Diffusion coefficients of Ethylene Glycol (EG) have been measured in poly(ethylene terephthalate) (PET) melts by using a quartz spring sorption apparatus which is designed for high temperature measurements using silicone oil for high temperature as a heat transfer medium. A simple mathematical model developed to consider the effect of reactions because PET-EG system inherently involves a lot of reactions along with diffusional sorption. Diffusion coefficients are deduced by considering an asymptotically thin sample depth in order to minimize the effect of reactions. Diffusivity of EG are strongly dependent on the vapor pressure of EG and temperature but not on the molecular weight of PET in this experimental range(degree of polymerization 80-120). Diffusion coefficient of EG in PET melt at 265℃ is $2.5830\times10^{-7}cm^2/\sec$, activation energy for diffusion is 38.4 kcal/gmol and heat of solution for sorption is 44.9 kcal/gmol. Temperature and pressure dependences on solubility in these systems showed that Henry's law is not valid.
By analyzing the volatile materials of PET-EG system with gas chromatography, frequency factors of polymerization reaction $k_1$ and the formation reaction of acetaldehyde was determined to be $5.84\times10^8\cm^3$/mol·min and $3.90\times10^{11} \min^{-1}$ by numerical iteration of the developed model. Apparatus used in this experiment also could be applied other polymer melt system of which the melting point was less than 300℃.
용융 폴리에틸렌테레프탈레이트에서 에틸렌 글리콜의 확산계수를 quartz spling 을 이용한 흡수 실험 장치에서 측정하였다. PET-EG 계는 확산과 동시에 반응이 일어나기 때문에 간단한 수학적 모델을 통해 반응의 영향을 확산계수로 부터 제거하였다. 압력과 온도의 변화는 EG 확산계수의 매우 큰 영향을 주었으며 PET 분자량의 변화에는 영향이 없었다. 265℃ 에서 용융 PET에서 EG의 확산계수와 확산에 필요한 활성화 에너지는 각각 $2.5830 \times 10 cm^7/\sec$, 38.4 kcal/gmol 이었으며, heat of solution 은 44.9 kcal/gmol 이었다. 온도와 압력의 변화에 대한 PET 내에서 EG의 용해도는 Henry의 법칙이 적용되지 않음을 보였다. 또한 가스 크로마토그래피를 사용하여 PET-EG 계에서 생성되는 휘발성 물질을 분석하였으며 이를 모델식에 이용하여 PET 중합반응상수 ($k_1$)와 아세트알데하이드 생성반응 상수 ($k_2$)를 얻었다. PET 중합반응 속도 $k_1$는 $5.84 \times 10^8(cm^2/gmol \min) \exp(-E/RT)$로 표시되며 $k_2$는 $3.90 \times 10^{11} (\min^{-1}) \exp(-E/RT)$로 표시되었다. 본 실험에서 사용된 흡수실험 장치는 용융점이 300℃ 아래인 다른 폴리머 계에서도 유용하게 사용할 수 있겠다.
