KR20220076190A - 폴리카보네이트 결정화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리카보네이트 결정화 장치에 관한 것으로서, 결정화 용매 중에서 폴리카보네이트 입자를 결정화 시키는 결정화 반응기 및 상기 결정화 반응기 측면에 연결되어, 상기 결정화 반응기 상단에 부유하는 부유물과 액상 용질의 일부가 이동하여 저장되는 버퍼탱크를 포함하는 폴리카보네이트 결정화 장치를 제공한다.

Description

폴리카보네이트 결정화 장치{POLYCARBONATE CRYSTALLIZATION DEVICE}

본 발명은 폴리카보네이트 결정화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응기 상단에 형성되는 미분, 올리고머와 같은 부유물을 반응기 측면의 버퍼탱크에 공급하여 결정화 반응기 내부에서 배출되지 않은 폴리카보네이트 잔류물과 함께 반응기로부터 용이하게 배출시킬 수 있도록 한 폴리카보네이트 결정화 장치에 관한 것이다.

폴리카보네이트(polycarbonate) 수지는 방향족 폴리탄산 에스테르 결합의 구조를 가지며, 열변형 온도가 약 130˚인 대표적인 열가소성 중합체이다. 폴리카보네이트로 이루어진 수지는 내열성, 내충격성, 기계적 강도, 치수안정성, 투명성 등이 매우 우수하여 엔지니어링 플라스틱의 중요한 부분으로 자리매김 하며 성장을 해 오고 있으며 전기/전자 제품 외장재, 사무기기 컴팩트디스크, 포장재, 자동차 범퍼 등의 엔지니어링 플라스틱 분야에 널리 이용되고 있다.

폴리카보네이트는 대표적인 비결정성 수지로 결정화가 잘 이루어 지지 않지만 수평균 분자량이 2,000~4,000 수준의 폴리카보네이트(polycarbonate;PC) 프리폴리머(prepolymer)는 일반적인 고분자량의 폴리카보네이트에 비해 결정화가 용이하다.

폴리카보네이트의 결정화 방법에는 열에 의한 결정화, 용해 후 증발법, 아세톤 함침법 등이 있으며, 이 중 아세톤 함침법이 가장 일반적인 방법으로 알려져 있다.

아세톤 함침법은 교반기를 이용하여 PC 프리폴리머/아세톤을 함침한 다음 이를 교반하여 폴리카보네이트를 결정화하게 된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 결정화 반응기에서는 폴리카보네이트의 결정화 후 시료 배출구를 통해 결정화된 폴리카보네이트와 아세톤을 시료 배출구를 통해 배출 시, 반응기 상부에 응집되어 굳어버리거나, 결정화 용매가 먼저 전부 배출되어 토출되지 못한 폴리카보네이트는 배관 내에 잔류하게 되며 이로 인해 배관 내부를 막게 되는 플러깅 문제가 있으며, 결정화된 폴리카보네이트의 회수율이 저하되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제1568186호(2015.11.05)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 반응기 상단에 형성되는 미분, 올리고머와 같은 부유물을 반응기 측면의 버퍼탱크에 공급하여 결정화 반응기 내부에서 배출되지 않은 폴리카보네이트 잔류물과 함께 반응기로부터 용이하게 배출시킬 수 있도록 한 폴리카보네이트 결정화 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 결정화 용매 중에서 폴리카보네이트 입자를 결정화 시키는 결정화 반응기 및 상기 결정화 반응기 측면에 연결되어, 상기 결정화 반응기 상단에 부유하는 부유물과 액상 용질의 일부가 이동하여 저장되는 버퍼탱크를 포함하는 폴리카보네이트 결정화 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 용질은 폴리카보네이트 올리고머, 결정화 미분, 불순물 중 적어도 1종 이상이 포함된다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 폴리카보네이트 결정화 장치에 의하면, 결정화 반응기 내부에 잔류하는 폴리카보네이트 잔류물을 전부 배출시킬 수 있으며, 이를 통해 보다 높은 카보네이트 회수율을 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴리카보네이트 결정화 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래의 폴리카보네이트 결정화 반응기 내에서 시료의 잔류 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 사용된 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된 것이며, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴리카보네이트 결정화 장치를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 폴리카보네이트 결정화 장치는 폴리카보네이트에 대해 결정화하기 위해 결정화 반응기(100)가 제공된다.

폴리카보네이트(Polycarbonate)를 결정화하기 위하여 수 분자량(M_n) 2000~4000 수준인 프리폴리머(Pre-polymer)를 사용하게 된다.

