KR100231012B1 - 내열성이 우수한 열가소성 수지 분말의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내열성이 우수한 열가소성 수지 분말의 제조방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 직렬로 연결된 2기의 응집조에 특정 고무함량의 그라프트 공중합체와 a-메틸스티렌 등의 비닐계 공중합체가 혼합되어 있는 혼합라텍스와 응집제를 일정 중량비로 각각의 응집조에 분할 첨가하여 응집시킴으로써 응집조 내에서의 라텍스와 응집제의 접촉면적을 최대로 하여 입자의 성장을 도모함으로써 100∼ 800㎛의 입경범위를 가지고 있어 2차가공시 품질저하의 방지, 작업환경의 개선 및 생산성을 향상시키게 되는 내열성이 우수한 열가소성 수지 분말의 제조방법에 관한 것이다.

Description

내열성이 우수한 열가소성 수지 분말의 제조방법

본 발명은 내열성이 우수한 열가소성 수지 분말의 제조방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 직렬로 연결된 2기의 응집조에 특정 고무함량의 그라프트 공중합체와 a-메틸스티렌 등의 비닐계 공중합체가 혼합되어 있는 혼합라텍스와 응집제를 일정 중량비로 각각의 응집조에 분할 첨가하여 응집시킴으로써 응집조 내에서의 라텍스와 응집제의 접촉면적을 최대로 하여 입자의 성장을 도모함으로써 100∼ 800㎛의 입경범위를 가지고 있어 2차가공시 품질저하의 방지, 작업환경의 개선 및 생산성을 향상시키게 되는 내열성이 우수한 열가소성 수지 분말의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 유화중합에 의하여 제조한 고분자 라텍스를 응집하기 위해서는 고온으로 유지되어 있는 일련의 응집 설비에 순수, 라텍스 및 응집제를 연속적으로 투입하여 분말 형태의 고분자 라텍스로 응집한다. 그러나 이러한 일반적인 응집방법에 의하여 제조된 열가소성 수지분말에 있어서, 유리전이온도(Tg)가 80∼90。C인 일반 압출용 수지 분말의 경우는 평균입경 100 ㎛ 미만의 미세 분말이 많기 때문에 분말의 2차가공 즉, 열가소성 수지 분말의 압출과정에서 압출기로의 투입이 어려울 뿐만 아니라 분말의 입경의 차이에 따른 압출기 내에서의 체류속도에서도 차이가 있어 미세 분말이 압출기내에서 장기 체류시 수지의 색상저하 및 품질저하등과 함께 미세 분말의 비산으로 인하여 작업환경이 악화되고, 수분이 함유되어 있는 분말의 탈수 및 수세시 수세액과 함께 배출되어 미세 분말의 손실량이 많은 문제점이 있다.

이러한 응집공정중에서 미세 분말이 형성되는 것을 억제하기 위하여 응집은 도를 올리거나 고형분의 함량을 높이는 방법이 있으나, 응집온도가 상승하게 되면 오히려 큰 입자의 생성이 많아져 응집조 배출구가 막히게 되고, 고형분의 함량이 높아지면 타 공정으로의 이송시 이송 배관이 막히는 현상이 발생되어 오히려 공정의 휴지시간이 많은 문제점이 있다.

