KR100301126B1 - Method for producing styrene / acrylic water-soluble resin by continuous bulk polymerization - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연속벌크중합에 의한 스티렌/아크릴계 수용성 수지의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 반응 용매로서 디프로필렌글리콜메틸에테르/물의 혼합용매를 사용하고, 오일자켓과 오일자켓 내부의 냉각코일을 이용하여 온도를 제어하는 형태의 반응기를 사용하며, 폴링스트랜드 형태의 디볼라틸라이저를 이용하여 중합물 중의 휘발분을 제거하는 것으로 이루어진 스티렌/아크릴계 수용성 수지의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 스티렌/아크릴계 수용성 수지는 종래 수지에 비하여 저분자량이고, 분자량 분포가 좁으며, 높은 산가와 낮은 휘발분 함량을 갖는다.The present invention relates to a method for producing a styrene / acrylic water-soluble resin by continuous bulk polymerization, and more specifically, using a mixed solvent of dipropylene glycol methyl ether / water as a reaction solvent, and cooling coils in an oil jacket and an oil jacket. It relates to a method for producing a styrene / acrylic water-soluble resin using a reactor in the form of controlling the temperature by using, and removing the volatiles in the polymer by using a divolatilizer of the falling strand form. The styrene / acrylic water-soluble resin produced by the method of the present invention has a lower molecular weight, a narrower molecular weight distribution, a higher acid value and a lower volatile content than the conventional resin.
Description
본 발명은 연속벌크중합에 의한 스티렌/아크릴계 수용성 수지의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 연속벌크중합에 의해 저분자량이고, 분자량 분포가 좁으며, 높은 산가와 낮은 휘발분 함량을 갖는 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조할 수 있는 공정에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a styrene / acrylic water-soluble resin by continuous bulk polymerization, and more particularly, to a styrene / acryl having a low molecular weight, a narrow molecular weight distribution, a high acid value and a low volatile content by continuous bulk polymerization. It relates to a process capable of producing an acrylic water-soluble resin.
현재, 국내에서 사용중인 잉크, 도료 및 코팅제들은 대부분 유기용제를 사용하고 있다. 그러나, 이들 유기용제는 사용시 배출되는 유기물질들로 인해 대기오염의 주요인으로 인식되어 졌고, 가연성이기 때문에 화재의 위험성이 높은 실정이다. 이러한 단점을 해결하기 위한 방법으로 제안된 것들 중 하나인 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 이용한 고형분 도료나 잉크 (High Solid Liquid Coatings)는 대기오염에 대한 문제를 일으키지 않으며, 유기용제에 기초한 도료나 잉크와는 달리 자원, 에너지, 작업환경 등의 면에서 필요한 비용을 줄일 수 있고, 화재나 폭발의 위험도 없는 등의 장점이 있다.At present, most of the ink, paints and coatings used in the country use organic solvents. However, these organic solvents have been recognized as a major cause of air pollution due to the organic substances emitted during use, and because of the flammability, there is a high risk of fire. As one of the proposed methods to solve these shortcomings, high solid liquid coatings using styrene / acrylic water-soluble resins do not cause air pollution, and do not have a problem with paints or inks based on organic solvents. Otherwise, it can reduce the necessary cost in terms of resources, energy, working environment, etc., and there is no risk of fire or explosion.