결정화하는 방법은 열에 의한 결정화, 용해 후 증발법, 용해 후 재결정법, 비용매 함침법 등이 있으며, 이 중 비용매 함침법 중에서 아세톤 함침법(Acetone dipping method)의 경우가 가장 일반적인 것으로 알려져 있다.

본 발명의 실시예에서는, 아세톤 함침법을 이용한 결정화 공정을 살펴보면 반응기(100)에서 결정화 용매인 아세톤 용액과 폴리카보네이트 프리폴리머(이하, 'PC 프리폴리머'라 함)의 교반을 통해 폴리카보네이트의 결정화 과정이 진행된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 아세톤 용액을 결정화 용매로 한정하였으나, 다른 용액을 결정화 용매로 채택하여 적용할 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 아세톤 용액은 PC 프리폴리머와 함께 결정화 장치에서 교반 공정을 통해 PC 프리폴리머를 결정화하는데 더 유리할 수 있다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 폴리카보네이트 결정화 장치는 반응기(100), 시료 투입구(110), 시료 배출구(120), 구동모터(130), 교반 블레이드(140), 버퍼 탱크(200) 및 제어부(300)를 포함한다.

반응기(100)는 원통형 형상으로, 아세톤 용액 및 PC 프리폴리머의 시료를 수용하기 위해 제공된다. 시료 투입구(110)를 통한 아세톤 용액 및 PC 프리폴리머 시료의 투입 비율은 2:1 wt%로 초기 아세톤 및 PC 폴리머의 응집성을 줄이기 위해 아세톤 용액의 비율을 더 높게 형성하는 것이 바람직하다. 그리고 시료 투입구(110)를 통한 투입 순서는 아세톤 용액을 먼저 투입하고, PC 프리폴리머를 투입한 다음 결정화 반응을 진행하게 된다.

반응기(100)의 내부 중심에는 구동모터(130)에서 제공되는 구동력에 의해 회전하는 회전축(135)이 형성되며, 회전축(135)에 교차하는 방향으로 복수의 교반 블레이드(140)가 간격을 두고 설치되어, 아세톤 용액 및 PC 프리폴리머를 교반하게 된다. 이와 같이 아세톤 용액 및 PC 플리폴리머를 교반함으로써, 폴리카보네이트의 결정화 반응이 수행된다.

반응기(100) 내에서 교반 블레이드(140)를 회전시킬 경우 아세톤 용액 내에서 폴리카보네이트가 분산되는데, 폴리카보네이트의 밀도(약 1.2Kg/cc)가 아세톤 용액의 밀도보다 높아 아세톤 용액의 하층부에는 결정화 공정을 거친 PC 프리폴리머가 가라 앉게 되고, 아세톤 용액의 상층부에는 부유하는 부유물과 올리고머(oligomer), 결정화 미분, 불순물 중 적어도 1종 이상이 포함된 액상 용질이 부유하게 된다.

올리고머, 결정화 미분, 불순물 등은 PC 프리폴리머의 결정화 단계에서 발생하는 액상 용질로서, 유동화 형식의 고상중합 과정에서 손실될 가능성이 매우 높아 재료의 손실로 이어지고 입자간의 응집을 유발하여 원활한 중합을 방해하게 되므로 액상 용질을 별도로 분리하여 저장하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 액상 용질을 별도 저장한 후 시료 배출구(120) 내에 응집된 상태의 폴리카보네이트 잔류물을 배출하는데 활용하게 된다.

반응기(100)에서 폴리카보네이트의 결정화 후 시료 배출구(120)를 통해 결정화된 PC 프리폴리머와 아세톤 용액의 혼합물을 배출 시 먼저 아세톤 용액이 전부 배출될 경우 시료 배출구(120) 내 마찰 계수의 증가로 인해 배출되지 않은 결정화된 폴리카보네이트 잔류물이 시료 배출구(120) 주위에 응집된 상태로 잔류하게 되어 시료 배출구(120)를 막게 되는 문제점이 발생하게 된다.

이러한 현상의 가장 중요한 해결 방안은 폴리카보네이트의 결정화 공정 시 반응기 상단에 형성되는 올리고머, 미분, 불순물과 같은 부유물을 반응기(100)의 하단으로 흘려 주어, 시료 배출구(120) 내에서 응집된 상태의 폴리카보네이트 잔류물과 함께 배출될 수 있게 하는 것이 중요하다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 반응기(100)의 일측에는 반응기(100)에 수용되어 교반된 상태의 액상 용질과, 반응기(100) 상단에 부유하는 부유물을 공급라인(210)을 통해 공급받아 일시적으로 저장하는 버퍼 탱크(200)를 구비한다.

