The instantaneous removal of ethylene glycol is very important for obtaining high molecular weight polymer because of the reversibility of the polycondensation reaction of poly(ethylene naphthalate) (PEN). In this study, we investigated the mass transfer phenomena in the thin film of PEN oligomer where the polycondensation reaction took place at 280 ℃ and under 0.1 mmHg. In case of less than 0.025 cm film thickness the mass transfer resistance through the thin film of the polymer melt was not so high that the overall reaction rate was governed only by the polycondenstion reaction. Both the mass transfer model and the diffusion model predicted the experimenatal data well but the diffusion model showed faster reaction rate in the low molecular weight range than the mass transfer model. It was estimated from the two models that the diffusivity was 4.7 × 10^-6 cm²/sec and the mass transfer coefficient was 1.4 × 10^-4 cm/sec, both of which were smaller than in case of poly(ethylene terephthalate).

폴리(에틸렌 나프탈레이트)의 축중합 반응은 가역반응이므로 부반응 물질인 에틸렌 글라이콜의 신속한 제거가 높은 분자량의 제품을 얻는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 폴리(에틸렌 나프탈레이트) 올리고머로 박막을 제조하여 실제 반응기와 동일한 조건하에서 (280 ℃, < 0.1 mmHg) 반응시켜 이 때 일어나는 물질 전달 현상을 관찰하고자 하였다. 여러 가지 두께의 박막을 제조하여 반응 실험한 결과 두께가 0.025 cm이하의 영역에서는 박막에서의 물질 전달 저항이 크지 않아 총괄 반응 속도에 영향을 미치지 않음을 관찰하였다. 물질 전달 모델 및 확산 모델을 사용하여 반응 결과를 예측한 결과 두 모델 모두 실험 결과를 잘 예측하였으나 확산 모델의 경우 중합도가 낮은 영역에서 물질 전달 모델에 비해 반응이 더 빨리 진행되는 경향을 보였다. 두 모델을 이용하여 물질 전달 관련 계수를 예측한 결과 폴리(에틸렌 나프탈레이트)에서의 확산 계수는 4.7 ×10^-6 cm²/sec, 물질 전달 계수는 1.4 × 10^-4 cm/sec로 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 경우보다 작은 값을 보였다.

Keywords: poly(ethylene naphthalate); mass transfer; diffusivity; polycondensation; modeling