KR20210058560A - Preparation method for polyester having excellent transferency from recylced polyethylene terephthalate - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a method for producing polyester having properties similar to properties of virgin PETG by using waste PET without separation, purification, and recovery of monomers and oligomers. The present invention provides the method for producing the polyester, which comprises a step of melting a mixture containing a polyethylene terephthalate component and a diol component containing cyclohexanedimethanol and proceeding a glycolysis reaction.

Description

폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 이용한 투명성이 향상된 폴리에스테르의 제조방법{PREPARATION METHOD FOR POLYESTER HAVING EXCELLENT TRANSFERENCY FROM RECYLCED POLYETHYLENE TEREPHTHALATE}Manufacturing method of polyester with improved transparency using waste polyethylene terephthalate {PREPARATION METHOD FOR POLYESTER HAVING EXCELLENT TRANSFERENCY FROM RECYLCED POLYETHYLENE TEREPHTHALATE}

본 발명은 재생 폴리에스테르의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 이용한 투명성이 향상된 폴리에스테르의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing recycled polyester, and more particularly, to a method for producing polyester with improved transparency using waste polyethylene terephthalate.

폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 테레프탈산(TPA) 또는 디메틸테레프탈레이트(DMT)와 에틸렌글리콜(EG)을 주원료하여 에스테르화 반응을 거쳐 축중합 반응을 통해 제조되는 고분자로, 뛰어난 물성, 가공성, 경제성 등을 가지고 있으며 친환경적이어서 식음료 용기 및 포장재, 의류용 섬유, 필름 및 기타 광범위한 분야에서 쓰이고 있다.Polyethylene terephthalate (PET) is a polymer produced through a condensation polymerization reaction through an esterification reaction using terephthalic acid (TPA) or dimethyl terephthalate (DMT) and ethylene glycol (EG) as the main raw materials. It is environmentally friendly and is used in food and beverage containers and packaging, textiles for clothing, films, and a wide range of other fields.

이러한 PET는 일반 합성수지 중에서 가장 폭 넓게 많이 사용되고 있는 만큼 매년 많은 양의 PET 폐기물이 발생하고 있으며, 용이하게 자연 분해되지 않는 특성으로 인해 최근 심각한 환경오염의 주범이 되고 있다. 이에 따라 사용 후 버려지는 음료수 병과 같은 폐 PET 등의 폐기물 재활용이 큰 관심사로 대두되고 있다.As such PET is the most widely used among general synthetic resins, a large amount of PET waste is generated every year, and due to its nature not easily decomposed, it has become a major cause of serious environmental pollution in recent years. Accordingly, recycling of waste such as waste PET, such as beverage bottles that are discarded after use, is emerging as a great concern.

해외에서는 이미 장기적인 계획하에서 폐기물로부터 유용자원의 회수와 재활용에 대한 연구가 여러 방면으로 추진되고 있으며, 국내에서도 환경오염에 대한 여론이 대두되기 시작하면서, 폐자원의 경제적인 회수 및 재활용 방안계획이 수립되면서 이와 관련된 연구가 진행되고 있다.Overseas, studies on the recovery and recycling of useful resources from waste are already being promoted in various fields under a long-term plan, and as public opinion about environmental pollution has begun to rise in Korea, economic recovery and recycling plan for waste resources has been established. As a result, research related to this is in progress.

폐 PET를 재활용하는 방법에는 크게 물리적 재활용과 화학적 재활용의 두 가지 방법이 있다. There are largely two methods of recycling waste PET: physical recycling and chemical recycling.

물리적 재활용 방법은, 플라스틱 병을 예로 들면, 사용된 플라스틱 병을 수집하고 분리하여, 작은 조각으로 잘라 효과적으로 세척하여, 이 조각들을 녹여 다시 새 병을 만드는 방법이다. 하지만, 물리적으로 재활용된 PET는 제품 대량생산에 있어 순도 및 물성이 안정적으로 확보되지 않는다는 단점이 있다. 또한, PET의 주 활용분야인 식품용기로 사용될 수 없다. '식품의약품안전처'의 '기구 및 용기/포장의 기준 및 규격'의 제조 기준에 따라 재활용 PET는 가열/분해/중합 등 화학적 재생법을 거친 경우에만 식품용기로 사용할 수 있고, 단순히 분쇄/가열/성형 등 물리적 방법을 거친 경우에는 사용할 수 없기 때문이다The physical recycling method, for example plastic bottles, is a method of collecting and separating used plastic bottles, cutting them into small pieces and effectively cleaning them, melting these pieces to make a new bottle again. However, physically recycled PET has a disadvantage in that purity and physical properties are not stably secured in mass production of products. Also, it cannot be used as a food container, which is the main application field of PET. According to the manufacturing standards of'Standards and Standards for Equipment and Containers/Packaging' of the Ministry of Food and Drug Safety, recycled PET can be used as a food container only when it has undergone chemical regeneration methods such as heating/decomposition/polymerization, and is simply crushed/heated. /This is because it cannot be used if it has undergone physical methods such as molding.

화학적 재활용 방법은 화학 반응에 의해 PET 고분자 사슬의 분해가 이루어지고, 분리 및 정제 과정을 거쳐 TPA, DMT, EG와 같은 단량체 혹은 올리고머를 만들어, 이 물질을 다시 PET로 합성하는 데 사용하는 방법이다. 사용 후 버려지는 폐 PET를 다시 화학적으로 원료화하는 방법으로, 환경적인 측면에서 매우 중요하지만, 높은 공장 운영 비용으로 인해 큰 규모의 공장에 대한 수익성을 제한하므로 실제 시장에서는 거의 적용되지 못하고 있다.In the chemical recycling method, the polymer chain of PET is decomposed by a chemical reaction, and through a separation and purification process, monomers or oligomers such as TPA, DMT, and EG are made, and this material is used to synthesize PET again. It is a method of chemically converting waste PET, which is discarded after use, and is very important in terms of the environment, but it is hardly applied in the actual market because the profitability for large-scale factories is limited due to high plant operating costs.

