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재활용 PET(polyethylene terephthalate)를 이용한 PBT(polybutylene terephthalate) 올리고머 제조
Production of PBT(polybutylene terephthalate) Oligomer from Recycled PET(polyethylene terephthalate) 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.54 no.4, 2016년, pp.437 - 442  

조민정 (충남대학교 공과대학 화학공학과) ,  양정인 (충남대학교 공과대학 화학공학과) ,  노승현 (충남대학교 공과대학 화학공학과) ,  조홍제 (충남대학교 공과대학 화학공학과) ,  한명완 (충남대학교 공과대학 화학공학과)

초록
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재활용 PET (Poly ethylene terephthalate)로부터 PBT (Poly butylene terephthalate)를 생산할 수 있는 새로운 방법을 모색하였다. 이 방법은 PET와 BD (1,4-butanediol)의 에스테르 교환반응을 통하여 BHBT (Bishydroxybutylterephthalate) 올리고머를 생성하는 글리콜리시스 반응과 BHBT의 축합 중합 반응을 통하여 PBT 올리고머를 생성하는 축중합 반응으로 이루어져 있다. 이를 통해 단기 수명 주기 제품인 버려지는 PET 페자원을 장기 수명 주기 제품인 PBT로 변환시켜 더 가치 있고 바람직한 재활용을 하고자 하였다. 본 연구에서는 글리콜리시스와 축중합 촉매로 zinc acetate를 사용하였고, 글리콜리시스 반응에 대하여 회분식 반응기와 반 회분식 반응기를 적용하여 성능을 비교하였다. 이를 위하여 생성되는 에틸렌글리콜(EG)의 양을 정량하여 해중합도를 추정할 수 있는 EG 수율과 부산물인 THF 생성량을 성능 척도로 하였다. 반응 도중에 EG를 제거하는 반회분식 반응기의 성능이 회분식 반응기에 비하여 보다 우수한 것으로 나타났다. 또한 반회분식 반응기의 경우 최적의 반응조건은 BD/PET 비율 4, 반응온도 $220^{\circ}C$ 이었으며, 최고 EG 수율은 91% 이었다. 또한 축 중합 반응이 진행됨에 따라 PBT 올리고머의 분자량이 증가하는 것을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A new route for PBT (Poly butylene terephthalate) production from recycled PET (Poly ethylene terephthalate) has been explored. The route consists of glycolysis of PET (Poly ethylene terephthalate) wastes using 1,4-butandiol into BHBT oligomers and polycondensation of the oligomers into PBT oligomer...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 1,4-butanediol (BD)를 이용하여 glycolysis를 통해 PET를 해중합 하고 이렇게 얻어진 BHBT 및 BHBT 올리고머를 진공 상태에서 축중합 시키는 효율적인 방법에 대하여 연구하였다. 반응기의 종류, 반응 시간, 반응 온도, BD의 양과 같은 조건들이 PET의 해 중합도 및 부산물인 THF 생성에 미치는 영향을 알아보았다.
  • 본 연구에서 단기 수명 제품인 PET를 장기 수명 주기 제품인 PBT로 변환시켜 더 가치 있고 바람직한 재활용 방법에 대해 조사하 였다. 이 방법은 1단계로 BD을 이용한 glycolysis 및 에스테르 교환 반응을 반응을 시키고, 2 단계로 진공을 걸어 BHBT중합체인 PBT 올리고머를 제조하는 것이다.
  • 본 연구에서는 PET (poly ethylene terephthalate)와 BD의 에스테르 교환반응을 통하여 BHBT (bishydroxybutylterephthalate)를 생성하는 반응과 이 BHBT를 원료로 축중합 반응을 통하여 PBT (poly butylene terephthalate) 올리고머를 생성하는 반응에 대하여 조사하였다. 이 에스테르 교환 반응의 과정에서 PET의 EG기가 BD기로 대체되면서 EG가 생성되게 된다.
  • 그러나 이 경우 정확한 최적점은 BD 및 THF 가격을 포함한 최적화 과정을 거쳐야 하고 이는 향후 연구에서 취급할 예정이다. 현재 이 논문에서는 BD가 THF로 전환됨에 따른 농도감소에 의한 EG 수율 저하만을 고려하여 최적점을 구하였다.
  • 1단계 반응에서, 반 회분식 반응기를 사용한 경우와 회분식 반응기를 사용한 경우를 비교하여 반회분식 반응기에서 EG와 부반응 생성물인 THF를 제거한 효과를 알아보았다. 회분식 실험을 통하여 반응물의 질량비가 해중합 반응에 미치는 영향을 알아보았다. BD의 비율이 증가하면 해중합도가 증가하는 경향을 보였다.