버퍼 탱크(200)에는 반응기(100)의 상층부에 연결되며, 반응기(100) 내에 부유하는 부유물과 액상 용질을 일시 저장하기 위해 공급받기 위한 공급라인(210)이 구비되고, 반응기(100)의 하단에 연결되어 시료 배출구(120)쪽으로 부유물 및 액상 용질을 흘려 주기 위한 배출라인(220)이 구비된다.

본 발명의 다른 실시예에서의 바이패스라인(210)은, 반응기(100)로부터 시료 배출구(120)를 통해 배출되는 결정화 반응이 완료된 상태의 아세톤 용액을 버퍼 탱크(200)로 회수하여 일시 저장한 상태에서 폴리카보네이트 잔류물을 배출하도록 하는데 사용할 수 있다. 즉, 반응기(100) 내에서 결정화 반응이 완료되고 난 후, 시료 배출구(120)를 통해 폴리카보네이트와 함께 배출되는 아세톤 용액 중 일부를 버퍼 탱크(200)로 회수하여 저장할 수 있다. 반응기(100)에서 결정화 반응이 완료되어 시료 배출구(120)를 통해 배출된 아세톤 용액은 회수라인(미도시)에 의해 버퍼 탱크(200)로 회수 가능하며, 필요에 따라 펌프 등이 사용될 수 있다.

이와 같이 버퍼 탱크(200)로 공급되는 부유물, 액상 용질 또는 아세톤 용액은 반응기(100)의 하단으로 배출되어 시료 배출구(120)쪽에 잔류하는 폴리카보네이트 잔류물의 배출을 수행하는데 활용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 반응기(100)의 상층부에 부유하는 부유물, 액상 용질 또는 반응기(100)에서 시료 배출구(120)를 통해 배출된 아세톤 용액은 버퍼 탱크(200)로 공급된 상태로 일시 저장될 수 있으며, 이는 반응기(100)의 시료 배출구(120) 내의 배출되지 않은 폴리카보네이트 잔류물을 완전히 배출하도록 하는데 활용할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 폴리카보네이트 결정화 장치에 구비된 제어부(300)의 제어에 의해 버퍼 탱크(200) 내에 저장된 부유물, 액상 용질 또는 아세톤 용액의 배출 시점을 설정할 수 있다.

버퍼 탱크(200)로부터의 부유물, 액상 용질 또는 아세톤 용액의 배출은, 반응기(100) 내에서 결정화된 폴리카보네이트가 시료 배출구(120)를 통해 배출이 완료된 시간을 기준으로 소정 시간이 경과한 후의 시점을 부유물, 액상 용질 또는 아세톤 용액의 배출 시점으로 설정할 수 있다.

따라서, 반응기(100)의 시료 배출구(120)를 통해 결정화된 폴리카보네이트가 배출이 완료된 시간을 저장하고, 그 완료 시간을 기준으로 소정 시간이 경과한 후의 시간을 토대로 부유물, 액상 용질 또는 아세톤 용액을 배출하도록 한다. 이때, 제어부(300)는 설정된 배출 시점을 토대로 버퍼 탱크(200)의 배출라인(220)의 개도량을 제어하여 아세톤 용액을 배출할 수 있다.

즉, 반응기(100)의 상층부에 부유하는 부유물, 액상 용질 또는 반응기(100)에서 결정화 반응이 완료되어 시료 배출구(120)를 통해 배출된 아세톤 용액이 버퍼 탱크(200)에 저장된 상태에서, 배출라인(220)의 개도를 제어하는 제어부(300)의 제어에 의해 배출라인(220)과 연결된 시료 배출구(120)로 부유물, 액상 용질 또는 아세톤 용액을 배출하여, 반응기(100)의 시료 배출구(120) 내에서 배출되지 않고 잔류하는 폴리카보네이트 잔류물을 시료 배출구(120)로부터 배출할 수 있다.

한편, 반응기(100)의 시료 배출구(120)에는, 결정화된 폴리카보네이트의 배출 유량을 직접 측정하기 위한 구성으로 유량센서(125)가 설치될 수 있다.

그리고, 제어부(300)는 유량센서(125)의 신호를 입력받아 유량 변화에 따라 상기 버퍼 탱크(200)의 배출라인(220)의 개도량을 제어할 수 있다.