한편, PET는 결정성 수지로 성형시 냉각이 불충분하거나, 두꺼운 두께로 성형하는 경우, 빠른 결정화 속도로 인해 단위면적당 급냉효율이 떨어져 결정화에 의한 백탁현상이 발생하여 투명도가 크게 저하되는 단점이 있다. 이러한 백탁현상을 방지하기 위해서 수지 자체의 결정화 속도를 낮추어 일반적인 성형 조건에서 결정화가 일어나지 않도록 개질한 폴리에스테르를 제조하게 된다. 이를 만족시키기 위한 연구로서 PET 중합 시 사용되는 모노머 중 하나인 DMT 또는 TPA를 디에시드(Diacid) 또는 디에시드에스테르(Diacidester)로 치환하거나, EG를 1,4-싸이클로헥산디메탄올(CHDM)으로 치환하여 공중합을 통해 개질된 PET(PETG)가 개발되고 있으나, 아직까지 폐 PET를 이용한 폴리에스테르로서, PETG와 유사한 수준의 물성을 가지는 폴리에스테르는 제시되지 않고 있다.On the other hand, when PET is molded with a crystalline resin, cooling is insufficient, or when it is molded with a thick thickness, the rapid cooling efficiency per unit area is lowered due to the fast crystallization rate, resulting in white turbidity due to crystallization, and thus the transparency is greatly reduced. In order to prevent such cloudiness, the modified polyester is prepared so that crystallization does not occur under general molding conditions by lowering the crystallization rate of the resin itself. As a study to satisfy this, DMT or TPA, one of the monomers used in PET polymerization, is substituted with Diacid or Diacidester, or EG is substituted with 1,4-cyclohexanedimethanol (CHDM). Thus, modified PET (PETG) through copolymerization has been developed, but as a polyester using waste PET, a polyester having similar physical properties to PETG has not been suggested.

국제 공개특허 제WO2017/006217호는 폐 PET로부터 글리콜-개질 폴리에틸렌테레프탈레이트(PETG)를 제조하는 방법을 개시하고 있으나, 네오펜틸글리콜 기반의 재생 PETG로서, 버진 PETG(Virgin PETG)의 물성과는 차이가 있다.International Patent Publication No. WO2017/006217 discloses a method of preparing glycol-modified polyethylene terephthalate (PETG) from waste PET, but as a neopentyl glycol-based recycled PETG, the physical properties of virgin PETG are different. There is.

일본 공개특허 제2009-524731호는 폐 PET의 재생방법을 개시하고 있으나, 디올 성분으로 1,4-부탄디올을 사용하여 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 제조하는 방법 이외에 PETG 제조에 관해서는 언급하지 않고 있다.Japanese Patent Laid-Open No. 2009-524731 discloses a method of recycling waste PET, but it does not mention about PETG production other than the method of preparing polybutylene terephthalate (PBT) using 1,4-butanediol as a diol component. Without.

본 발명은 폐 PET를 이용하여 모노머 및 올리고머의 분리, 정제 및 회수 공정 없이도 버진 PETG와 유사한 물성을 가지는 폴리에스테르를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a polyester having similar physical properties to virgin PETG using waste PET without the need for separation, purification, and recovery of monomers and oligomers.

상기 과제 해결을 위하여 본 발명은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 성분과, 사이클로헥산디메탄올을 포함하는 디올 성분을 포함한 혼합물을 용융하여 글리콜리시스 반응을 진행하는 단계를 포함하는 폴리에스테르 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for producing a polyester comprising the step of melting a mixture including a polyethylene terephthalate component and a diol component including cyclohexanedimethanol to proceed with a glycolysis reaction.

또한, 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 성분은 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 플레이크인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 제조방법을 제공한다.In addition, the polyethylene terephthalate component provides a polyester production method, characterized in that the waste polyethylene terephthalate flakes.

또한, 상기 사이클로헥산디메탄올은 상기 디올 성분 중 5 내지 40 몰% 함량으로 포함된 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 제조방법을 제공한다.In addition, the cyclohexanedimethanol provides a polyester production method, characterized in that it is contained in an amount of 5 to 40 mol% of the diol component.

또한, 상기 폴리에스테르는 유리전이온도(Tg)가 75 내지 85℃ 및 하기 방법에 따라 측정된 카복실 말단(Carboxylic End Group, CEG) 함량이 12 내지 18 Eq/ton인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 제조방법을 제공한다.In addition, the polyester has a glass transition temperature (Tg) of 75 to 85°C and a carboxylic end group (CEG) content of 12 to 18 Eq/ton as measured according to the following method. Provides.

