KR101139093B1 - 폴리에스테르 펠렛의 결정화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 펠렛의 결정화 방법에 관한 것으로, 용융 중합된 공중합 폴리에스테르의 압출과정에서 2중 스트링 노즐을 통해서 공중합 폴리에스테르를 호모 폴리에스테르로 피복시킴으로써 폴리에스테르 펠렛의 표면에서의 결정화 속도를 향상시켜 펠렛 간에 융착을 방지하는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 공중합 폴리에스테르를 호모 폴리에스테르로 피복시킴으로써 펠렛의 고유 물성을 거의 손상시키지 않는 범위에서 표면에서의 결정화 속도를 향상시켜 고온 결정화 과정 중에 융착의 발생을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 결정화가 늦어 융착이 발생하기 쉬운 고함량 공중합 폴리에스테르의 경우에도 열 융착을 방지할 수 있어 기존 폴리에스테르 고상설비에서 제조할 수 없었던 높은 공중합율의 공중합 폴리에스테르도 생산할 수 있다.

공중합 폴리에스테르, 호모 폴리에스테르, 펠렛, 결정화, 스트링

Description

폴리에스테르 펠렛의 결정화 방법 {Process for crystallization of polyester pallet}

도 1은 본 발명에 따른 폴리에스테르 펠렛의 결정화 방법에 사용되는 2중 스트링 노즐 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1의 노즐 장치의 스트링 노즐 정면을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 노즐의 상세 구조 및 노즐을 통하여 호모 폴리에스테르가 공중합 폴리에스테르 스트링의 표면에 피복되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 고함량 공중합 폴리에스테르 용융중합 반응기 라인

2 : 호모 폴리에스테르 용융 압출기 라인

3 : 이중 스트링 노즐

본 발명은 폴리에스테르 펠렛의 결정화 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 2중 스트링 노즐을 통해서 공중합 폴리에스테르를 호모 폴리에스테르로 피복시킴으로써 펠렛의 고유 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 표면에서의 결정화 속도를 향상시켜 열 융착을 방지할 수 있는 폴리에스테르 펠렛의 결정화 방법에 관한 것이다.

통상적으로 폴리에스테르 펠렛은 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 용기 등을 제작하는데 사용되는데, 이러한 폴리에스테르 펠렛은 원료를 용융 중합 후 냉각한 다음 펠렛 형태로 컷팅하여 얻는다. 이로부터 얻어진 펠렛 형태의 폴리에스테르 원료는 고상중합 공정을 거쳐 고유 점도를 높여 우수한 물성을 부여한다.

한편, 상기 고상중합 반응은 고상 반응기의 내부 온도가 200℃ 이상인 고온에서 진행되기 때문에 융착이 발생하면 생산을 지속할 수가 없게 된다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 고상중합 반응 전에 결정화조에서 펠렛을 결정화시켜 융착이 발생하지 않도록 하는 방안이 제시되어 있다. 그러나, 이러한 처리과정에서도 결정화 속도가 느린 고함량 공중합 폴리에스테르의 경우에는 결정화가 지체되어 결정화 과정에서 여전히 융착이 발생할 수 있다.

특히, 기존의 상용 제조 설비에서는 결정화조에 뜨거운 공기를 불어 넣어 결정화를 수행하는 바, 이때 융착을 방지하기 위하여 고압 공기 펄스를 주어 펠렛을 부양하도록 한다. 그러나, 결정화 속도가 느린 폴리에스테르 펠렛의 경우에는 결정화 속도가 낮아 펠렛 간 융착 현상이 심하여 공기 부양을 시켜도 잠시 체류하는 동안에 조차 융착이 발생되어 생산이 어려워지는 경우가 발생한다. 따라서, 이러한 융착 발생 현상이 발생되지 않도록 결정화 처리량을 줄여야 하고, 이에 따라 생산성이 저하되거나 결정화 설비를 추가 건설해야 하는 단점이 있다.

이에 본 발명에서는 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 광범위한 연구를 거듭한 결과, 펠렛의 고유 물성을 손상시키지 않는 범위에서 폴리에스테르 스트링 표면에서의 결정화 속도를 향상시킴으로써 고온 결정화 과정 중에 융착의 발생을 방지할 수 있었고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 펠렛의 고유 물성을 손상시키지 않는 범위에서 폴리에스테르 스트링의 표면에서의 결정화 속도를 향상시킬 수 있는 폴리에스테르 펠렛의 결정화 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 폴리에스테르 펠렛의 고온 결정화 과정 중 융착의 발생을 방지할 수 있는 폴리에스테르 펠렛의 결정화 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적 및 기타 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폴리에스테르 펠렛의 결정화방법은:

폴리에스테르 펠렛의 열 융착 방지용 결정화 방법에 있어서,

(a) 공중합 폴리에스테르와 0.3~0.9dl/g의 고유점도를 갖는 호모 폴리에스테르를 2중 스트링 노즐을 통해서 용융 압출하여 호모 폴리에스테르가 피복된 공중합 폴리에스테르 스트링을 제공하는 단계;

(b) 상기 폴리에스테르 스트링을 냉각하는 단계; 및

(c) 상기 냉각된 폴리에스테르 스트링을 펠렛으로 컷팅하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 호모 폴리에스테르의 피복 두께는 1 내지 50㎛이다.

