영향을 받을 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 장치는 PET 처리를 위해 구성될 수 있는데 챔버 내부 3mba의 부압 하에 직경이 0.3mm인 홀 3000개 및 2m의 자유 낙하 높이를 구비한 다공판이 사용된다. 이는 중력의 영향 및 진공으로부터 약 0.2mm 직경의 용융물 가닥을 생성하고, 매우 훌륭한 용융물의 정제 또는 탈가스를 야기한다.
물론, 목적하는 유량에 따라 바람직하게 1000 내지 5000개의 홀 사이에서, 3000 이상 또는 이하의 홀이 사용될 수 있고, 예를 들어, 다공판 또는 스크린마다 2000 또는 4000개의 홀이 사용될 수 있다. 2m보다 높은 또는 짧은 높이가 또한 사용될 수 있다. 1.5m 내지 4m, 특히 2m, 2,5m, 3m 또는 3.5m의 높이가 바람직하다.
용융물은 챔버를 통해 얇은 용융물 가닥의 형태로 하부로 떨어지고 물과 같은 불순물은 표면에 확산되며, 온도 및 부압 때문에 증발한다. 챔버에서 얇은 용융물 가닥의 제약 없는 하부 수직 이동 때문에, 활성 용융물 표면의 상당한 증가가 나타난다.
PET-용융물에 물을 제거함으로써 짧은 분자 사슬이 긴 사슬을 형성하기 위해 서로 연결되고, 긴 사슬은 분자량을 증가시키므로 고유 점성도가 증가한다.
용융물은 챔버의 하단부에서 저장소로 모이고, 바람직하게 적어도 1분, 바람직하게 적어도 3분 또는 4분의 체류 기간 이후 과립 장치, 성형 도구 또는 동일하거나 유사한 구조를 가진 추가적인 챔버 내부로 전달되고, 가열 장치는 제1 챔버 단부 또는 다음 챔버의 개시부 또는 두 챔버 사이 경로에서 어느 지점에 배치될 수 있고, 상기 가열 장치의 배치에 의해 플라스틱은 용융 온도 즉, 플라스틱이 유연하게 흐를 수 있는 온도로 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 고객 요구에 따라 쉽게 조정되고 제조되거나 개별적으로 구성될 수 있고, 기존 시스템 또한 생산 또는 플라스틱 재활용을 위해 구비되거나 개선될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는 나머지 종속 청구항들의 주제이다.
본 발명의 추가적인 특징 및 장점은 도면을 참조하여 하기 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 장치로 플라스틱을 재활용하기 위한 시스템을 입면도로 보여준다.
도 2는 도 1의 시스템을 평면도를 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 용기를 횡단면도로 보여준다.
도 4는 IV-IV 라인에 따른 도3의 용기의 횡단면도를 보여준다.
도 5는 iV값 상에서 반응기(reactor) 내 체류 시간(dwelling time)의 효과를 도시한 도표를 보여주고, 및
도 6 내지 도 12는 나선형 혼합 요소 및 배출 요소의 대안적 실시예를 보여준다.
도 1 및 도 2는 예를 들어, 섬유, 필름, PET 열 성형 필름 또는 다른 중축합물과 같은 중축합물을 잘게 자르고 압출하기 위한 장치(1)가 포함된 어셈블리의 예를 통해 재활용 시스템을 도시한다. 상기 어셈블리는 선행 기술로 알려진 방식으로 만들어질 수 있고 본 발명의 목적이 아니다. 설명된 재활용 시스템은 PET를 재활용 하기 위한 것이고 예를 들어, PET 플라스틱으로 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, PET 재활용 제품 또는 PET 새로운 재료 과립은 필요에 따라 로딩 시스템(단일-샤프트 파쇄기, 커터 분쇄기, 사일로, 과립을 위한 계량 시스템 등)을 통해 압출기에 공급될 수 있다. 로딩 시스템에 따라, 출력 재료(섬유, 스타터 럼프, 병 조각, 필름, 과립 등)는 단일 샤프트 파쇄기 또는 커터 분쇄기에 의해 잘게 잘라지고 압축되며, 선택적으로 표면이 제습되거나, 또는 계량 시스템을 통해 과립이 압출기에 공급된다.