[CEG 측정방법][Method of measuring CEG]

ASTM D7409에 따라 상기 폴리에스테르를 Benzyl Alcohol/Chloroform에 녹여 전위차 적정기를 이용하여 CEG 함량을 분석하되, 0.05 N KOH solution을 적정시약으로 사용하여, 전위값이 -40 내지 -60 mV에 도달하는 적정점에서 하기 수학식 1을 통해 CEG 함량을 계산함.According to ASTM D7409, dissolve the polyester in Benzyl Alcohol/Chloroform and analyze the CEG content using a potentiometric titrator, but using a 0.05 N KOH solution as a titration reagent, a suitable point at which the potential value reaches -40 to -60 mV. CEG content is calculated through Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

CEG=(V × 0.05) × 1000)/MCEG=(V × 0.05) × 1000)/M

V: 적정에 소요된 KOH solution량(㎖)V: Amount of KOH solution required for titration (ml)

M: 샘플량(g)M: sample amount (g)

본 발명에 따르면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 성분에 디올 성분으로 사이클로헥산디메탄올을 포함하는 혼합물을 용융하여 글리콜리시스 반응 후 생성된 반응물에서 모노머 등의 회수 공정 없이 그대로 중축합함으로써 투명성이 향상된 폴리에스테르로서 버진 PETG와 유사한 물성을 가지는 폴리에스테르를 용이하게 수득할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, a mixture containing cyclohexanedimethanol as a diol component in a polyethylene terephthalate component is melted and polycondensed as it is without a recovery process of a monomer, etc. It is possible to provide a method for easily obtaining a polyester having similar physical properties to PETG.

이는 폐 PET를 단순하게 재활용하는 것을 넘어서 고부가 가치 제품을 제조 할 수 있을 뿐 아니라, 새로운 재활용 기술 개발 및 환경 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있다.This has the advantage of not only being able to manufacture high value-added products beyond simple recycling of waste PET, but also developing new recycling technologies and solving environmental problems.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. Throughout the 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 발명자들은 종래 폐 PET의 고분자 사슬을 분해하고, 분리 및 정제 과정을 거쳐 모노머 혹은 올리고머 상태로 원료화한 후, 다시 PET로 합성하는 종래의 폐 PET의 화학적 재활용 방법에 있어서 공정이 복잡하여 제조 비용이 상승하고 실제 시장에서 많이 적용되지 못하고 있는 문제와, 아직까지 폐 PET를 이용한 폴리에스테르로서, PETG와 유사한 수준의 물성을 가지는 폴리에스테르는 제시되지 않고 있는 사실을 직시하고 연구를 거듭한 결과, 폐 PET에 사이클로헥산디메탄올(CHDM)을 첨가하여 글리콜리시스 반응을 진행하고, 반응물을 모노머 및 올리고머의 분리, 정제 및 회수 공정 없이 바로 중합시킴으로써 기존의 공정을 간소화하고 반응 시간을 단축시키면서도 단순히 PET로의 재활용이 아닌 PETG와 같이 투명성이 향상된 고부가 가치 제품 제조가 가능한 것을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.In the conventional method of chemical recycling of waste PET in which the polymer chain of waste PET is decomposed, converted into a monomer or oligomer state through separation and purification, and then synthesized into PET again, the process is complicated and the manufacturing cost As a result of repeated research, facing the fact that this has risen and has not been widely applied in the actual market, and that polyester with physical properties similar to PETG has not yet been proposed as polyester using waste PET. Cyclohexanedimethanol (CHDM) is added to PET to carry out the glycolysis reaction, and the reaction product is directly polymerized without separation, purification, and recovery of monomers and oligomers, thereby simplifying the existing process and shortening the reaction time. It was confirmed that it was possible to manufacture high value-added products with improved transparency, such as PETG, rather than recycling, and the present invention was reached.

따라서, 본 발명은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 성분과, 사이클로헥산디메탄올을 포함하는 디올 성분을 포함한 혼합물을 용융하여 글리콜리시스 반응을 진행하는 단계를 포함하는 폴리에스테르 제조방법을 개시한다.Accordingly, the present invention discloses a method for producing a polyester comprising the step of performing a glycolysis reaction by melting a mixture including a polyethylene terephthalate component and a diol component including cyclohexanedimethanol.

상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 성분은 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 플레이크일 수 있다. 예컨대, 재활용 PET 병(Bottle)을 세척, 분쇄, 제습 건조하여 준비될 수 있으며, 플레이크의 크기는 폐 PET 재생을 위한 분쇄 공정에 따라 다소 편차가 있을 수 있으나, 통상 평균 입자 크기가 1 cm 이하인 것이 사용되며, 바람직하게는 평균 입자 크기가 0.1 내지 1 cm인 것이 사용될 수 있다. 여기서, 플레이크의 '입자 크기'는 측정되는 입자의 방향성에 관계 없이 최장 입경으로 보아도 좋다.The polyethylene terephthalate component may be waste polyethylene terephthalate flakes. For example, recycled PET bottles can be prepared by washing, crushing, dehumidifying and drying, and the size of the flakes may vary slightly depending on the pulverization process for recycling waste PET, but the average particle size is usually 1 cm or less. It is used, and preferably those having an average particle size of 0.1 to 1 cm may be used. Here, the'particle size' of the flake may be viewed as the longest particle diameter irrespective of the orientation of the particles to be measured.

폐 PET에 있어, Homo-PET부터 Co-PET까지 다양한 용도와 색상의 PET 용기들이 재활용되기 때문에, 상기 폐 PET 플레이크는 폴리에스테르의 품질 및 색상 향상을 위해 일련의 세척 과정을 거쳐 사용될 수 있다. 예컨대, 수산화나트륨 수용액에서 PET 병을 세척하고, 표면의 필름, 종이, 금속, 접착제 등 PET 이외의 이물질을 분리한 뒤, 1 cm 이하 크기의 플레이크로 분쇄하고, 물로 세척 후 제습 건조함으로써 준비될 수 있다.In waste PET, since PET containers of various uses and colors from Homo-PET to Co-PET are recycled, the waste PET flakes can be used through a series of washing processes to improve the quality and color of polyester. For example, it can be prepared by washing a PET bottle in an aqueous sodium hydroxide solution, separating foreign substances other than PET such as film, paper, metal, adhesive, etc. on the surface, pulverizing it into flakes having a size of 1 cm or less, washing with water and drying dehumidification. have.