그러나, 이러한 기술을 활용하기 위해서는 고형분의 증가에 따른 점도상승의 문제를 해결해야 한다. 즉, 스티렌/아크릴계 수용성 수지의 분자량이 증가하게 되면 점도가 급격히 증가하게 되고, 결과적으로 분자량이 높은 수지의 경우 고형분 농도를 증가시키는 데에 한계가 있게 된다. 예를 들면, 중량평균분자량이 약 50,000∼100,000 정도인 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 이용하여 수성 잉크 및 수성 도료를 제조할 경우 최대 고형분의 함량은 50% 이하이나, 중량평균분자량이 5,000∼15,000 정도이면, 고형분의 함량은 70∼80% 정도가 되어도 고형분 함량이 높은 잉크나 도료를 제조하는데 별 문제점이 없다. 그러나, 상기의 분자량을 만족하더라도, 분자량분포가 넓어지면 고분자량의 수지가 함유되어 점도가 높아지게 되므로 분자량 분포가 좁아져야 한다. 그리고 수지에 수용성을 부여하기 위하여 카르복실기를 도입하는데 통상적으로 아크릴산이나 메타크릴산을 사용하여 200 이상의 산가를 갖도록 수지를 제조한다.However, in order to utilize this technique, the problem of viscosity increase due to the increase of solid content must be solved. That is, when the molecular weight of the styrene / acrylic water-soluble resin increases, the viscosity rapidly increases, and as a result, there is a limit in increasing the solid content concentration in the case of a resin having a high molecular weight. For example, when preparing an aqueous ink and an aqueous coating using a styrene / acrylic water-soluble resin having a weight average molecular weight of about 50,000 to 100,000, the maximum solid content is 50% or less, but the weight average molecular weight is about 5,000 to 15,000. However, even if the content of the solid content is about 70 to 80%, there is no problem in producing ink or paint having a high solid content. However, even if the above molecular weight is satisfied, the molecular weight distribution should be narrowed because the higher the molecular weight distribution, the higher the molecular weight of the resin is contained, the higher the viscosity. And to introduce a carboxyl group in order to impart water solubility to the resin, the resin is usually prepared to have an acid value of 200 or more using acrylic acid or methacrylic acid.
한편, 수용성 수지 내에 휘발분 함량이 높으면 잉크나 도료 제조시 거품이 많이 발생하여 작업성이 나쁘며, 거품을 제거하기 위하여 소포제를 다량 사용하여야 하는 문제가 발생한다. 그러므로 수용성 수지 내의 휘발분 함량이 낮을수록 작업성이 좋아지고, 소포제 등의 사용을 줄일 수 있어 잉크 및 도료의 물성이 좋아지게 된다.On the other hand, if the volatile content in the water-soluble resin is a lot of bubbles generated during the ink or paint production, workability is bad, there is a problem that a large amount of antifoaming agent to be used to remove the foam. Therefore, the lower the volatile content in the water-soluble resin, the better the workability, it is possible to reduce the use of antifoaming agents and the like, the physical properties of the ink and paint is improved.
따라서, 고형분 함량이 높은 수용성 잉크 및 수성 도료를 제조하기 위해서는 분자량이 작고, 분자량 분포가 좁으며, 높은 산가와 낮은 휘발분 함량의 수용성 수지의 사용이 필수적이다.Therefore, in order to produce a water-soluble ink and an aqueous coating material having a high solid content, it is essential to use a water-soluble resin having a small molecular weight, a narrow molecular weight distribution, and a high acid value and a low volatile content.
이와 같이, 고형분 함량이 높은 수성 잉크 및 수성 도료를 제조하기 위해서는 4,000∼16,000의 중량평균분자량, 22 이하의 분자량분포, 200 이상의 산가 및 5% 이하의 휘발분 함량을 갖는 스티렌/아크릴계 수용성 수지가 요구된다. 그러나, 이러한 조건을 만족하는 스티렌/아크릴계 수용성 수지는 일반적으로 널리 알려져 있는 용액중합법이나 유화중합법으로는 제조가 불가능하다. 즉, 용액중합법으로는 보통 분자량의 범위가 10,000∼100,000인 스티렌/아크릴계 수지를 제조할 수 있으며, 유화중합법으로는 수백만 정도의 분자량을 갖는 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조할 수 있다.As described above, in order to prepare an aqueous ink and an aqueous paint having a high solid content, a styrene / acrylic water-soluble resin having a weight average molecular weight of 4,000 to 16,000, a molecular weight distribution of 22 or less, an acid value of 200 or more and a volatile content of 5% or less is required. . However, styrene / acrylic water-soluble resins satisfying these conditions cannot be manufactured by the solution polymerization method or the emulsion polymerization method which are generally known. That is, the solution polymerization method can usually produce a styrene / acrylic resin having a molecular weight in the range of 10,000 to 100,000, and the emulsion polymerization method can produce a styrene / acrylic water-soluble resin having a molecular weight of about several million.