이는 전술한 압출기에 선행 기술로부터 알려진 탈기 장치가 구비된 경우 매우 유리하다. 비 예비 건성 상태로 PET와 결합된 물이 압출 동안 가수 분해를 일으킴에 따라, 즉시 용융 상태에 도달하도록 PET를 제습 하는 것이 필요하다. 용융 과정 중 이미 발생한 가수 분해로 인한 고유 점성도의 감소는 용융물에서 기존에 있던 물을 제거함으로써 보정되지 않지만, iV값의 하락이 충분히 예방될 수 있다. 압출기의 탈기 장치에 이어 추가적인 탈기 장치가 배치되는 경우 및 탈기 구역에 2 내지 5 mbar의 부압(negative pressure)이 있는 경우 더욱 유리하다. 그 다음 압출에는 요구되는 순도 및 동질성 정도로 PET-용융물을 필터링하는 여과 장치가 있다.
다음 용융 반응기 공급에 필요한 용융 압력은 용융물 압출기에 의해 또는 여과 장치 이후에 배치될 수 용융 펌프(9)에 의해 인가된다.
전술한 시스템의 구성 요소는 본 발명에 따른 방법 및 장치의 효과에 긍정적인 영향을 미칠 수 있지만, 본 발명을 위해 절대적으로 필요하지 않다.
압출기 또는 여과 장치의 출력(2)을 위해, 공급을 통한 압출기 또는 용융 라인(4)에서 나오는 용융물로부터 불순물을 제거하기 위해 스크린을 포함하는 스크린 체인저(8) 및 용융 펌프(9), 본 발명에 따른 장치(3)가 연결된다. 시스템에 따른 용융 라인(4) 요구 조건 또는 사용 가능한 공간은 횡방향으로 직접적으로 하나 또는 그 이상의 용기(5)에서 또는 처음에 종방향의 상향으로 용기(5)를 따라 운영한다.
도시된 실시 예에서 장치(3)는 평행하게 서로 옆에 배치되는 두 개의 용기(5)로 구성되어있다. 분배 라인(6, 7)는 공급 라인(4)에서 각각의 용기(5)까지 연결된다. 두 개의 용기(5)에 뒤에 집진 라인(10)(collecting line)은 과립화 장치(12)에 연결된다. 과립화 장치(12)는 선행기술로부터 알려진 방식으로 구성될 수 있으나, 본 발명의 요지는 아니다.
용기(5)는 예를 들어, 도 3에 나타난 바와 같이 구성되고 바람직하게 원통형 파이프(13)로 구성되어 있다. 원통형 파이프(13)의 길이를 변화시킴으로써 간단한 방식으로 용기에 다른 낙하 높이로 떨어지도록 만들 수 있다. 파이프(13)의 상단부에 헤드부(14)가 부착되어 있고 파이프(13)의 하단부에 반응기 챔버를 형성하는 저장소(19)를 가진 다리부(15)가 있다.
파이프(13)와 연결된 헤드부(14) 구역에서 다공판(perforated plate) 또는 스크린(16)에는 복수의 개구(26)가 배치된다.　유동 방향으로 다공판 또는 스크린(16) 전에 분배 챔버(17)가 있고, 상기 분배 챔버(17)는 연결 개구(18)를 통해 분배 라인(6, 7)중 하나와 연결된다. 다공판 또는 스크린(16) 정면 분배 챔버(17)에 도시하지 않은 압력 분배 장치 스크린이 전체 다공판 또는 스크린(16)상에 균등하게 압력을 분배하기 위해 설치될 수 있다.
예를 들어, PET-용융물과 같은 용융물은 다공판 또는 스크린(16)을 통해 압출기 또는 용융 펌프(9)에 의해 생성된 압력에 의해 가압된다. 용융물이 다공판 또는 스크린(16)을 통해 가압될 때, 얇은 용융물 가닥이 파이프 (13)에 형성된 챔버(25)의 벽과 접촉하지 않고 중력에 의해 자유 낙하한다. 다공판 또는 스크린(16)은 유량에 따라 여러 개의 작은 개구를 포함한다. 예를 들어 2000개의 홀에 대해 약 300μm의 홀 직경과 약 70kg/h의 질량 유량 속도가 좋은 결과를 달성하기 위해 필요하다.