본 발명에서는 폐 PET를 투명성이 향상된 폴리에스테르로 재활용하기 위해 디올 성분의 일부를 CHDM(1,4-Cyclohexanedimethanol)으로 대체하는데, CHDM을 일정 함량으로 대체하고, 상기 폐 PET 플레이크 등의 PET 성분과의 혼합물을 용융하여 글리콜리시스 반응 진행 후 곧이어 중축합 반응하여도 PETG와 유사한 물성의 폴리에스테르 생성이 가능하다.In the present invention, a part of the diol component is replaced with CHDM (1,4-Cyclohexanedimethanol) in order to recycle waste PET into polyester with improved transparency. Even if the mixture is melted and subjected to a polycondensation reaction immediately after the glycolysis reaction proceeds, polyester having similar physical properties to PETG can be produced.

이러한 PETG와 유사한 물성의 재생 폴리에스테르 생성을 위한 CHDM의 함량은 전체 디올 성분 중 5 내지 40 몰%인 것이 바람직하고, 20 내지 40 몰%인 것이 더욱 바람직하다. 상기 CHDM 함량이 5 몰% 미만일 경우에는 비결정성이 나타나지 않고 반응 시간이 길어질 수 있고, 40 몰%를 초과할 경우에는 비용 면에서 불리해 질 수 있다.The content of CHDM for producing regenerated polyester having similar physical properties to PETG is preferably 5 to 40 mol%, and more preferably 20 to 40 mol% of the total diol component. When the CHDM content is less than 5 mol%, amorphousness does not appear and the reaction time may be lengthened, and when it exceeds 40 mol%, it may be disadvantageous in terms of cost.

본 발명에서 상기 CHDM 이외의 디올 성분은 예를 들어, 지방족 디올, 방향족 디올 또는 이들의 혼합물일 수 있다.In the present invention, the diol component other than CHDM may be, for example, an aliphatic diol, an aromatic diol, or a mixture thereof.

상기 방향족 디올은 탄소수 8 내지 40, 바람직하게는 탄소수 8 내지 33의 방향족 디올 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 방향족 디올 화합물의 예로는, 폴리옥시에틸렌-(2.0)-2,2-비스(4-하이드록시페닐) 프로판, 폴리옥시프로필렌-(2.0)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시프로필렌-(2.2)-폴리옥시에틸렌-(2.0)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시에틸렌-(2.3)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시프로필렌-(6)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시프로필렌-(2.3)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시프로필렌-(2.4)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시프로필렌-(3.3)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시에틸렌-(3.0)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시에틸렌-(6)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판 등의 에틸렌 옥사이드 및/또는 프로필렌 옥사이드가 부가된 비스페놀 A 유도체(폴리옥시에틸렌-(n)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시프로필렌-(n)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판 또는 폴리옥시프로필렌-(n)-폴리옥시에틸렌-(n)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판 등을 들 수 있으나, 방향족 디올 화합물의 구체적인 예가 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 n은 폴리옥시에틸렌 또는 폴리옥시프로필렌 유닛(unit)의 개수(number)를 의미한다.The aromatic diol may include an aromatic diol compound having 8 to 40 carbon atoms, preferably 8 to 33 carbon atoms. Examples of such aromatic diol compounds include polyoxyethylene-(2.0)-2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane, polyoxypropylene-(2.0)-2,2-bis(4-hydroxyphenyl) Propane, polyoxypropylene-(2.2)-polyoxyethylene-(2.0)-2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane, polyoxyethylene-(2.3)-2,2-bis(4-hydroxyl Phenyl) propane, polyoxypropylene-(6)-2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane, polyoxypropylene-(2.3)-2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane, polyoxy Propylene-(2.4)-2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane, polyoxypropylene-(3.3)-2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane, polyoxyethylene-(3.0)- Bisphenol A derivatives added with ethylene oxide and/or propylene oxide such as 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane and polyoxyethylene-(6)-2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane (Polyoxyethylene-(n)-2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane, polyoxypropylene-(n)-2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane or polyoxypropylene-( n)-polyoxyethylene-(n)-2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane may be mentioned, but specific examples of the aromatic diol compound are not limited thereto, wherein n is polyoxyethylene. Or it means the number of polyoxypropylene units (unit).

또한, 상기 지방족 디올은 탄소수 2 내지 20, 바람직하게는 탄소수 2 내지 12의 지방족 디올 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 지방족 디올 화합물의 예로는, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로판디올(1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올 등), 1,4-부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올(1,6-헥산디올 등), 네오펜틸 글리콜(2,2-디메틸-1,3-프로판디올), 1,2-사이클로헥산디올, 1,4-사이클로헥산디올, 1,2-사이클로헥산디메탄올, 1,3-사이클로헥산디메탄올, 테트라메틸사이클로부탄디올 등의 선형, 가지형 또는 고리형 지방족 디올 성분을 들 수 있으나, 바람직하게는 에틸렌글리콜이 사용될 수 있다.In addition, the aliphatic diol may include an aliphatic diol compound having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 12 carbon atoms. Examples of such aliphatic diol compounds include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propanediol (1,2-propanediol, 1,3-propanediol, etc.), 1,4-butanediol, pentanediol, hexanediol ( 1,6-hexanediol, etc.), neopentyl glycol (2,2-dimethyl-1,3-propanediol), 1,2-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanediol, 1,2-cyclohexanedi Linear, branched or cyclic aliphatic diol components such as methanol, 1,3-cyclohexanedimethanol, and tetramethylcyclobutanediol may be mentioned, but ethylene glycol may be preferably used.