이와 같은 유량센서(125)는 결정화된 폴리카보네이트가 시료 배출구(120)로부터 배출되는 것을 직접 센싱할 수 있게 되므로, 버퍼 탱크(200)의 배출라인(220)의 개도 시점을 제어부(300)에 의해 정확히 판단할 수 있기 때문에 부유물, 액상 용질 또는 아세톤 용액의 배출 시점을 판단하는데 더 유리할 수 있다.

실험예

표 1은, 위에서 설명된 폴리카보네이트 결정화 반응기(100)의 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3과, 버퍼 탱크(200) 없이 반응기(100)만을 구비한 폴리카보네이트 결정화 반응기(100)를 비교예 1로 하여 실험한 결과를 나타낸 것이다.

표 1에 보이는 바와 같이, 동일한 결정화 공정을 거친 폴리카보네이트 프리폴리머를 이용하였으며, 버퍼 탱크(200)의 설치 여부 및 버퍼 탱크(200)의 용량 및 사용 가능한 아세톤 용액을 제외하고는 결정화 반응기(100)의 규격 및 공정 조건은 동일하게 제어되었다.

표 1에서 각 사용 가능한 아세톤 용액의 용량은 결정화 반응기(100)에 저장되는 아세톤 용액으로서, 결정화 공정 시 사용되는 아세톤 용량을 말한다. 또한, 비교예 1에서는 사용 가능한 아세톤이 결정화 반응기(100)에서 저장되는 아세톤 용량이 되며, 사용 가능한 5.2ℓ, 7.2ℓ, 9.2ℓ의 아세톤 용량이 저장된 반응기(100)를 가지는 실시예 1 내지 실시예 3에서는 반응기(100) 상단에 부유되는 부유물 및 올리고머, 결정화 미분 등의 액상 용질이 버퍼 탱크(200)에 저장될 수 있다.

공급라인(210)을 통해 반응기(100)로부터 버퍼 탱크(200)로 부유물 및 액상 용질이 공급되도록 하였으며, 버퍼 탱크(200)에 공급된 부유물 및 액상 용질이 반응기(100)의 시료 배출구(120)를 통해 배출되도록 하였다.

		실시예1	실시예2	실시예3	비교예1
결정화 투입양(wt%)	아세톤	2	2	2	2
	Prepolymer 폴리카보네이트	1	1	1	1
결정화공정 (교반반응)	교반속도(rpm)	100	100	100	100
	교반시간(Min)	10	10	10	10
	분리방법(0.5 mm)	V/S	V/S	V/S	V/S
	사용가능 아세톤 (L)	5.2	7.2	9.2	3.25
	버퍼 탱크 용량(L)	6	10	13	-
	반응물 배출 여부	Good	Good	Good	Poor

표 1에 기재된 실험 조건에 근거하여 실시예 1, 2, 3의 경우 버퍼 탱크(200)를 사용하지 않은 비교예 1 보다 버퍼 탱크(200)에 저장되는 올리고머 및 결정화 미분 등의 액상 용질에 의해 반응기(100) 내에서 결정화 공정을 거치고 잔류한 폴리카보네이트 잔류물을 전부 배출시킴으로써, 폴리카보네이트 프리폴리머의 우수한 배출 효과를 확인할 수 있으며, 이를 통해 보다 높은 카보네이트 회수율을 얻을 수 있음을 확인하였다.

따라서, 본 발명은, 결정화 반응기(100) 내부에서 배출되지 않은 폴리카보네이트 잔류물을 반응기 상단에 형성되는 미분, 올리고머와 같은 부유물을 사용하여 반응기(100)의 시료 배출구(120)에서 결정화 공정을 거치고 잔류한 폴리카보네이트 잔류물을 배출시킬 수 있다.

상술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 반응기 110 : 시료 투입구
120 : 시료 배출구 130 : 구동모터
140 : 교반 블레이드 200 : 버퍼 탱크
210 : 공급라인 220 : 배출라인

Claims (2)

1. 결정화 용매 중에서 폴리카보네이트 입자를 결정화 시키는 결정화 반응기 및 상기 결정화 반응기 측면에 연결되어, 상기 결정화 반응기 상단에 부유하는 부유물과 액상 용질의 일부가 이동하여 저장되는 버퍼탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리카보네이트 결정화 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 용질은 폴리카보네이트 올리고머, 결정화 미분, 불순물 중 적어도 1종 이상이 포함된 것을 특징으로 하는 폴리카보네이트 결정화 장치.
   
   

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