본 발명에서는 상기에서 설명한 바와 같은 고분자 라텍스의 응집에 따른 열가소성 수지 분말을 제조함에 있어서의 문제점을 개선하고자 노력하였고, 그 결과 응집조 내에서의 혼합라텍스와 응집제가 혼합될 때 응집조 표면에서의 순간적인 접촉에 의하여 입자의 크기가 결정됨을 알게 됨으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 직렬로 연결되어 있는 두 개의 응집조내에 라텍스와 응집제를 일정 중량비로 분할 투입하여 제1응집조에서 라텍스와 응집제가 접촉할 때 접촉 표면적을 최대로 해주고 이에 적절한 응집 조건을 유지해주어 초기에 입자 형성을 양호하게 하고, 또한 제2응집조에서 라텍스의 체류시간을 가능한 길게 해주어 입자를 최대한 성장시킴으로써 100∼800 ㎛의 입경범위를 가지며 내열성이 우수한 열가소성 수지 분말의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 라텍스를 응집시켜 열가소성 수지 분말을 제조하는 방법에 있어서, 직렬로 연결되어 있는 두 개의 응집조내에 고무함량이 20∼70 중량%인 그라프트 공중합체 20∼60중량%와, α-메틸스티렌이 30∼80 중량% 포함되어 있는 비닐계 공중합체 40∼80 중량%가 혼합되어 있는 혼합 라텍스와 응집제를 각각 일정 중량비로 연속적으로 분할 투입하여 응집하되, 상기 혼합라텍스는 제1응집조 용량의 50∼90 용량% 그리고 제2응집조 용량의 30∼60 용량% 범위내에서 분할 투입하고, 상기 응집제는 투입되는 혼합라텍스 전체량에 대하여 1∼10 중량%에 해당하는 양을 70 : 30 중량비로 제1응집조 및 제2응집조에 분할 투입하는 것을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 라텍스의 응집에 의한 열가소성 수지 분말을 제조하는 방법에서 라텍스와 응집제의 접촉 표면적을 최대로 해주고 라텍스의 체류기간을 연장시켜 미세입자의 함량을 줄이고자, 제1응집조 및 제2응집조에 투입되는 라텍스와 응집제의 투입량, 응집조 내부온도, 압력 및 교반속도를 특징적으로 한정하여 입경이 100∼800 ㎛인 열가소성 수지 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 원료물질로서 고무함량이 20∼70 중량%인 그라프트 공중합체 20∼60 중량%와 α-메틸스티렌이 30∼80 중량% 함유되어 있는 비닐계 공중합체 40∼80 중량%를 혼합한 혼합라텍스를 사용한다.

상기 혼합라텍스중 그라프트 공중합체는 이중결합을 함유하고 있는 부타디엔 단량체를 사용할 수 있고 비닐계 단량체로서는 α-메틸스티렌, 스티렌, 아크릴로니트릴 등의 비닐계 단량체를 사용할 수 있다. 이러한 그라프트 공중합체내 고무함량은 20∼70 중량5가 되도록 하는 바, 고무함량이 20 중량% 미만이면 열가소성 수지의 충격강도가 떨어지고, 70 중량%를 초과하면 내열성이 저하된다.

그리고 혼합라텍스중 비닐계 공중합체는 유화중합법에 의하여 제조된 것으로서 α-메틸스티렌, 아크릴로니트릴, 스티렌 및 디엔계 고무질의 조성물로 구성되어 있어서 내열 ABS 라텍스로의 적용이 가능한 것이다. 이러한 비닐계 공중합체내에 α-메틸스티렌은 30∼80 중량% 함유되는 것이 바람직한 바, α-메틸스티렌의 함량이 30 중량% 미만이면 열가소성 수지의 열변형온도가 저하되고, 80 중량%를 초과하면 내열성은 좋으나 내충격성과 가공성이 떨어진다.

한편, 혼합 라텍스와 더불어 첨가되는 응집제로는 황산, 염산, 인산, 초산 등중에서 선택한 유기산 또는 무기산, 그리고 황산마그네슘, 염화마그네슘, 염화나트륨, 염화암모늄, 황산알루미늄, 수산화알루미늄 등의 금속염을 사용하며, 바람직하기로는 황산 및 황산마그네슘을 사용하는 것이다, 응집제는 제1응집조 및 제2응집조에 투입되는 혼합라텍스 전량에 대하여 1∼10 중량% 범위내에서 사용하는 것이 바람직한 바, 그 사용량이 혼합라텍스에 대하여 1 중량% 미만이면 응집이 되지 않고, 10 중량%를 초과하면 응집은 잘 되나 제조원가가 상승하기 때문에 바람직하지 않다. 이러한 응집제는 제1응집조 및 제2응집조에 70 : 30의 중량비로 분할 첨가하는 것이 열가소성 수지 분말의 입도 분포가 균일하게 형성된다는 점에서 바람직하다.