챔버(25)에서 용융물의 체류 시간은 용기(5)의 길이와 저장소(19)의 특정에 의해 영향이 있을 수 있고, 얇은 용융물 가닥의 직경 또한 영향을 미치는데, 상기 얇은 용융물 가닥은 중력의 영향 하에서 더 얇아지고, 그 무게는 용융물의 점성도에 영향을 미치는 온도뿐만 아니라 체류 기간에도 영향을 미친다. 대체적으로 온도가 높을수록 빠르게 중축합 반응이 발생한다. PET의 경우 저장소(19)의 이상적인 온도는 예를 들어, 바람직하게는 270℃와 300℃ 사이이다. 용기(5)의 병렬적 배치에 의해 본 발명에 따른 장치의 유량 속도는 변경될 수 있다. 예를 들어, 서로 뒤에 배치된 두 개 또는 그 이상의 용기(5)에 의해 중축합물과 용융물 정제의 품질 또한 향상될 수 있다.
용융물의 매우 높은 체적당 표면 비율은 많은 수의 작은 홀에 의해 달성된다. 중력의 영향하에 용융물 가닥은 용기(5)의 높이에 따라 두께가 더 얇아지고, 이로 인해 체적당 표면 비율이 훨씬 더 증가 된다. 넓은 용융물 표면, 체류 시간, 고온, 진공의 완벽한 조화로 용융물의 정제와 용융물의 중죽합 반응은 우수하다. 온도 및 진공의 효과는 줄기가 용융 상태에서 용기(5)의 저장소(19)로 개별적으로 추출되도록 한다.
용융물의 체적당 표면 비율이 높기 때문에, 반응기에서 물 분자, 다른 반응 생성물 또는 휘발성 물질의 고 진공 및 고온으로 인해 용융물 가닥의 표면에서 단주기의 확산을 할 수 있다. 기체 상태에서 상기 물질이 반응기에 가해진 진공에 의해 신속하게 제거될 수 있다.
중축합 반응 동안 분자 사슬이 길어지고 반응 생성물은 고유 점성도 증가에 이르도록 분리된다.
챔버(25)에서 용융물 가닥의 낙하 시간은 충분한 중축합도를 위해 길지 않을 수 있기 때문에, 다리부(15)에 위치한 저장소(19)에서 상기 가닥은 용융 욕(melt bath)으로 되돌아간다. 용융 욕에는 배출 압출기(27)와 같이 모터(28)에 의해 구동되는 나선형 혼합 및 배출 요소 있고, 상기 혼합 및 배출 요소는 바람직하게 구성되어 수송 효과와 추가적인 과정을 위한 압력 구축에 더하여 양호한 혼합 결과가 반복적으로 용융물의 표면을 갱신함으로써 달성된다. 배출 압출기 대신 배출 나사 또는 이와 유사한 것이 제공될 수 있다. 용융물의 계속적인 이동으로 인해, 용융물의 열 열화는 최소로 감소된다.
용융물은 배출 압출기(27)로부터 회수 라인 (10)에 배출된다. 이후 가닥 과립기(12)에 의해 용융물은 고품질 과립으로 가공될 수 있다. 배출 압출기(27) 다음의 툴에 의해, 스트랩핑 테이프, 섬유, 필름 등과 같은 제품들이 재활용 PET로부터 바로 쉽게 만들어질 수 있다. 이러한 종류의 적용은 재활용 PET가 예비 건조 없이 그리고 SSP(고체상 중합)없이 오직 한번의 용융으로 고품질의 제품으로 직접 처리될 수 있는 장점을 갖는다.
헤드부(14) 및 다리부(15)는 예를 들어, 파이프(13)에 나사로 조여 연결된다. 파이프(13) 상에는 미 도시된 진공 펌프(22) 및 가능한 어셈블리와 연결하는 연결 지점(22) 또는 점검 개구(23) 및/또는 검사 유리(24)가 추가적으로 있다.
진공 펌프 대신에 라인 또한 분리된 불순물을 제거하기 위해 가능 건성 불활성 가스의 지속적인 또는 간헐적인 공급 및 제거가 되도록 연결 지점에 연결될 수 있다.