또한, 상기 (a) 단계의 압출은 240 내지 350℃의 온도에서 수행되며, 상기 (c) 단계의 펠렛 컷팅은 수중 컷팅으로 수행된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 폴리에스테르의 제조시 고상 중합 공정을 거치기 위하여 높은 온도에서 결정화를 하게 되는데, 특히 고 공중합율을 갖는 조성의 폴리에스테르인 경우에는 결정화가 지체되어 결정화 과정 중에 펠렛 간의 융착이 발생되는 바, 이에 폴리에스테르 펠렛 표면에서의 결정화 속도를 향상시켜 펠렛 간에 융착을 방지할 수 있는 폴리에스테르 펠렛의 결정화 방법이 제공된다.

일반적으로 폴리에스테르의 결정화 과정에 있어서, 용융 공중합된 폴리에스테르를 노즐을 통해 스트링(string)으로 압출하면서 냉각한 후 펠렛화하기 위하여 컷팅 과정을 거치게 되는데, 본 발명에서는 스트링을 압출할 때, 2중 스트링 노즐을 이용하여 결정화가 잘되는 호모 폴리에스테르를 공중합 폴리에스테르 스트링의 표면에 1~50㎛의 두께로 피복시켜 표면에서의 결정화 속도를 향상시킨다. 한편, 상기 컷팅 과정은 스트링 냉각 후 펠렛으로 컷팅하거나 또는 수중 컷팅(Under water cutting)하여 펠렛화할 수 있다. 바람직하게는, 수중 컷팅의 경우가 표면 피복의 봉합이 더 잘되어 좋다.

이하, 도 1에 나타낸 2중 스트링 노즐 장치를 참조하여 본 발명의 폴리에스테르 펠렛의 결정화 방법을 설명한다.

본 발명의 방법에 따라 결정화 속도가 빠른 호모 폴리에스테르를 통상의 공중합 폴리에스테르 스트링의 표면에 피복하기 위해서는 적절한 노즐 디자인이 필요하다. 도 1을 참조하면, 제1공급라인(1) 과 제2공급라인(2)을 갖는 2중 스트링 노즐(3)이 제공되는데, 상기 노즐(3)은 공중합 폴리에스테르가 제1라인(1)으로부터 공급되고 호모 폴리에스테르가 제2라인(2)으로부터 공급되도록 설계되어 반응기의 토출구에 장착되며, 히터가 내장되어 온도조절이 가능하도록 제작된다. 이와 같은 스트링 노즐(3)의 정면을 도 2에 나타내었다. 또한, 상기 노즐의 상세 구조를 도 3에 나타내었는 바, 이러한 2중 스트링 노즐을 통해서 결정화가 잘되는 호모 폴리에스테르가 공중합 폴리에스테르 스트링의 표면에 1~50㎛의 두께로 피복되어 표면에서의 결정화 속도가 향상된다.

상술한 바와 같은 노즐 장치의 제2라인(2)에 공급되는 호모 폴리에스테르는 그 고유점도가 0.3~0.9dl/g, 바람직하게는 0.55~0.65dl/g인 것이 좋고, 상기 제1라인(1)으로부터 공급되는 공중합 폴리에스테르에 피복되는 호모 폴리에스테르의 피복 두께는 1~50㎛, 바람직하게는 3~8㎛인 것이 요구 물성 발현면에서 좋다. 상기 피복 두께가 얇으면 공중합 폴리에스테르의 고유 물성을 해치지 않아 바람직하나, 피복되는 호모 폴리에스테르의 양을 감안하여 공중합의 조성을 미리 조절할 수도 있다.

한편, 상술한 바에 따라 상기 2중 스트링 노즐(3)로 각각 공급된 폴리에스테 르는 토출구를 통해서 스트링으로 용융 압출되는데, 이때 상기 압출온도는 240~350℃, 바람직하게는 260~290℃인 것이 폴리에스터 고유 물성 유지면에서 적합하다.

다음으로, 상기 토출된 폴리에스테르 스트링은 냉각 후 회전 커터를 사용하여 펠렛화하는데, 이때 컷팅된 면으로 공중합 폴리에스테르가 노출되며, 이러한 절단면으로 융착이 발생될 수 있다. 따라서, 이러한 절단면상의 융착 현상을 방지하기 위하여 언더워터 컷팅 방식을 채택하는 경우, 압출 노즐로 압출되는 순간, 회전 커터로 노출 절단면이 봉합되면서 냉각되기 때문에 공중합 폴리에스테르의 노출 면적을 최소화할 수 있어 바람직하다.