가설 설정

  • 촉매 사용량은 PET 양의 1 wt%로 하였다. 반응기 예열을 통하여 원하는 반응 온도에 도달한 순간을 반응 개시점으로 가정하였다. 또한 1단계 반응이 끝난 후, 진공 펌프를 응축기에 연결하여 0.
  • BD/PET의 원료 질량비는 4, 반응온도는 210, 220, 230, 240 ℃로 하였다. 원하는 실험 조건의 온도까지 예열한 후, 반응 온도에 도달한 순간을 반응 개시점으로 가정하였다. 정류 시스템의 온도는 EG와 THF만 제거할 수 있도록 130~150 ℃로 유지하였고, 정류 시스템을 통과한 EG와 THF는 응축기에서 액화시켜 수집 용기에 저장하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PET은 어디에 사용되는가 PET (Poly ethylene terephthalate)는 terephthalic acid 혹은 dimethyl terephthalate와 ethylene glycol이 중합에 의해 얻어지는 폴리에스터 (Polyester)이다. 전 세계적으로 PET는 결정성이 크고 용융점이 높아 직물, 필름제조, 다양한 형태의 병과 같은 포장재에 널리 사용되고 있다. 병으로 사용되는 PET는 고강도, 우수한 투명성, 가스(CO2)에대한 저 투과성, 높은 광투과율과 매끄러운 표면을 갖고 있다[1-3].
PET란 무엇인가 PET (Poly ethylene terephthalate)는 terephthalic acid 혹은 dimethyl terephthalate와 ethylene glycol이 중합에 의해 얻어지는 폴리에스터 (Polyester)이다. 전 세계적으로 PET는 결정성이 크고 용융점이 높아 직물, 필름제조, 다양한 형태의 병과 같은 포장재에 널리 사용되고 있다.
PET의 사용량이 증가한 이유는 무엇인가 전 세계적으로 PET는 결정성이 크고 용융점이 높아 직물, 필름제조, 다양한 형태의 병과 같은 포장재에 널리 사용되고 있다. 병으로 사용되는 PET는 고강도, 우수한 투명성, 가스(CO2)에대한 저 투과성, 높은 광투과율과 매끄러운 표면을 갖고 있다[1-3]. 또한 PET가 식품 산업에서 포장재의 생산에 폭넓게 사용되는 이유는 내약품성, 내용물의 높은 품질유지성으로 식품의 위생성과 인체에 대한 안전성 등이 인정받고 있기 때문이다. 이와 같은 장점들 때문에 PET의 사용량이 증가하였고 이에 따라 PET 폐기물이 증가 하게 되었다.
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참고문헌 (8)

  1. Imran, M., Kim, B., Han, M., Cho, B. and Kim, D., "Sub- and Supercritical Glycolysis of Polyethylene Terephthalate(PET) Into the Monomer Bis(2-hydroxyethyl) Terephthalate(BHET)," Polym. Degrad. Stab., 95, 1686-1693(2010). 

  2. Imran, M., Lee, K., Imtiaz, Q., Kim, B., Han, M., Cho, B. and Km, D., "Metal-Oxide-Doped Silica Nanopaticles for the Catalytic Glycolysis of Polyethylene Terephthalate," J. Nanosci. Nanotechnol., 11, 824-828(2011). 

  3. Bartolome, L., Imran, M., Cho, B. G., Al-Masry, W. A. and Kim, D. H., "Recent Developments in the Chemical Recycling of PET," Material Recycling-Trends and Perspectives, 406(2012). 

  4. Han, M., Kang, K. S. and Song, J. K., "Chemical Recycling Technology Technology from Polyester Wastes," Elastomers and Composites, 47(2), 96-103(2012). 

  5. Jo, S., Kim. G., Cho. M., Han. M. and Kang. K., "Feedstock Recycling Technology from Polyester Wastes," Korean Chem. Eng. Res., 52(1), 17-25(2014). 

  6. Neeta G. Kulkarni, C. V. Avadhani, and S. Sivaram., "Efficient Method for Recycling Poly(ethylene terephthalate) to Poly(butylene terephthalate) Using Transesterification Reaction," Journal of Applied Polymer Science, 91, 3720-3729(2004). 

  7. Darda, P. J. and Hogendoorn, J. A. and Versteeg, G. F. and Souren, F., "Reaction Kinetics of Polybutylene Terephthalate Polycondensation Reaction," AIChE Journal., 51, 622-63(2005). 

  8. Chilukuri, V. A.; Sivaram, S. U.S. Patent 5 451 611, 1995. 

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