상기 CHDM과 함께 사용되는 EG와 같은 CHDM 이외의 디올은, 상기 글리콜리시스 반응에서 디카르복실산 성분 : 디올(CHDM을 포함하는 전체 디올 기준) 성분의 몰비가 1:1.05 내지 1:2.0가 되도록 PET 성분과 혼합될 수 있다.Diols other than CHDM, such as EG, used together with CHDM, have a molar ratio of a dicarboxylic acid component: a diol (based on all diols including CHDM) component in the glycolysis reaction of 1:1.05 to 1:2.0. Can be mixed with PET ingredients.

본 발명에서 상기 글리콜리시스 반응에 앞서 혼합물 용융 단계가 진행될 수 있다. 혼합물 용융은 예컨대, 폐 PET 플레이크 등의 PET 성분을 EG와 CHDM의 혼합물에 넣은 후, 반응기 내 질소를 흘려주면서 100 내지 220℃에서 60 내지 90분 동안 50 내지 200 rpm으로 교반하여 혼합물을 용융시킬 수 있다.In the present invention, a step of melting the mixture may be performed prior to the glycolysis reaction. The mixture can be melted by adding PET components such as waste PET flakes to the mixture of EG and CHDM, and then stirring the mixture at 50 to 200 rpm for 60 to 90 minutes at 100 to 220°C while flowing nitrogen in the reactor. have.

상기와 같이 혼합물을 용융시킨 후 수행되는 글리콜리시스 반응은 PET 폴리머 체인의 EG 위치에 CHDM이 대체되는 것으로, 첨가된 함량만큼의 CHDM이 대체되면 반응은 종료되고, 반응 조건은 제조되는 폴리에스테르의 구체적인 특성, 몰비, 공정 조건 등에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 본 발명에서는 200 내지 240℃, 200 내지 400분 및 50 내지 300 rpm 조건으로 수행되는 것이 바람직하고, 버진 PETG와 유사한 물성을 가지는 폴리에스테르 생성에 더욱 적합하게는 200 내지 230℃, 240 내지 300분 및 100 내지 200 rpm 조건으로 수행될 수 있다.In the glycolysis reaction performed after melting the mixture as described above, CHDM is replaced at the EG position of the PET polymer chain, and when the amount of CHDM is replaced, the reaction is terminated, and the reaction conditions are Although it may be appropriately adjusted according to specific properties, molar ratio, process conditions, etc., in the present invention, it is preferable to perform at 200 to 240°C, 200 to 400 minutes, and 50 to 300 rpm conditions, and to produce polyester having similar physical properties to virgin PETG More suitably to 200 to 230 ℃, it may be carried out in the conditions of 240 to 300 minutes and 100 to 200 rpm.

이후, 상기 글리콜리시스 반응에 따른 반응물에 촉매를 첨가하여 감압 상태에서 중합하는 단계가 수행되며, 이때 촉매와 함께 열안정제를 더욱 첨가할 수 있다.Thereafter, a step of polymerizing under reduced pressure by adding a catalyst to the reaction product according to the glycolysis reaction is performed, and at this time, a thermal stabilizer may be further added together with the catalyst.

상기 중축합 반응은 최종 PETG의 고유점도(IV)가 목표치에 도달하면 종료되고, 반응 조건은 제조되는 폴리에스테르의 구체적인 특성, 점도, 공정 조건 등에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 본 발명에서는 260 내지 290℃, 30 내지 200분, 10 내지 150 rpm 및 1 torr 이하의 조건으로 수행되는 것이 바람직하고, 버진 PETG와 유사한 물성을 가지는 폴리에스테르를 생성에 더욱 적합하게는 270 내지 280℃, 60 내지 120분, 40 내지 80 rpm 및 0.5 torr 이하의 조건으로 수행될 수 있다.The polycondensation reaction is terminated when the intrinsic viscosity (IV) of the final PETG reaches a target value, and the reaction conditions may be appropriately adjusted according to specific properties, viscosity, and process conditions of the polyester to be produced, but in the present invention, 260 to 290 ℃, 30 to 200 minutes, preferably carried out under conditions of 10 to 150 rpm and 1 torr or less, more suitably to produce a polyester having similar physical properties to virgin PETG 270 to 280 ℃, 60 to 120 minutes, It can be carried out under conditions of 40 to 80 rpm and 0.5 torr or less.

여기서, 본 발명에서는 기존의 폐 PET의 화학적 재활용 방법과 달리, 글리콜리시스로 얻어진 반응물을 모노머나 올리고머의 분리, 정제 및 회수 없이 바로 중합하게 된다. PET는 결정성 수지로 불순물이 있을 경우, 성형 시에 불순물이 결정핵으로 작용하여 결정화에 의한 백탁 현상으로 투명도가 저하되므로 재활용 PET의 제조 과정에서 분리 및 정제가 중요하다. 반면, PETG는 비결정 수지로 PET보다는 불순물의 결정화에 의한 백탁 현상의 영향이 적기 때문에, 본 발명에서 상기 글리콜리시스 반응물의 불순물은 중합 반응기로 옮겨지면서 필터를 통해 제거할 필요가 없다.Here, in the present invention, unlike the conventional chemical recycling method of waste PET, the reactant obtained by glycolysis is directly polymerized without separation, purification, and recovery of monomers or oligomers. PET is a crystalline resin, and when there are impurities, the impurities act as crystal nuclei during molding, and the transparency decreases due to clouding caused by crystallization, so separation and purification are important in the manufacturing process of recycled PET. On the other hand, since PETG is an amorphous resin and has less effect of clouding due to crystallization of impurities than PET, impurities of the glycolic acid reactant in the present invention do not need to be removed through a filter while being transferred to the polymerization reactor.