이하 하기 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1 및 비교예 1]

가압과 가열이 가능한 반응기에 테레프탈릭 애시드(TPA) 1.2kg과 이소프탈릭 애시드(IPA) 0.1kg과 에틸렌 그리콜(EG) 620g을 같이 혼합하여 슬러리를 조제한 뒤, 냉각 콘덴서가 장착된 반응기에 넣고, 승온을 시작하면서 서서히 가압하여 1kg/㎠ 질소 가압상태와 265℃의 반응 온도를 유지한다. 약 6시간 반응 후 더 이상 유출수가 없을 때, 에스테르반응을 종결하고, 이 반응물을 감압이 가능한 반응기로 이송한 후, 안티모니 트리옥사이드를 200ppm, 코발트 트리아세테이트 150ppm, 인산을 100ppm을 투입하며, 10분간 교반 후, 승온하여 285℃까지 반응온도를 올리면서 진공은 0.1~0.05 토르를 유지하도록 한다. 2시간 반응 후 도 1에 나타낸 바와 같이 디자인된 압출 홀 1개인 노즐을 반응기 토출구에 장착하고, 소형 압출기를 2번 라인(2)에 연결하고 고유점도 0.58dl/g의 호모 폴리에스테르 펠렛을 압출기 호퍼에 준비하였다. 반응기에 질소압을 가하여 노즐을 통해 스트링을 압출하면서 냉각 베쓰를 통해 냉각 후 회전 커터로 유도하여 펠렛으로 절단하기 시작하고 이때 압출기를 작동하기 시작한다. 압출기의 배럴온도는 265℃이고 싱글 스크루를 사용하며 10rpm으로 조절하였다. 5분 뒤부터 절단된 펠렛을 테스트에 사용하였다.

펠렛을 상온상에서 물기를 제거한 뒤, 펠렛을 알루미늄 접시에 50g을 담은 후 135℃의 열풍오븐에 30분간 방치한 후 접시를 3차례 실험대 위에 가볍게 쳐서 충격을 준 뒤, 쏟아 부어 떨어져 나온 펠렛의 양을 측정하여 스트링 결정화하지 않은 샘플과 비교 측정 하였다. 피복된 펠렛은 30g이고, 처리하지 않은 비교 샘플은 3g이었다.

135℃ 열풍 오븐에서 50g 건조 후, 융착되지 않은 펠렛량

No.	실시예 (처리 펠렛)	비교예 (비처리 펠렛)
1	30g	3g

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 고함량 공중합 폴리에스테르 제조에서 결 정화 공정 중에 발생하는 융착을 방지하는 물리적인 처리 방법에 관한 것으로, 기존 폴리에스테르 제조의 고상 중합과정에서 융착 현상 때문에 고함량 공중합 폴리에스테르를 제조하지 못하거나, 또는 생산성 및 물성 저하로 정상적으로 폴리에스테르를 생산하지 못하던 문제를 이중 압출 노즐을 이용하여 결정화 속도가 빠른 호모 폴리에스테르를 결정화 속도가 낮은 공중합 폴리에스테르 스트링의 표면에 피복함으로써 펠렛의 표면을 개질하여 해결할 수 있다.

따라서, 고온의 결정화 과정 중 발생하던 융착 현상을 막을 수 있고, 또한 각 공중합율에 따라 피복되는 호모 폴리에스테르의 조성을 달리하여 기존 폴리에스테르 고상설비에서 제조할 수 없었던 높은 공중합율의 공중합 폴리에스테르도 생산할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 기술적 사상 또는 범위내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. 따라서, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위 및 그 동등범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (4)

1. 폴리에스테르 펠렛의 열 융착 방지용 결정화 방법에 있어서,

   (a) 공중합 폴리에스테르와 0.3~0.9dl/g의 고유점도를 갖는 호모 폴리에스테르를 2중 스트링 노즐을 통해서 용융 압출하여 상기 호모 폴리에스테르가 피복된 공중합 폴리에스테르 스트링을 제공하는 단계;

   (b) 상기 폴리에스테르 스트링을 냉각하는 단계; 및

   (c) 상기 냉각된 폴리에스테르 스트링을 펠렛으로 컷팅하는 단계;

   를 포함하는 폴리에스테르 펠렛의 결정화 방법으로서,

   상기 (c) 단계의 펠렛 컷팅은 수중 컷팅으로 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 펠렛의 결정화 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 호모 폴리에스테르의 피복 두께는 1 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 펠렛의 결정화 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계의 압출은 240 내지 350℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 펠렛의 결정화 방법.
4. 삭제

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