미국특허 제 4,414,370호에서는 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조하기 위한 연속벌크중합 공정을 제시하고 있는데, 제시된 바에 의하면, 연속교반형 반응기 (Continuous Stirred Reactor)에서 235∼310℃의 반응온도로 2분 이상의 체류시간을 갖도록 모노머를 연속적으로 주입하고, 중합물을 디볼라틸라이저 (Devolatilizer)로 이송하여 휘발분을 제거하여, 수평균분자량이 1,000∼6,000이고 (중량평균분자량으로는 약 2,000∼12,000), 분자량분포가 2.0 이하인 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 생산하고 있다. 사용된 모노머는 스티렌과 알파메틸스티렌의 중량비가 1:2 내지 2:1의 혼합물과 아크릴산이 60:40∼80:20의 중량비로 구성되어 있으며, 모노머 기준으로 1∼10 중량부의 디에틸렌글리콜모노에틸에테르를 용매로 사용하였다. 한편, 상기 특허에서는 반응온도를 조절하기 위하여, 반응기 자켓에 열매유 (Heat Transfer Oil)를 흐르게 하고, 반응기 내부에 냉각코일을 설치하여 열매유를 흐르게 하여 반응기의 온도를 상승/하강시키도록 하고 있다.U.S. Patent No. 4,414,370 discloses a continuous bulk polymerization process for preparing styrene / acrylic water-soluble resins, which suggests that a continuous stirred reactor has a residence temperature of at least 2 minutes at a reaction temperature of 235-310 ° C. The monomer was continuously injected to take time, and the polymer was transferred to a devolatitilizer to remove volatiles. The number average molecular weight was 1,000 to 6,000 (about 2,000 to 12,000 in weight average molecular weight), and the molecular weight distribution was It produces styrene / acrylic water-soluble resin of 2.0 or less. The monomer used comprises a mixture of styrene and alpha methyl styrene in a weight ratio of 1: 2 to 2: 1 and acrylic acid in a weight ratio of 60:40 to 80:20. The monomer is used in an amount of 1 to 10 parts by weight of diethylene glycol mono Ethyl ether was used as the solvent. Meanwhile, in the above patent, in order to control the reaction temperature, a heat transfer oil is flowed through the reactor jacket, and a cooling coil is installed inside the reactor to heat the fruit oil to raise / lower the temperature of the reactor. .
그러나, 상기 방법은 반응온도를 제어하기 위하여 반응기 외부에 오일자켓을 설치하고 반응기 내부에 냉각코일을 설치하였는데, 이러한 경우 반응기 내부와 반응기 외벽쪽에 온도편차가 많이 발생하여 반응기 내의 균일한 온도제어가 쉽지 않다. 또한, 반응온도가 높아 생산비용이 많이 발생하므로, 낮은 반응 온도에서도 비슷한 수준의 분자량 및 분자량 분포를 갖는 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 생산할 수 있는 공정이 필요하다. 그리고, 상기의 방법에서는 디에틸렌글리콜모노에틸에테르를 용매로 사용하여 반응물의 점도를 조절하였는데, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르는 반응물인 아크릴산과 에스테르반응을 일으켜 생성물인 수용성 수지의 산가를 떨어뜨려 결과적으로 물에 대한 용해성이 낮아지므로, 제품의 물성에 영향을 적게 주면서도 반응물의 점도를 조절할 수 있는 물질을 용매로서 사용할 필요가 있다.However, in the above method, an oil jacket is installed outside the reactor and a cooling coil is installed inside the reactor to control the reaction temperature. In this case, temperature variations occur easily inside the reactor and the outer wall of the reactor, so that uniform temperature control in the reactor is easy. not. In addition, since the reaction temperature is high, the production cost is generated a lot, there is a need for a process capable of producing a styrene / acrylic water-soluble resin having a similar molecular weight and molecular weight distribution even at a low reaction temperature. In the above method, the viscosity of the reaction product was controlled by using diethylene glycol monoethyl ether as a solvent. The diethylene glycol monoethyl ether caused an ester reaction with acrylic acid, which is a reactant, to lower the acid value of the water-soluble resin as a product. Since the solubility in water is lowered, it is necessary to use a substance capable of controlling the viscosity of the reactants as a solvent while less affecting the physical properties of the product.