시험에서 0.5 내지 5mba의 부압 및 바람직하게 270° 내지 300℃의 온도에서 PET의 중축합이 급격히 발생하는 것이 입증된다. 각각의 경우에 부압이 20 mbar 미만이어야 한다. 부압은 제조된 PET의 고유 점성도에 매우 큰 영향을 주기 때문에, 인-라인 점성도를 측정하기 위한 배출 압출기(27) 이후에 배치된 장치(11)에 의해 고유 점성도는 부압을 변형시킴으로써 매우 쉽고 빠르게 제어될 수 있다. 다리부(15)의 특정한 설계에 의해 진공 하에서 용융물의 체류 시간은 저장소(19)에 충전(filling) 정도에 의해 영향을 받을 수 있다. 긴 체류 시간은 중합체 사슬의 큰 성장을 가져오고 고유 점성도가 더욱 증가한다.
저장소(19)에 용융 욕의 충전 정도는 적절한 센서에 의해 제어되는데, 결국 상기 센서는 배출 압출기(27)를 제어한다. 고 진공 및 온도에 의해 시작된 얇은 용융물 가닥의 중축합이 체류 시간 및 혼합 및 배출 요소(27)에 의한 이동으로 용융물을 유지할때까지 용융 욕에서 계속된다. 요구 조건에 따라, 용융 욕(27)이 많아질 수 있어서 배출 압출기(27)가 용융물로 완전히 또는 부분적으로 덮인다. 그러나, 나선형 혼합 및 배출 요소(27)가 용융물로 완전히 덮이지 않은 경우, 배출 요소의 회전 운동에 의해 용융물이 계속적으로 절단되고 표면이 갱신되는 경우 유리하다.
전술한 바와 같이, 인-라인 점성도를 측정하기 위한 배출 압출기(27) 뒤에 위치된 장치(11)에 의해 바람직한 고유 점성도는 저장소(19)에서 해당 충전 정도 및 생성된 체류 시간을 통해 조정되고 제어될 수 있다.
시험은 용융물 가닥 및 용융 욕의 조합은 매우 효율적인 중축합을 야기하고 비교적 짧은 체류 시간에 고유 점성도의 실질적인 증가가 가능하다.
도 5는 용기(5)에서 iV 값에 따른 체류 시간의 효과를 도시한다. 낮거나 높은 iV 출력 값에 비교할만한 개선이 있다. 약 1분의 체류 시간에서 고유 점성도의 증가가 있음에 주목해야 한다. 실질적인 향상은 단지 몇 분 후, 특히 3 또는 4분에 달성된다. iV 값의 바람직한 결과 및 향상에 따라, 6, 8, 10 또는 12, 14 또는 16 분 이상의 체류 시간이 가능하거나 유리하다. 알려진 용융물 반응기와 비교하여 유사한 결과를 달성하기 위해 30분 내지 몇 시간의 체류 시간이 요구된다.
저장소(19)에서 나선형 혼합 및 배출 요소(27)의 특별한 구성에 의해 반응 과정이 더욱 최적화될 수 있다.
도 6에서 도시된 바와 같이 전체 직경과 관련하여 샤프트(29)의 작은 보어 지름과 챔버(19) 지역에서 웨브(30)상에 홀 또는 리세스(31)를 구비한 특별히 설계된 스파이럴은 증가된 표면 및 PET 용융물의 표면 갱신을 야기한다. 이러한 방식으로 분리된 제품(예를 들어, 물)를 제거하기 위한 확산 공정은 상당히 쉽게 이루어지고, 중합 공정은 이와 같이 가속된다.
도 7 내지 도 12는 추가적으로 바람직한 샤프트의 실시예를 도시한다.
도 7 및 도 8의 실시예에서 웨브(32, 33)는 샤프트의 코어(34) 주위에 이중 나선 형태로 배치되고, 스포크(35)에 의하여 코어로부터의 거리가 유지된다. 축 방향 평행 웨브(36, 37)의 추가에 의해 전체적으로 샤프트가 강화될 뿐만 아니라 용융물의 혼합이 향상되고 표면이 상승된다. 반면에 도 7에 도시된 샤프트는 연속적인 웨브(32, 33)를 가지나, 도 8의 실시예에서 웨브(32, 33)는 분리되어 있다(두 실시예에 도시). 이와 같이 형성된 슬릿(slit), 바람직하게 실질적으로 반지름 방향으로 정렬된 슬릿에서 도시되지 않은 핀 또는 그와 유사한 것 예컨대 나사 튜브에와 같이 외부로 돌출될 수 있고, 이는 용융물의 혼합을 더욱 향상시킨다.
