결정고분자 펠렛과 과립의 제조방법 및 그를 위한 장치 document_id A220623023050

다음의 미합중국 특허 및 공개된 특허출원은, 본 발명과 관련이 있고, 본 명세서에 전문이 개시된 것과 같이 본 출원에 참고문헌으로 포함된 개시물들을 포함한다. 미합중국 특허 발명자 5,563,209 Schumann et al 6,706,824 Pfaendner et al 5,648,032 Nelson et al 6,762,275 Rule et al 6,790,499 Andrews et al 6,344,539 Palmer 6,518,391 McCloskey et al 5,663,281 Brugel 6,455,664 Patel et al 6,740,377 Pecorini et al 5,750,644 Duh 6,121,410 Gruber et al 6,277,951 Gruber et al 4,064,112 Rothe et al 4,161,578 Herron 5,412,063 Duh et al 5,532,335 Kimball et al 5,708,124 Al Ghatta et al 5,714,571 Al Ghatta et al 5,744,571 Hilbert et al 5,744,572 Schumann et al 6,113,997 Massey et al 6,159,406 Shelby et al 6,358,578 Otto et al 6,403,762 Duh 5,864,001 Masse et al 6,534,617 Batt et al 6,538,075 Krech et al 2005/004931 Rule et al 2005/0056961 Bonner 발명의 요약 본 발명은 추가 공정에 앞서 고분자 펠렛(pellet)과 과립(granule)의 추가적인 가열없이 자가 결정화하여 궁극적으로 충분한 결정형 구조를 제공하기에 충분한 잠재열(latent heat)을 보유하는 수중에서 고분자 펠렛을 생산하는 펠렛화 시스템에 관한 것이다. Gala의 출원들은 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 또는 PET 및 그들의 공중합체(co-polymer)에 대한 이러한 증가된 열조건의 효율성을 설명하고 있다. 유사하게 증대된 열조건하에서 결정화되는 다른 고분자들이, 워터 슬러리(water slurry)에서 펠렛과 과립의 체류시간(residence time)을 감소시킴으로써, 건조하는 동안 펠렛과 과립 내에서 결정화가 일어나도록 펠렛과 과립에 충분한 열을 남기는 장점을 가진다는 사실을 발견하였다. 이 고분자들은 “결정형 고분자(crystallizing polymer)”로 본 발명에서 확인된 고분자의 넓은 범주에 속한다. 자가 결정화(self-initiated crystallization)를 위해서는, 펠렛이 수중 펠렛제조기의 배출구로부터 건조장치로 들어가서 건조장치를 통해 흘러가는 속도가 상당히 빠르도록 펠렛이 물에서 가능한 빨리 분리되어야 한다는 사실을 발견하였다. 이러한 펠렛은 펠렛의 잠재열을 대부분 유지하는 건조기를 빠져 나와, 추가적인 시간내에 원하는 결정도를 얻도록 하는 통상적인 진동 운반장치 또는 유사한 진동장치 또는 다른 작동가능한 장치로 운반될 수 있다. 통상적인 열 보유 장치 또는 단열 콘테이너 내에 뜨거운 펠렛을 보관하는 것이 원하는 수준의 결정도를 달성할 수 있는 시간을 제공하는 본 발명에 포함된다. 원하는 결정화는 계속되는 공정에서, 펠렛과 과립의 응집(agglomeration)을 회피하기에 충분하다. 물로 부터 펠렛과 과립의 분리 및 연속적인 건조장치로의 펠렛의 이동속도의 증가는 Gala의 출원에서 PET와 공중합체에 대해 개시된 것과 같은 일반적 공정과 장치를 이용하여 달성되었다. 절단된 펠렛과 과립이 워터 슬러리에서 수중 펠렛제조기의 워터 박스를 떠나면, 공기 또는 다른 적절한 불활성 기체가 워터 박스로부터 건조장치로의 운반관에 주입된다. 주입된 기체는 펠렛과 과립으로부터 효율적으로 물을 분리하여 증기로 만들고, 궁극적으로 건조기를 통한 펠렛의 운반속도를 증가시킨다. 이러한 운반속도의 증가는 원심 건조기에서 빠져나올 때 비결정형이 될 수 있는 펠렛과 과립 내부에서 결정화를 유도하기에 충분한 온도에 펠렛을 남아 있을 수 있도록 충분히 빠르다. 당업계의 숙련된 자라면 비교적 효율적인 다른 통상적인 펠렛의 건조방법을 사용할 수도 있고, 이는 참고문헌으로 본 명세서에 포함되었다. 주입한 공기는 물을 공급하고 펠렛제조기 워터 박스의 출구로부터 건조기로의 운반속도를 증가시키기 위해서, 매우 빠른 속도를 유지하여야 한다. 특히, 주입된 공기의 부피는 바람직하게는 1.5 인치 직경의 관으로 밸브를 통해 주입하는 것을 기준으로 할 때, 시간당 최소 100㎥가 되어야 한다. 당업계의 숙련된 자라면, 이러한 흐름 부피(flow volume)는 작업부피, 건조효율 및 관의 직경에 따라 달라질 수 있다는 것은 이해할 수 있을 것이다. 질소 또는 다른 불활성 기체를 공기 대신에 사용할 수 있다. 당업계의 숙련된 자들이라면, 건조기로, 또는 건조기를 통해 펠렛을 가속화시켜서 펠렛으로부터 액상의 물을 비교적 잘 분리시키는 다른 방법들을 사용할 수 있고, 본 명세서에 참고문헌으로 포함하였다. 