상기 중합 단계에서 사용되는 촉매로서, 공지의 상용 티타늄계 화합물이 제한 없이 사용될 수 있으며, 다만, 촉매 함량의 경우 본 발명에 따라 제조되는 폴리에스테르 전체 수지 중 중심 금속 원자 기준으로 2 내지 100 ppm 함량으로 포함될 수 있다.As the catalyst used in the polymerization step, a known commercial titanium compound may be used without limitation. However, in the case of the catalyst content, the content of the catalyst is 2 to 100 ppm based on the central metal atom in the total polyester resin prepared according to the present invention. Can be included.

상기 티타늄계 화합물의 예로, 테트라에틸티타네이트, 아세틸트리프로필티타네이트, 테트라프로필티타네이트, 테트라부틸티타네이트, 폴리부틸티타네이트, 2-에틸헥실 티타네이트, 옥틸렌글리콜티타네이트, 락테이트티타네이트, 트리에탄올아민 티타네이트, 아세틸아세토네이트티타네이트, 에틸아세토아세틱에스테르티타네이트, 이소스테아릴티타네이트, 티타늄디옥사이드, 티타늄디옥사이드/실리콘디옥사이드 공중합체, 티타늄디옥사이드/지르코늄디옥사이드 공중합체 등을 들 수 있다.Examples of the titanium-based compound include tetraethyl titanate, acetyltripropyl titanate, tetrapropyl titanate, tetrabutyl titanate, polybutyl titanate, 2-ethylhexyl titanate, octylene glycol titanate, lactate titanate , Triethanolamine titanate, acetylacetonate titanate, ethylacetoacetic ester titanate, isostearyl titanate, titanium dioxide, titanium dioxide/silicon dioxide copolymer, titanium dioxide/zirconium dioxide copolymer, and the like.

한편, 본 발명에 따른 폴리에스테르 제조 과정에서는 인계 안정제가 사용될 수 있으며, 구체적으로 상기 중축합 반응에 인계 안정제를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있고, 이때, 인계 안정제는 전체 수지 중 인 원자 기준으로 5 내지 100 ppm 함량으로 포함될 수 있다.On the other hand, in the polyester manufacturing process according to the present invention, a phosphorus stabilizer may be used, and in particular, the step of adding a phosphorus stabilizer to the polycondensation reaction may be further included. In this case, the phosphorus stabilizer is based on phosphorus atoms in the total resin. It may be included in an amount of 5 to 100 ppm.

상기 인계 안정제의 구체적인 예로는 인산, 트리메틸포스페이트, 트리에틸포스페이트, 트리페닐포스페이트, 트리에틸포스포노아세테이트 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 들 수 있다.Specific examples of the phosphorus stabilizer include phosphoric acid, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, triphenyl phosphate, triethylphosphonoacetate, or a mixture of two or more thereof.

상기 과정을 통해 제조된 폴리에스테르는 버진 PETG와 달리 사용된 재활용 PET에 따라 다양한 구성 성분으로 이루어져 있다. 하지만, 구성 성분이 버진 PETG와 다소 차이가 있더라도 점도, 열적 특성과 같은 일부 물성이 유사하다면, 버진 PETG와 매우 유사한 기계적 물성 및 가공 특성을 가지기 때문에 버진 PETG와 동일한 용도로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 폴리에스테르의 점도는 0.6 내지 0.8 dl/g 수준, 바람직하게는 0.6 내지 0.7 dl/g 수준의 고유점도(IV)를 가지고, 열적 특성은 75 내지 85℃, 바람직하게는 78 내지 82℃의 유리전이온도(Tg)를 보이나, 결정화 온도(Tc) 및 용융 온도(Tm)는 관찰되지 않아 점도 및 열적 특성에 있어 버진 PETG와 매우 유사한 물성을 가지게 되고, 또한, 카복실 말단(Carboxylic End Group, CEG) 함량에 있어서도 후술하는 측정방법을 기준으로, 버진 PETG와 유사한 12 내지 18 Eq/ton, 바람직하게는 13 내지 17 Eq/ton의 카복실 말단 함량을 가지게 된다.Unlike virgin PETG, the polyester produced through the above process is composed of various constituents depending on the recycled PET used. However, even though the constituents are slightly different from virgin PETG, if some physical properties such as viscosity and thermal properties are similar, they can be used for the same purposes as virgin PETG because they have mechanical properties and processing properties that are very similar to virgin PETG. The viscosity of the polyester according to the present invention has an intrinsic viscosity (IV) of 0.6 to 0.8 dl/g level, preferably 0.6 to 0.7 dl/g level, and its thermal properties are 75 to 85°C, preferably 78 to 82 Although it shows a glass transition temperature (Tg) of ℃, but crystallization temperature (Tc) and melting temperature (Tm) are not observed, it has properties very similar to virgin PETG in terms of viscosity and thermal properties. , CEG) content also has a carboxyl terminal content of 12 to 18 Eq/ton, preferably 13 to 17 Eq/ton, similar to virgin PETG, based on the measurement method described later.