도 9 및 도 10의 실시예는 도 7 및 도 8의 실시예와 유사한 방식으로 구성되지만, 샤프트의 코어(41) 주위로 이중 나선의 형태로 배치된 웨브(39,40)는 샤프트의 코어(41)로 가고, 특별한 개구(42, 43)를 갖는다. 도 9에서의 축 방향 평행한 주행 웨브(44, 45) 대신에, 도 10에서는 분리된 웨브(39, 40) 사이 외부에 돌출된 핀 또는 이와 유사한 것을 위한 슬롯(46)이 있다.
도 11 및 도 12는 코어 없는 샤프트를 도시하는데, 웨브(47, 48)가 이중 나선의 형태로 배치되고, 상기 웨브(47, 48)가 축 방향 평행 웨브(49, 50)에 의해 서로 연결되고, 디스크(51, 52) 단부와 연결된다. 디스크(51, 52)에는 용융물 및 축 핀(54, 55)의 이동을 위한 개구(53)가 있고, 상기 축 핀(54, 55)에 의해 샤프트가 인접한 샤프트에 장착 또는 연결될 수 있다.
도 3 및 도 4의 실시예에 따른 저장소(19)에 있는 나선형 혼합 및 배출 요소(27)는 도 6 내지 도 12에 도시된 샤프트의 실시예와 같이 배타적으로 구성될 수 있고, 후자의 임의의 조합을 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 9의 실시예는 입장 및 전달 요소로 나선형 혼합 및 배출 요소(27)의 전방 및 후방에 사용될 수 있는 반면에, 도 8 및 도 10의 실시예는 혼합 세그먼트로 나선형 혼합 및 배출 요소의 중간 부분에 사용된다.
본 발명에 의해 각각 또는 모든 하기 장점이 달성될 수 있다:
- 입력 재료 (섬유, 필름, 병 조각, 스트랩(strap), 스타터 재료 케이크 등)의 여러 다른 종류의 재활용;
- 성형 도구(shaping tool)를 사용하여 과립시킬 뿐만 아니라 고품질 플라스틱 제품또한 직접 제조될 수 있다;
- 예를 들어, 폴리에스테르에 대한 조절 가능한 고유 점성도
- 출력 생성물의 고유 점성도 및 순도가 입력 생성물(upcycling)보다 높을 수 있다;
- 폴리에스테르 입력 물질의 결정화 및 예비 건조가 요구되지 않는다;
- SSP에 의한 폴리에스테르 소재의 후속 처리가 요구되지 않는다;
- 상대적으로 낮은 시스템 비용;
- 재료의 매우 짧은 처리 시간;
- 가열이 오직 한 번 요구되는 경우, 알려진 공정과 비교하여 출력 재료 품질과 관련한 전체 공정의 높은 에너지 효율;
- 기존 재활용 시스템은 여전히 많은 조정 없이 사용될 수 있고, 본 발명에 따라 장치를 개조할 수 있다.

Claims (20)

  1. 부압 하에서 중축합 용융물의 고유 점성도를 증가시키기 위한 방법으로,
    용융물이, 직경이 0.5mm 미만인 복수의 개구(26)를 구비한 다공판 또는 스크린(16)을 통해 20mbar 미만의 부압이 있는 챔버(25)로 들어가고, 상기 용융물은 얇은 가닥 형태로 자유 낙하하며 상기 챔버(25)를 통과하고, 상기 용융물은 적어도 1분 동안 챔버(25) 하부의 저장소(19)에 잔류하며, 저장소(19) 내에서 상기 용융물이 바람직한 나선형 혼합 및 배출 요소(27)에 의해 계속해서 이동되고 저장소(19) 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물의 고유 점성도 증가 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 챔버(25)의 부압이 10mbar, 특히 바람직하게는 0.5 내지 5mbar 사이인 것을 특징으로 하는 중축합 용융물의 고유 점성도 증가 방법.
  3. 제1항에 있어서, 챔버(25) 내부에 건성 가스가 있는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물의 고유 점성도 증가 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 상기 용융물은, 직경이 0.05 내지 0.5mm 사이, 특히 바람직하게 0.1 내지 0.3mm 사이인 개구(26)를 통해 챔버(25)에 들어가는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물의 고유 점성도 증가 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서, 저장소(19) 내 용융물의 체류 시간이 적어도 1 내지 2분, 바람직하게는 적어도 4분인 것을 특징으로 하는 중축합 용융물의 고유 점성도 증가 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서, 상기 용융물은 연속하여 적어도 두 개의 챔버(25)를 통과하는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물의 고유 점성도 증가 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 두 개의 챔버(25) 사이에서 상기 용융물의 온도가 제어 장치에 의해 요구되는 용융 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물의 고유 점성도 증가 방법.
