KR0161286B1 - 중합방법과 반응기 - Google Patents
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Abstract
내용없음.
Description
제 1 도는 본 발명의 반응기의 정면도이고,
제 2 도는 즉 1 도의 II-II 선분에 따른 실제로 확대된 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 통로루프 11 : 자켓
12 : 양변위펌프 13,14,15,16,17 : 연결구
본 발명은 수성현탁액에서 비닐 및 관련 모노머 중합을 위한 신규하고 개량된 장치, 그리고 수득되는 중합체가 불용성이 되는 매체에서 중합에 관한 것이다. 비닐과 관련 모노머로는 에스테르, 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 에스테르 및 유리산, 스티렌, 에틸렌 및 이들과 자유라디칼 부가반웅에 의해 공중합하는 관련 화합물이 있다.
여과, 동결, 원심분리, 침전 또는 기타 수단에 의해서 용이하게 분리되어 분말이나 기타형태의 고형 폴리머를 형성하거나 에멀젼 폴리머, 라텍스 또는 분산물로 알려진 안정한 생성물을 형성하기 위해서, 수성현탁액에서 비닐모노머를 반응기에서 중합하는 것은 잘 확립된 공정이다. 상당한 양의 비닐폴리머는 현재 수성현탁액에서 제조된다. 더욱이 연속공정을 개발하는 것이 공정개발분야의 목적이다. 이러한 공정(특히 루프공정')는 EP-A2-0145325; GB-A-1124610 GB-A-1220777 and CA-A-985844 와 같은 특허문헌에서 발표한 바와 같이 많은 흥미를 끈다.
본 발명은 향상된 전단률에서 루프공정과 반응기를 사용하여 중합공정을 더욱 향상시키고자 한다.
본 발명에서 발생되는 장점(다음의 비교실시예로 나타내는)은 더욱 미세한 입자크기; 더욱 높고 더욱 일정한 점도; 주조 및 건조시 보다 우수 한 필름품질; 그리고 조잡한 입자가 적다는 점이다. 이러한 장점은 제시된 반응기 유량단면적 에서 산출량 증가, 비-휘발물질 증가, 더욱 일정한 pH 및 표면장력으로 수득할 수 있다.
본 발명은 루프가 800s-1이상, 특히 1000-3000s-1의 전단률에서 작동되는 다중 흐름경로를 가지며 흐름경로에서 층흐름(laminar flow)을 유지함을 특징으로 하는 루프중합방법과 장치를 제공한다.
본 발명에서 사용하는 반응기는 여기서 첨부도면을 참조하면서 기술한다.
본 반응기는 75mm 직경의 냉각수자켓(11)에 넣어진 직경 12.7mm의 파이프로 구성되는 네 개의 루프(10)에 의해 한정되는 흐름경로를 가진다. 루프(10)의 파이프는 25mmx30mm 중심에 직사각형태로 배치되어 있다. 네개의 루프의 외측은 내측보다 약간 길다(약 2.5%). 루프의 평균 길이는 3570mm 이다. 흐름경로내의 반웅물은 가변속도 드라이브를 가지고 2237 주울/초의 전기모우터로 구동되는 양변위펌프(12)에 의해서 순환된다. 반응물은 다음과 같이 유압식 격막 계량 펌프에 의해 흐름경로에 공급된다:
[모노머 주입]
(다음 실시예 1에서의 스트림1):
펌프(12)의 출구에 있는 연결구(13)에서
[물상(water phase)주입]
(다음의 실시예에서의 스트림2)
펌프(12)의 입구에 있는 연결구(14)에서
[생성물배출]
T-연결구(15)에서
[냉각수 주입 및 배출]
각각 T-연결구(16,17)에서
[실시예1]
이것은 아크릴 공중합체 에멀젼 제조를 설명한다.
[공정]
반응기에 앞의 실시에서 얻은 상용성 에멀젼 폴리머가 채워진다. 스트림 2 는 110ml/분의 펌핑속도로 펌프질되고 동시에 순환도 시작된다. 내부 루프시스템의 압력은 연결구(15)로부터의 출구 파이프상의 격막식밸브에 대해서 50psig로 증가된다. 온도는 자켓(11)속으로 증기를 넣어서 55℃로 상승된다. 스트림 1 을 펌핑하면, 모노머 프리-에멀젼이 주입된다. 평형기간동안 생성물이 배출되고 분석용 시료를 취하고 후촉매를 첨가하고 그리고 약 2시간의 냉각기간동안 교반을 계속한다.
공정 매개변수는 다음과 같이 요약한다:
[점성도]
[실시예2]
본 실시예는 실시예1에서 사용한 것과 같은 장치 및 공정과 동일한 배합을 사용하였다. 유일한 차이는 생산율의 증가(즉 체류시간의 감소)이었다.
[비교실시예3]
비교목적으로 실시예1 및2에서 사용한 4-통로 반응기와 같은 총단면적을 가지는 2.54cm 스테인리스강 루프파이프를 사용하여 단일통로 루프 반응기에서 실시하였다.
이 공정은 만족스러운 전환율을 얻도록 생산률이 100ml/분으로 설정된 점을 제외하고는 일반적으로 유사하였다.
공정매개변수는 다음과 같다.