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples and comparative examples.

실시예Example 1 내지 3 1 to 3

세척 및 건조 과정을 거친 폐 PET 플레이크(1.0 중량% NaOH 수용액에서 PET Bottle 세척, 표면의 필름, 종이, 금속, 접착제 등 PET 이외의 이물질 분리, 평균 입자 크기 0.1 내지 1 cm의 플레이크로 분쇄, 물로 세척 후, 제습 건조)에 대하여 최종 폴리에스테르 내 CHDM 함량이 하기 표 1의 함량이 되도록 EG와 CHDM을 혼합하였다. 반응기 내 질소(N2)를 흘려주고 60분 동안 70 rpm으로 교반하면서 온도를 200℃까지 서서히 끌어올리면서 혼합물을 용융시킨 후, 220℃에서 280분 동안 150 rpm으로 교반하면서 반응을 진행하였다. 이후, 반응물을 중축합 반응기로 이송하고, 최종 폴리에스테르 기준으로 티타늄계 촉매 230 ppm(중심 금속 원자 기준 12 ppm)과 열안정제인 TEPA(Triethyl phosphonoacetate) 160 ppm(인 원자 기준 22 ppm)을 투입하였다. 이후, 내부 온도를 275℃까지 올리면서 압력을 상압에서 0.1 torr까지 30분에 걸쳐 서서히 감압하고 고진공하에서 원하는 고유점도가 될 때까지 중축합 반응시키고 이를 토출하여 칩상으로 절단하여 최종 폴리에스테르를 제조하였다.Waste PET flakes that have undergone washing and drying (washing the PET bottle in 1.0 wt% NaOH aqueous solution, separating foreign substances other than PET such as film, paper, metal, adhesive, etc. on the surface, crushing into flakes having an average particle size of 0.1 to 1 cm, washing with water) After, dehumidification and drying), EG and CHDM were mixed so that the content of CHDM in the final polyester became the content of Table 1 below. Nitrogen (N 2 ) in the reactor was flowed and the mixture was melted while slowly raising the temperature to 200° C. while stirring at 70 rpm for 60 minutes, and the reaction was carried out while stirring at 220° C. for 280 minutes at 150 rpm. Thereafter, the reaction product was transferred to a polycondensation reactor, and 230 ppm of a titanium-based catalyst (12 ppm based on a central metal atom) and 160 ppm of TEPA (Triethyl phosphonoacetate) as a thermal stabilizer (22 ppm based on a phosphorus atom) were added based on the final polyester. . Thereafter, while raising the internal temperature to 275°C, the pressure was gradually reduced from normal pressure to 0.1 torr over 30 minutes, polycondensation reaction was performed under high vacuum until the desired intrinsic viscosity was reached, and the final polyester was prepared by discharging it and cutting it into chips. .

비교예Comparative example 1 One

상용의 버진 PETG를 준비하였다.A commercial virgin PETG was prepared.

비교예Comparative example 2 2

상용의 버진 PET를 준비하였다.A commercial virgin PET was prepared.

시험예Test example

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조 또는 준비된 수지에 대하여 하기 방법으로 고유점도, 카복실 말단 함량, 열적 특성 및 성분 분석을 실시하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Intrinsic viscosity, carboxyl terminal content, thermal properties and components were analyzed by the following method for resins prepared or prepared according to the Examples and Comparative Examples, and the results are shown in Table 1 below.

[측정 및 분석 방법][Measurement and Analysis Method]

(1) 고유점도(Intrinsic Viscosity, I.V.)(1) Intrinsic Viscosity (I.V.)

상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 폴리에스테르에 대하여 페놀 60 중량부 및 1,1,2,2-테트라클로로에탄 40 중량부를 포함하는 용액에 0.5 중량부 비율로 용해시킨 후, Cannon-Ubbelohde microviscometer를 사용하여 30℃에서 고유점도를 측정하였다.After dissolving at a ratio of 0.5 parts by weight in a solution containing 60 parts by weight of phenol and 40 parts by weight of 1,1,2,2-tetrachloroethane with respect to the polyesters obtained in Examples and Comparative Examples, a Cannon-Ubbelohde microviscometer was used. The intrinsic viscosity was measured at 30°C.

(2) 카복실 말단(Carboxylic End Group, CEG) 함량(2) Carboxylic End Group (CEG) content

ASTM D7409에 따라 상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 폴리에스테르를 Benzyl Alcohol/Chloroform에 녹여 전위차 적정기를 이용하여 CEG 함량을 분석하였다. 0.05 N KOH solution을 적정시약으로 사용하였으며, 전위값이 -40 내지 -60 mV에 도달하는 적정점에서 하기 수학식 1을 통해 CEG 함량을 계산하였다.According to ASTM D7409, the polyester obtained in Examples and Comparative Examples was dissolved in Benzyl Alcohol/Chloroform, and the CEG content was analyzed using a potentiometric titrator. 0.05 N KOH solution was used as a titration reagent, and the CEG content was calculated through Equation 1 below at the titration point at which the potential value reached -40 to -60 mV.