또한, 연속공정에 있어서, 미반응 모노머와 용매를 생산된 수지로부터 제거하는 공정인 디볼라틸라이저 공정은 전체 공정의 효율성 측면 뿐만 아니라, 휘발분 함량 등 제품의 물성 측면에서도 중요한 역할을 하는 부분임에도 불구하고, 상기의 방법에서는 이에 대한 자세한 언급이 없는 실정이다.In the continuous process, the dibolatilizer process, which removes unreacted monomers and solvents from the produced resin, plays an important role not only in terms of overall process efficiency but also in terms of product properties such as volatile content. In the above method, there is no detailed description thereof.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 기술의 문제점인 온도제어 방식과 반응온도, 점도 조절 물질로 사용된 용매, 휘발분 함량 등을 개선할 수 있는 연속벌크중합에 의한 스티렌/아크릴계 수용성 수지의 제조공정을 통해, 분자량이 작고, 분자량 분포가 좁으며, 높은 산가와 낮은 휘발분 함량을 갖는 수용성 수지를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a process for preparing a styrene / acrylic water-soluble resin by continuous bulk polymerization which can improve the temperature control method, reaction temperature, solvent used as a viscosity control material, and volatile matter content, which are problems of the prior art. Through this, it is to provide a method for producing a water-soluble resin having a small molecular weight, a narrow molecular weight distribution, high acid value and low volatile content.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조할 수 있는 연속벌크중합공정에 있어서, 모노머, 개시제 및 모노머 100 중량부에 대하여 5∼15 중량부의 디프로필렌글리콜메틸에테르 (dipropylene glycol methyl ether)와 물의 혼합용매를 연속적으로 반응기에 주입하고, 오일자켓과 오일자켓 내부의 냉각코일을 이용하여 온도를 제어하는 형태의 반응기에서, 반응온도 150∼220℃에서 10∼20분의 체류시간으로 중합이 이루어지고, 이를 폴링스트렌드 (Falling Strand) 형태의 디볼라틸라이저에 이송하여, 180∼210℃의 온도와 -500∼-750㎜Hg의 압력 조건으로 운전하여 휘발분을 제거시키는 것으로 이루어진다.The method of the present invention for achieving the above object is 5 to 15 parts by weight of dipropylene glycol methyl ether based on 100 parts by weight of the monomer, initiator and monomer in a continuous bulk polymerization process capable of producing a styrene / acrylic water-soluble resin ( A mixture of dipropylene glycol methyl ether) and water was continuously injected into the reactor, and the temperature was controlled by using an oil jacket and a cooling coil inside the oil jacket. The polymerization is carried out by the residence time, which is transferred to a falling strand type dibolatilizer, which is operated at a temperature of 180 to 210 ° C and a pressure of -500 to -750 mmHg to remove volatiles. It consists of
도 1은 본 발명의 연속벌크중합 공정을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing a continuous bulk polymerization process of the present invention.
이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조하기 위하여 고안한 연속벌크 중합 공정을 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 고안한 연속벌크중합 공정은 두 개의 모노머 교반 탱크, 반응기, 폴링스트랜드 형태의 디볼라틸라이저, 증류탑, 모노머 리싸이클 탱크 등으로 구성된다.1 shows a continuous bulk polymerization process designed to prepare a styrene / acrylic water-soluble resin. As shown in Figure 1, the continuous bulk polymerization process devised in the present invention is composed of two monomer stirring tank, a reactor, a polluting strand type divolatilizer, a distillation column, a monomer recycle tank, and the like.
모노머를 모노머 교반 탱크(1 또는 2)로부터 일정한 속도로 반응기(3)에 주입하고, 반응기에서 10∼20분의 체류시간을 갖도록 반응기의 수위를 조절한다. 이때, 반응기의 용량은 75 리터이며, 연속벌크중합의 반응온도를 효율적으로 제어하기 위하여 열매유 (Heat Transfer Oil)가 흐를 수 있는 자켓을 설치하고, 자켓 내부에 낮은 온도의 열매유가 흐를 수 있는 냉각 코일을 설치하였다. 그 결과, 반응 온도의 제어가 용이하였고, 낮은 온도인 150∼220℃의 반응온도에서 중량평균분자량이 3,000∼10,000이고, 분자량분포가 2.0 이하인 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조할 수 있었다.The monomer is injected into the reactor 3 from the monomer stirring tank 1 or 2 at a constant rate, and the level of the reactor is adjusted to have a residence time of 10 to 20 minutes in the reactor. At this time, the capacity of the reactor is 75 liters, in order to efficiently control the reaction temperature of the continuous bulk polymerization, to install a jacket through which the heat transfer oil (Heat Transfer Oil) flows, the cooling of the low temperature fruit oil can flow inside the jacket The coil was installed. As a result, it was easy to control the reaction temperature, and it was possible to produce a styrene / acrylic water-soluble resin having a weight average molecular weight of 3,000 to 10,000 and a molecular weight distribution of 2.0 or less at a reaction temperature of 150 to 220 ° C, which is a low temperature.