본 발명에 따른 열가소성 수지 분말의 제조방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 제1응집조와 제2응집조를 직렬로 연결시키되 제1응집조의 L/D(응집조의 높이/응집조의 지름)가 1.0~1.3이 되도록 한다. 만일 제1응집조의 L/D가 1.0미만이면 혼합 라텍스와 응집제의 접촉 면적이 커서 입도는 좋아지나 응집조 내에서의 체류시간이 너무 짧아 바람직하지 못하고, 1.3을 초과하면 접촉면적이 작아져 미세입자의 발생이 많아진다. 그런 다음 상기와 같은 구조를 갖는 제1응집조의 내부 온도를 80∼120˚C로 유지하도록 하는 바, 만일 제1응집조의 내부 온도가 80℃ 미만이면 미세 입자의 발생이 많고, 120℃를 초과하면 제1응집조 내부에서 혼합 라텍스와 응집제가 과응집되어 입경이 너무 커지므로 응집조 벽면에 찌꺼기의 부착이 많아지고 이송 라인이 막히는 문제들이 발생된다.

상기와 같은 환경을 가진 제1응집조에 혼합라텍스와 응집제를 이송펌프를 통하여 연속적으로 첨가한다음 100∼180 rpm으로 교반하여 주면서 혼합 라텍스의 응집을 개시한다. 이 과정에서 교반속도가 100 rpm 미만이면 교반력이 약해 대입경의 응집 슬러리 발생이 많아지고 응집조 벽면에 찌꺼기가 다량 형성됨으로써 연속적인 응집이 곤란하고, 180 rpm을 초과하면 미세 응집 슬러리의 다량 발생되어 슬러리 손실이 많아 수율이 저하되고 슬러리 건조후 분진의 발생이 많아진다.

이때 제1응집조에 첨가되는 혼합라텍스는 제1응집조 용량의 50∼90 용량%가 되도록 유지시키면서 연속 투입한다. 만일 투입량이 제1응집조 용량에 대하여 50 용량% 미만이면 입도는 커지나 생산성이 저하되는 단점이 있고, 90 용량%를 초과하면 응집조 벽면에 찌꺼기가 다량 부착되어 온도 제어가 어렵다.

상기와 같이 제1응집조에서 응집이 완료된 슬러리는 제2응집조로 이송되어 재차 고온 응집된다. 제2응집조의 L/D는 1.5~2.0의 범위를 갖도록 한다. 만일 제2응집조의 L/D가 1.5 미만이면 1차 응집된 슬러리에 충분한 체류시간을 부여하지 못하여 원하는 입도를 얻을 수가 없고, 2.0을 초과하면 과응집이 되어 운전상의 어려움은 물론 열가소성 수지 분말내에 수분 함량이 많아 품질문제가 발생된다. 이와 같은 구조를 갖는 제2응집조의 내부온도를 90∼150℃로 하고 50∼130rpm으로 교반하고 재차 고온 응집시키는데, 제2응집조의 내부 온도가 90℃미만이면 1차 응집된 슬러리의 입경이 커지지 않으며, 150℃를 초과하면 입경이 과도하게 커져서 이송라인이 막히는등 공정제어가 어렵다. 이러한 제2응집조에 투입되는 슬러리의 용량은 제1응집조에 대하여 1.0∼2.0용량%가 적절하다.

만일 1.0 용량% 미만이면 제2응집조에서의 슬러리 체류시간이 적어 입자가 기대만큼 커지지 않으며, 2.0 용량%를 초과하면 과응집되어 공정제어가 어렵게 된다.