[수학식 1][Equation 1]

CEG=(V × 0.05) × 1000)/MCEG=(V × 0.05) × 1000)/M

V: 적정에 소요된 KOH solution량(㎖)V: Amount of KOH solution required for titration (ml)

M: 샘플량(g)M: sample amount (g)

(3) 열적 특성(3) thermal properties

상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 폴리에스테르에 대하여 시차 주사 열량계(Differential Scanning Calorimeter, DSC)를 이용하여 열적 특성을 측정하였다. 시료는 30℃에서 300℃까지 승온시켜 5분 동안 열 이력을 제거한 후 급냉시키고, 다시 10 ℃/분 속도로 승온 후에 냉각시키면서 유리전이온도(Tg), 용융온도(Tm) 및 결정화 온도(Tcc)를 확인하였다.Thermal properties of the polyesters obtained in Examples and Comparative Examples were measured using a Differential Scanning Calorimeter (DSC). The sample is heated from 30°C to 300°C to remove the heat history for 5 minutes, then rapidly cooled, and heated again at a rate of 10°C/min and cooled while the glass transition temperature (Tg), melting temperature (Tm), and crystallization temperature (Tcc) Was confirmed.

(4) 성분 분석(핵자기공명, Nuclear Magnetic Resonance, NMR)(4) Component analysis (nuclear magnetic resonance, NMR)

상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 폴리에스테르를 Deuterated Chloroform/ Trifluoroacetic acid 혼합 용액에 0.5 중량% 농도로 용해시킨 후, Agilent DD2 500MHz Spectrometer를 이용하여 분석 후, 구성 성분을 계산하였다.After dissolving the polyester obtained in Examples and Comparative Examples at a concentration of 0.5% by weight in a mixed solution of Deuterated Chloroform/Trifluoroacetic acid, after analysis using an Agilent DD2 500MHz Spectrometer, the constituent components were calculated.

Figure pat00001
Figure pat00001

표 1을 참조하면, 본 발명에 따라 PET 성분에 디올 성분으로 CHDM을 포함하는 혼합물을 용융하여 글리콜리시스 반응 후 생성된 반응물을 모노머 등의 회수 공정 없이 그대로 중축합할 경우 버진 PETG(비교예 1)와 매우 유사한 물성을 가지는 폴리에스테르의 제조가 가능함을 확인할 수 있다(실시예 1 및 2).Referring to Table 1, in the case of melting a mixture containing CHDM as a diol component in a PET component according to the present invention and polycondensing the reaction product produced after the glycolysis reaction without a recovery process such as a monomer, virgin PETG (Comparative Example 1) It can be seen that it is possible to prepare a polyester having physical properties very similar to (Examples 1 and 2).

다만, 첨가되는 CHDM 함량이 일정 수준에 미치지 못할 경우(실시예 3)에는 열적 특성에 있어 PETG 물성과는 차이가 있는 것으로부터, 본 발명에 따라 CHDM을 사용하여 폴리에스테르를 제조할 경우에는 CHDM을 일정 함량 범위 내에서 사용하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.However, when the added CHDM content does not reach a certain level (Example 3), there is a difference in thermal properties from PETG properties. Therefore, in the case of producing polyester using CHDM according to the present invention, CHDM is used. It can be seen that it is desirable to use it within a certain content range.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. The description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that other specific forms can be easily modified without changing the technical spirit or essential features of the present invention.

따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning, scope and equivalent concepts of the claims are included in the scope of the present invention. It must be interpreted.

Claims (4)

폴리에틸렌 테레프탈레이트 성분과, 사이클로헥산디메탄올을 포함하는 디올 성분을 포함한 혼합물을 용융하여 글리콜리시스 반응을 진행하는 단계를 포함하는 폴리에스테르 제조방법.A method for producing a polyester comprising the step of melting a mixture including a polyethylene terephthalate component and a diol component including cyclohexanedimethanol to undergo a glycolysis reaction. 제1항에 있어서,
상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 성분은 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 플레이크인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 제조방법.
The method of claim 1,
The polyethylene terephthalate component is a polyester manufacturing method, characterized in that the waste polyethylene terephthalate flakes.
제1항에 있어서,
상기 사이클로헥산디메탄올은 상기 디올 성분 중 5 내지 40 몰% 함량으로 포함된 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 제조방법.
The method of claim 1,
The cyclohexane dimethanol is a polyester manufacturing method, characterized in that contained in an amount of 5 to 40 mol% of the diol component.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리에스테르는 유리전이온도(Tg)가 75 내지 85℃ 및 하기 방법에 따라 측정된 카복실 말단(Carboxylic End Group, CEG) 함량이 12 내지 18 Eq/ton인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 제조방법:
[CEG 측정방법]
ASTM D7409에 따라 상기 폴리에스테르를 Benzyl Alcohol/Chloroform에 녹여 전위차 적정기를 이용하여 CEG 함량을 분석하되, 0.05 N KOH solution을 적정시약으로 사용하여, 전위값이 -40 내지 -60 mV에 도달하는 적정점에서 하기 수학식 1을 통해 CEG 함량을 계산함.
[수학식 1]
CEG=(V × 0.05) × 1000)/M
V: 적정에 소요된 KOH solution량(㎖)
M: 샘플량(g)
The method according to any one of claims 1 to 3,
The polyester has a glass transition temperature (Tg) of 75 to 85°C and a carboxylic end group (CEG) content of 12 to 18 Eq/ton measured according to the following method:
[Method of measuring CEG]
According to ASTM D7409, dissolve the polyester in Benzyl Alcohol/Chloroform and analyze the CEG content using a potentiometric titrator, but using a 0.05 N KOH solution as a titration reagent, a suitable point at which the potential value reaches -40 to -60 mV. CEG content is calculated through Equation 1 below.
[Equation 1]
CEG=(V × 0.05) × 1000)/M
V: Amount of KOH solution required for titration (ml)
M: sample amount (g)
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