반응기를 거치면서 중합이 완료된 수용성 수지는 수지 내의 휘발성분을 제거하기 위하여 폴링스트랜드 형태의 디볼라틸라이저(4)로 이송된다. 디볼라틸라이저에 열매유가 흐를 수 있는 자켓을 설치하여 일정한 온도를 유지할 수 있도록 하였으며, 진공펌프(7)를 이용하여 디볼라틸라이저에 일정한 진공을 유지할 수 있도록 하였다. 그 결과, 2% 이하의 휘발분 함량을 갖는 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조할 수 있었다.The water-soluble resin that is completed polymerization while passing through the reactor is transferred to the divolatilizer 4 in the form of a falling strand to remove volatile components in the resin. It was installed to maintain a constant temperature by installing a jacket through which the fruit oil can flow to the dibolatilizer, it was possible to maintain a constant vacuum to the dibolatilizer using a vacuum pump (7). As a result, a styrene / acrylic water-soluble resin having a volatile matter content of 2% or less could be produced.
디볼라틸라이저에서 제거된 휘발성분은 미반응 모노머, 올리고머 및 용매로서 사용된 디프로필렌글리콜메틸에테르와 물 등으로 구성되어 있고, 상기의 휘발물질들은 정제를 위해 증류탑(5)으로 이송되어 올리고머를 분리하고 모노머 리싸이클 탱크(6)에 저장되었다가 일정비율을 반응기에 주입하여 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조하는데 재활용한다.The volatiles removed from the dibolatilizer are composed of unreacted monomer, oligomer and dipropylene glycol methyl ether used as solvent, water and the like. The volatiles are transferred to the distillation column (5) for purification. After separation and storage in the monomer recycle tank 6, a certain ratio is injected into the reactor and recycled to prepare a styrene / acrylic water-soluble resin.
한편, 수용성 수지의 제조에 반응열 흡수 및 반응물의 점도 조절을 위하여 미국특허 제 4,414,370호에서는 디에틸렌글리콜모노에틸에테르를 용매로 사용하였다. 그러나, 이 물질은 히드록시기를 가지고 있기 때문에, 수용성 수지의 카르복실기와 에스테르화 반응을 하여 수용성 수지의 분자 내에 화학적으로 결합함으로써 용매로서의 기능을 상실하여 반응물의 점도가 상승하고, 반응기 내부온도 조절이 어렵게 되며, 또한 수용성 수지의 산가를 떨어뜨려 제품의 물성을 떨어뜨리기도 한다. 따라서, 본 발명에서는 모노머 100 중량부에 대하여 5∼15 중량부의 디프로필렌글리콜메틸에테르와 물의 혼합물을 용매로 사용하여, 반응물의 점도를 조절하는 측면의 효과 뿐만 아니라, 아크릴산과의 에스테르 반응을 줄여, 200∼230의 산가를 갖는 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조할 수 있었다. 이때, 상기 용매 혼합물 중의 물의 함량은 20∼45 중량%가 바람직한데, 상기 물의 함량이 20 중량% 미만이면, 디프로필렌글리콜메틸에테르와 아크릴산의 에스테르화 반응이 많이 일어나게 되어 최종 제품의 산가가 떨어지는 문제가 발생하며, 45 중량%를 초과하면, 물의 증발량이 많아지게 되어 반응기 내부 압력이 상승하고, 반응물의 점도를 효과적으로 조절하지 못하는 문제가 발생한다.Meanwhile, US Pat. No. 4,414,370 used diethylene glycol monoethyl ether as a solvent in order to absorb heat of reaction and control the viscosity of the reactants in the preparation of water-soluble resins. However, since this substance has a hydroxyl group, the carboxyl group of the water-soluble resin is esterified to chemically bond in the molecules of the water-soluble resin, thereby losing its function as a solvent, increasing the viscosity of the reactant, and making it difficult to control the temperature inside the reactor. In addition, the