슬러리 관(slurry piping)으로의 공기주입속도는, 바람직하게는 공기주입 위치의 뒤에 위치하는 펠렛제조(ball valve) 또는 다른 밸브를 이용하여 조절하였다. 이러한 밸브를 통한 조절은 운반관 및 건조장치 내의 펠렛과 과립에 대한 보존 시간을 조절하도록 하고, 펠렛과 워터 슬러리의 공급을 증가시키는 역할을 한다. 또한, 공기주입 위치 뒤에서 밸브를 이용하여 운반관에서 진동을 감소시키거나 제거시킨다. 공기주입의 조절은 펠렛 내부에 상당한 잠재열을 보유하도록 하는 건조기를 통한 펠렛제조기의 워터 박스 출구로부터 운반시간을 감소시키는데 필요한 조절이 가능하도록 한다. 더 큰 직경의 펠렛은 상대적으로 작은 직경의 펠렛보다 빨리 열을 손실하지 않고, 따라서 작은 펠렛보다 더 낮은 속도로 운반될 수 있다. 당업계의 숙련된 자라면, 펠렛 직경이 작아질수록 공기주입 속도를 증가시켜서 유사한 결과를 얻을 수 있다는 사실을 이해할 수 있을 것이다. 펠렛제조기의 워터 박스와 건조기 배출구 사이의 체류시간의 감소는, 원하는 결정도를 얻기 위해 펠렛 내에 충분한 열을 남겨 두었다. 펠렛 내부 열의 보유는 건조기로부터 및/또는 통상적인 보관 컨테이너 또는 단열 컨테이너(heat insulating container)를 통해 펠렛을 배출한 후 열을 보존하는 진동 운반장치에 의해 증가된다. Gala의 출원에는 진동 운반장치에서의 운반시간은 20초 내지 90초 사이가 효과적임이 개시되어 있고, 30초 내지 60초 사이가 특히 효과적임이 확인되었다. 이 시간 틀은 본 명세서에 언급한 고분자에 대하여 유효하여야 한다. 30% 또는 그 이상, 바람직하게는 35% 또는 그 이상, 가장 바람직하게는 40% 또는 그 이상의 결정화가 본 명세서에 언급한 공정에 따라 달성될 수 있다. 특정 조성 및 원하는 수준의 결정화에 대한 최적의 결과에 맞도록 고분자 및 고분자 블렌드에 대한 체류시간을 조절할 수 있다는 사실을 당업계의 숙련된 자라면 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에 기술된 공정을 통해 추가적인 가열공정은 생략된다. 결국, 본 발명의 목적은 건조기로부터 배출되는 고분자 펠렛을 결정화하는 수중 펠렛제조기에서, 고분자를 결정화하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 무정형의 고분자 펠렛을 결정화 고분자 펠렛으로 전환시키는 고비용의 2차 가열공정을 생략하고 수중 펠렛제조기를 이용하여 결정화 고분자 펠렛을 제조하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 불활성 기체를 펠렛제조기로부터 배출되는 펠렛과 물의 슬러리에 주입시켜, 수증기(water vapor mist) 형태를 만들고, 결과적으로 운반되는 펠렛에서 더 많은 열을 보존시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 최소한 100㎥/시간, 또는 약 175㎥/시간 또는 그 이상의 유속으로 공기를 주입시키는 장치를 통해 빠르게 펠렛을 운반시켜서 건조기를 빠져나오기 전의 펠렛의 체류시간을 충분히 감소시킴으로써, 전체 결정도(100%)의 30 내지 40%의 결정도를 달성하도록 하여, 상술한 본 발명의 목적에 부합하는 결정형 고분자의 수중 펠렛화 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 건조기로 부터 배출되는 펠렛이 펠렛 내부에 충분한 열을 보존하여, 연속적인 가열공정없이 펠렛의 결정도가 최소한 35%가 되도록 하는 수중 펠렛제조기를 이용하여, 결정화 고분자 펠렛을 제조하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 다이페이스에서 압출되는 시간으로 부터 원심 건조기로부터의 배출시까지의 체류시간을, 펠렛제조기로 부터 건조기까지의 슬러리 라인으로 기체를 주입하여 약 1초이하로 감소시키도록 하는, 결정화 고분자 펠렛을 제조하기 위한 수중 펠렛화 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 슬러리 라인의 밸브 하류에 있는 수증기 입자의 압력을 증대시키는 밸브장치를 이용하여 체류시간을 조절함으로써, 상술한 본 발명의 목적에 부합하도록 하는 결정화 고분자 펠렛을 제조하는 수중 펠렛화 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 건조기로부터 배출되는 뜨거운 펠렛을 진동하는 운반장치 또는 다른 진동 또는 조작장치로 이동시킴으로써, 주어진 펠렛의 부피를 통해 상당히 균일한 결정화를 달성하는 수중 펠렛제조기를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 종래의 Gala의 출원에 개시된 방법 및 장치로 달성할 수 있는 고분자 자가개시 결정화가 가능한 고분자와 공중합체의 범위를 확장하는 것이다. 이들 및 다른 본 발명의 목적과 장점들은, 본 명세서, 특허청구범위 및 참고문헌에 좀 더 상세하게 설명된 구조 및 작동의 설명 및, 유사한 도면부호가 유사한 부분을 언급하는 본 명세서에 수반되는 도면을 참조하면 명백하여 진다.