본 발명의 생성물이 여러면에서 선행기술의 비교실시예보다 월등하다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 생성물은 입도가 현저히 미세하고, 점도가 약간 높으며, 필름 주조 및 건조시 보다 우수한 필름품질을 제공한다. 이러한 개량된 성질은 반웅기 통로의 같은 총단면을 사용하여 가능한 것으로 발견된 생산율의 매우 큰 증가(실시예 1 의 5배 및 실시예 2 의 7배)로부터 예견될 수 없는 것이다.
[실시예4-12]
이러한 실시예는 스트렌-아크릴 공중합체 에멀젼 제조와 결과의 균일성을 설명한다.
장치는 실시예 1 과 2 에서 사용한 것과 같은 4-통로 반응기였으며 공정도 유사하였다
모든 실시 예에서 사용한 배합은 다음과 같다.
공정매개변수는 다음과 같다:
[실시예]
모든 이론적 비-휘발물은 54.5%이었다. 다른 생성물의 성질은 다음과 같다.
[실시예]
[비교실시예13-21]
이러한 실시예들은 실시예3에서 사용한 것에 따른 단일 통로 루프반응기를 사용하였다.
공정매개변수는 다음과 같다:
모든 이론적 비-휘발물은 54.5%이었다. 다른 생성물의 성질은 다음과 같다.
실시예 4 내지 12(본 발명)의 평균생성물 성질을 실시예 13-21(선행기술)의 성질과 비교하여 다음을 즉시 알 수 있다.
(i) 본 발명의 공정 사용시 비-휘발분은 약간 더 높아서, 전환성의 우수함을 나타낸다. 이들은 훨씬 더 일정하였다.
(ii) 본 발명의 공정을 사용할 때 점도는 현저히 높고 더욱 일치성이 있었으며, 특별히 평균 점성도에 대한 가변성이 공지된 공정에서 고려될 때 그러하였다.
(iii) 비록 본 발명의 pH가 더욱 일치성이 있었다 하더라도, pH가 유사하였다.
(iv) 표면장력은 비록 본 발명의 생성물과 유사하였지만, 더욱 일치성을 보였다.
(v) 본 발명의 제품의 입자크기는 비록 이 경우에 선행기술에 비교하여 본 발명에서 얻은 결과에 일치성이 낮았지만, 평균적으로 낮았다.
요약하면, 본 발명의 공정을 사용하여 생성물품질에서 선행기술과 비교하여 현저한 예측못했던 향상을 나타내었다. 본 발명에 따른 생산율도 또한 제시된 같은 흐름통로 단면적에 대해서 5배나 컸었다
[실시예22-25]
이들 실시예는 아세트산 비닐 공중합체의 제조에서 본 발명의 공정을 사용함을 나타낸다.
장치도 또한 실시예 1-2 와 4-12 에서 앞서 사용한 것과 같았다
[실시예22-25]
공정 매개변수는 다음과 같았다.
모든 실시예에 대한 이론적 비-휘발분은 54.5%이었다. 다른 성질은 다음과 같다.
[비교실시예26-29]
비교실시예 13-21 에 대해서 사용한 단일 통로 반응기를 사용하는 네실시예를 비교의 목적으로 분석하였다.
반응기로 주입된 두 스트림의 물질의 배합은 실시예 22-25 에 대해서제시된 것과 같았으며 반응온도는 생성물 성질을 직접 비교할 수 있도록 유사하게 선택하였다.
공정매개변수는 다음과 같았다:
모든 비교용 실시예의 이론적 비-휘발분은 54.5%이었다. 생산물의 물리적 성질은 다음과 같은 것으로 나타났다.
본 발명에 의한 점성도의 증가로 고가의 콜로이드 안정제와 증점제, 히드록시 에틸 셀룰로오스를 덜 사용케 하여 경제적으로 현저한 이익을 제시하였다. 또한 조잡한 입자의 감소로 수득되는 유용한 물질의 수율증대와 처리속도 상승으로 경제적 잇점을 제공한다. 또한 본 발명으로 제공하는 미세입자 크기로 보다 강한 광택을 낸다(필요로 하는 경우). 광택이 불필요한 경우는 음이온 계면활성제의 감소 또는 다른 공정매개변수에서의 변화로서 경제적 이득과 공정상의 이득을 줄 수도 있다.
다시, 본 발명은 같은 흐름경로 단면적을 가지는 선행 기술의 반응기와 비교하여 2 내지 7.7배의 생성물을 제조할 수 있었으며 제품품질에 대한 기대이상의 향상이 이루어졌다.
도면에서 나타낸 반응기의 설계의 변형으로, 기다란 단일-블록 구조물에 통로가 포함될 수 있다. 통로는 정지혼합기로서 작용하도록 또는 서로서로 성능을 균 일화하도록 단면이나 상호배열을 변화시킬 수 있었다.
Claims (4)
- 루프(loop)가 800s-1이상의 전단율로 조작되는 다중-통로 흐름경로를 가지고 흐름경로에서 층흐름(laminar flow)을 유지하는 것을 특징으로 하는 루프 중합방법.
- 제1항에 있어서, 통로속의 전단률이 1000-3000s-1임을 특징으로 하는 중합방법.
- 제 1 항에 따른 루프 중합공정에 사용되는 루프 중합장치.
- 제3항에 있어서, 통로내의 전단율이 1000-3000s-1임을 특징으로 하는 중합장치.
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