acid value of the water-soluble resin is dropped to reduce the physical properties of the product. Therefore, in the present invention, by using a mixture of 5 to 15 parts by weight of dipropylene glycol methyl ether and water with respect to 100 parts by weight of the monomer as a solvent, not only the effect of controlling the viscosity of the reactant, but also reduces the ester reaction with acrylic acid, A styrene / acrylic water-soluble resin having an acid value of 200 to 230 could be produced. At this time, the content of water in the solvent mixture is preferably 20 to 45% by weight, if the water content is less than 20% by weight, a lot of esterification reaction of dipropylene glycol methyl ether and acrylic acid occurs a problem that the acid value of the final product falls When the content exceeds 45% by weight, the amount of evaporation of water increases, thereby increasing the internal pressure of the reactor and causing a problem in that the viscosity of the reactants cannot be effectively controlled.
한편, 본 발명에서 사용되는 모노머는 스티렌계 모노머 및 아크릴계 모노머를 60∼80:20∼40의 중량비로 혼합하여 이루어지며, 상기 스티렌계 모노머는 스티렌 단독 또는 혼합 중량비 50∼90:10∼50의 스티렌 및 알파메틸스티렌 모노머를 포함하고, 상기 아크릴계 모노머는 아크릴산 단독 또는 혼합 중량비 80∼90:10∼20의 아크릴산 및 알킬아크릴레이트 모노머를 포함한다.On the other hand, the monomer used in the present invention is made by mixing a styrene monomer and an acrylic monomer in a weight ratio of 60 to 80:20 to 40, the styrene monomer is styrene alone or a styrene of a mixed weight ratio of 50 to 90: 10-50 And an alpha methyl styrene monomer, wherein the acrylic monomers include acrylic acid and alkyl acrylate monomers alone or in a mixed weight ratio of 80 to 90: 10 to 20.
또한, 본 발명에서 사용되는 개시제는 반응이 저온에서 일어나기 때문에 저온 개시제가 사용되는데, t-부틸페록시벤조에이트 (t-butyl peroxy benzoate)가 바람직하며, 사용량은 상기 모노머 총량에 대하여 3∼6 중량부가 바람직하다.In addition, the initiator used in the present invention is a low-temperature initiator is used because the reaction takes place at a low temperature, t-butyl peroxy benzoate (t-butyl peroxy benzoate) is preferred, the amount used is 3 to 6 weight based on the total amount of the monomer Addition is preferred.
본 발명에서는 중합물 중의 휘발분을 제거하기 위하여 폴링스트랜드 형태의 디볼라틸라이저를 사용하였는데, 상기 방법은 미국특허 제 4,414,370호에서 사용한 교반탱크 (Stirred Tank) 형태의 디볼라틸라이저를 사용하였을 경우보다, 수지의 표면적을 크게 하여 수지 내의 휘발분을 쉽게 제거할 수 있다는 점에 있어서 유리하다.In the present invention, in order to remove volatiles in the polymer, a divolatilizer in the form of a falling strand is used, and the method is higher than in the case of using a dibolatilizer in the form of a stirred tank used in US Pat. No. 4,414,370. It is advantageous in that the volatile matter in the resin can be easily removed by increasing the surface area of the resin.