또한, 본 발명에 따른 열가소성 수지 분말을 제조하기 위한 환경으로 제1응집조 및 제2응집조의 내부 압력은 0.5∼2.0 ㎏/㎠을 유지시켜야 하는데, 0.5 ㎏㎠ 미만의 압력에서는 입도가 커지지 않으며, 2.0 ㎏/㎠를 초과하면 입도가 과도하게 커져서 공정 제어가 어렵게 된다.

상기와 같은 공정을 진행하고 펌프를 사용하여 응집된 슬러리를 탈수, 건조한 후, 다음 공정으로 이송시킴으로써 본 발명의 제조방법에 의한 입경 분포가 100∼800 ㎛인 내열성이 우수한 열가소성 수지 분말을 제조할 수 있다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명하나 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1 ∼ 5 및 비교에 1 ∼ 5]

직렬로 연결된 두 개의 응집조중 제1응집조에 순수를 라텍스의 고형분에 대하여 50 중량%가 되도록 일정량 첨가한 후, 다음 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같은 혼합라텍스의 조성, 응집제 및 응집조건에 의하여 응집하였고, 응집이 끝난 슬러리는 탈수 및 건조 공정으로 이송하여 열가소성 수지 분말을 제조하였다.

[표 1]

[표 2]

실험예 상기 실시예 1~5 및 비교예 1~5에서 제조한 열가소성 수지 분말 각각에 대한 물성 및 입도분포를 측정한다음 그 결과를 다음의 표 3에 나타내었다.

[표 3]

본 발명에 따른 열가소성 수지 분말의 제조방법에 의하여 제조된 열가소성 수지 분말은 내열성이 높으며 특히 수지 분말의 95 중량% 이상이 150 ㎛ 이상의 입경을 가짐으로써 열가소성 수지 분말 품질 저하의 방지, 작업 환경의 개선 및 생산성 향상의 효과가 있음을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 라텍스를 응집시켜 열가소성 수지 분말을 제조하는 방법에 있어서, 직렬로 연결되어 있는 두 개의 응집조내에 고무함량이 20~70 중량%인 그라프트 공중합체 20∼60 중량%와, α-메틸스티렌이 30∼80 중량% 포함되어 있는 비닐계 공중합체 40∼80 중량%가 혼합되어 있는 혼합라텍스와 응집제를 각각 일정 중량비로 연속적으로 분할 투입하여 응집하되, 상기 혼합라텍스는 제1 응집조 용량의 50∼90 용량% 그리고 제2응집조 용량의 30∼60 용량% 범위내에서 분할 투입하고, 상기 응집제는 투입되는 혼합라텍스 전체량에 대하여 1∼10 중량%에 해당하는 양을 70 : 30 중량비로 제1응집조 및 제2응집조에 분할 투입하는 것을 특징으로 하는 내열성이 우수한 열가소성 수지 분말의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1응집조의 L/D(응집조의 높이/응집조의 지름)가 1.0∼1.3이고, 제2응집조의 L/D(응집조의 높이/응집조의 지름)가 1.5∼2.0 이며, 제2응집조에 투입되는 슬러리의 용량은 제1응집조의 용량에 대하여 1.0∼2.0 용량%인 것을 특징으로 하는 내열성이 우수한 열가소성 수지 분말의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1응집조는 100∼180 r㏘의 교반속도를 유지하고, 제2응집조는 50∼130 r㏘의 교반속도를 유지하는 것을 특징으로 하는 내열성이 우수한 열가소성 수지 분말의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1응집조의 응집온도는 80∼120℃이고, 제2응집조의 응집온도는 90∼150℃인 것을 특징으로 하는 내열성이 우수한 열가소성 수지 분말의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 제1응집조와 제2응집조의 내부압력은 0.5∼2.0㎏/㎠인 것을 특징으로 하는 내열성이 우수한 열가소성 수지 분말의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 응집제로는 유기산, 무기산, 황산마그네슘, 염화마그네슘, 염화나트륨, 염화암모늄, 황산알루미늄, 수산화알루미늄 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 내열성이 우수한 열가소성 수지 분말의 제조방법.