  8. 중축합 용융물 고유 점성도를 증가시키기 위한 장치로,
    적어도 하나의 개구(26)를 구비하며 부압 하에 있는 챔버(25)로서, 상기 용융물이 챔버 벽과 접촉하지 않으며 상기 개구를 통해 챔버(25)로 들어가는 챔버(25)를 포함하고, 상기 챔버(25) 상부에 직경이 0.5mm 미만인 복수의 개구(26)를 구비한 다공판 또는 스크린(16)이 배치되고, 상기 챔버(25)에 20mbar 미만의 부압이 걸려 상기 챔버(25) 하부에는 바람직한 나선형 혼합 및 배출 요소(27)를 가진 저장소(19)가 있는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물 고유 점성도 증가 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 챔버(25)에는 10mbar 미만, 특히 바람직하게 0.5 내지 5mbar 사이의 부압이 있는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물 고유 점성도 증가 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 다공판 개구의 직경이 0.05 내지 0.5mm 사이, 특히 0.1 내지 0.3mm 사이인 것을 특징으로 하는 중축합 용융물 고유 점성도 증가 장치.
  11. 제8항 또는 제10항에 있어서, 개구가 원형이 아닌 경우, 개구의 단면적이 직경 0.05 내지 0.5mm 사이, 바람직하게 0.1 내지 0.3mm 사이인 원형 개구의 단면적에 상당하는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물 고유 점성도 증가 장치.
  12. 제8항 내지 제11항 중 한 항에 있어서, 두 개의 챔버(25)가 앞뒤로 나란하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물 고유 점성도 증가 장치.
  13. 제12항에 있어서, 두 개의 챔버(25) 사이에 가열 장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물 고유 점성도 증가 장치.
  14. 제8항 내지 제13항 중 한 항에 있어서, 저장소(19) 내에 있는 바람직한 나선형 혼합 및 배출 요소(27)가 용융물에 의해 완전히 덮이지 않는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물 고유 점성도 증가 장치.
  15. 제8항 내지 제14항 중 한 항에 있어서, 상기 두 개 또는 그 이상의 개구(26) 또는 스크린(16) 또는 다공판이 제공되어 있고, 유동방향으로 개구(26) 또는 스크린(16) 또는 다공판의 전방에 분배 챔버(17)가 배치되는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물 고유 점성도 증가 장치.
  16. 제8항 내지 제15항 중 한 항에 있어서, 상기 바람직한 나선형 혼합 및 배출 요소(27)는, 스포크(35)에 의해 코어(33)로부터 이격된 나선형 웨브(32, 33)를 적어도 하나, 바람직하게 두 개를 포함하는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물 고유 점성도 증가 장치.
  17. 제8항 내지 제16항 중 한 항에 있어서, 바람직한 나선형 혼합 및 배출 요소(27)는, 개구(31, 42, 43)를 구비하며 코어(33) 주위에 나선형으로 배치된 적어도 하나, 바람직하게 두 개의 웨브(30, 39, 40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물 고유 점성도 증가 장치.
  18. 제8항 내지 제17항 중 한 항에 있어서, 상기 바람직한 나선형 혼합 및 배출 요소(27)가 코어를 가지지 않고, 적어도 하나, 바람직하게 두 개의 나선형으로 배치된 웨브(47, 48)를 포함하며, 상기 웨브는 축 핀(54, 55)을 구비하는 디스크 단부(51, 52)에 고정되는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물 고유 점성도 증가 장치.
  19. 제16항 내지 제18항 중 한 항에 있어서, 상기 웨브 또는 웨브들(30, 32, 33, 39, 40, 47, 48)이 축 방향으로 평행한 웨브(36, 37, 44, 45, 49, 50)에 의해 서로가 연결되는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물 고유 점성도 증가 장치.
  20. 제16항 내지 제18항 중 한 항에 있어서, 상기 웨브(32, 33, 39, 40)가 슬릿(38, 46)에 의해 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 중축합 용융물 고유 점성도 증가 장치.
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