한편, 본 발명의 폴링스트랜드 디볼라틸라이저의 온도 조건은 180∼210℃가 바람직하며, 상기 온도가 180℃ 미만이면, 수지 내의 휘발분을 충분히 제거하기 어려운 문제가 발생하고, 210℃를 초과하면, 수지가 열화되어서 물성이 떨어지는 문제가 발생한다. 또한, 상기 폴링스트랜드 디볼라틸라이저의 압력 조건은 -750∼-500 mmHg가 바람직하며, 상기 압력이 -750 mmHg 미만이면, 수지의 흐름성이 급격히 나빠져서 수지의 이송이 매우 어렵게 되는 문제가 발생하고, -500 mmHg를 초과하면, 수지 내의 휘발분을 충분히 제거하기가 어렵게 된다.On the other hand, the temperature condition of the falling strand debolilatilizer of the present invention is preferably 180 to 210 ° C, and if the temperature is less than 180 ° C, a problem of hardly removing volatile matter in the resin occurs, and if it exceeds 210 ° C, Deterioration of the resin causes a problem of poor physical properties. In addition, the pressure condition of the falling strand debolilatilizer is preferably -750 to -500 mmHg, when the pressure is less than -750 mmHg, the flow of the resin is rapidly worsened, the problem of very difficult to transfer the resin occurs More than -500 mmHg, it becomes difficult to sufficiently remove volatile matter in the resin.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited to the following Examples.
실시예 1∼5Examples 1-5
외부에 오일자켓이 설치되어 있고, 오일자켓 내부에 냉각코일이 설치되어 온도를 제어할 수 있는 연속교반형 반응기에 하기 표 1에 기재된 양으로 스티렌계 모노머 (스티렌 및 알파메틸스티렌)와 아크릴계 모노머 (아크릴산)를 사용하여 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조하였다.The styrene-based monomers (styrene and alpha methyl styrene) and the acrylic monomers (in the amount shown in Table 1) are continuously stirred in an oil jacket installed outside and a cooling coil installed inside the oil jacket to control the temperature. Acrylic acid) to prepare a styrene / acrylic water-soluble resin.
이때, 사용된 중합 개시제는 t-부틸페록시벤조에이트이며, 사용량은 모노머 총량에 대하여 3.5 중량부이었다. 또한, 용매로는 디프로필렌글리콜메틸에테르와 물의 혼합물을 모노머 100 중량부에 대하여 15 중량부를 사용하였으며, 이때 혼합용매 중 물의 함량은 35% 이었다. 반응온도는 150℃∼220℃로 변화시켰다. 한편, 제조된 수용성 수지의 휘발분을 제거하기 위하여 폴링스트랜드 형태의 디볼라틸라이저 장치를 통과시켜 휘발분이 제거된 수용성 수지를 최종적으로 얻었다. 이때 상기 디볼라틸라이저의 운전 조건은 195℃, -750 ㎜Hg이었다.In this case, the polymerization initiator used was t-butylperoxybenzoate, and the amount used was 3.5 parts by weight based on the total amount of the monomers. In addition, 15 parts by weight of a mixture of dipropylene glycol methyl ether and water was used with respect to 100 parts by weight of the monomer, and the content of water in the mixed solvent was 35%. The reaction temperature was changed to 150 ° C to 220 ° C. On the other hand, in order to remove the volatile components of the water-soluble resin produced by passing through the divolatilizer device in the form of a stranding strand finally obtained a water-soluble resin from which the volatile components were removed. At this time, the operating conditions of the dibolatilizer was 195 ° C, -750 mmHg.
비교예 1∼3Comparative Examples 1 to 3
본 발명에서 고안한 반응기가 얼마나 효과적으로 반응기 내부 온도를 제어하는지를 보이기 위하여 상기의 실시예 1∼5와 동일한 조건하에서, 반응기 오일 자켓 내부의 냉각 코일에는 열매유가 흐르지 않도록 하고, 반응기 내부에 임시로 냉각 코일을 설치하여 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조하였다. 이에 대한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.In order to show how effectively the reactor designed in the present invention controls the temperature inside the reactor, under the same conditions as in Examples 1 to 5, the heating oil inside the reactor oil jacket does not flow, and the cooling coil is temporarily cooled inside the reactor. Was prepared to prepare a styrene / acrylic water-soluble resin. The results are shown in Table 2 below.
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 동일한 반응온도에서 조절한 스티렌/아크릴계 수용성 수지의 분자량분포가 상기 표 1에 나타난 결과보다 더 넓은 것을 볼 수 있는데 이는 반응기 내부의 온도편차 때문에 평균적인 반응온도는 같다고 할지라도 부분적으로는 반응온도가 다르기 때문이다. 즉, 반응기 외부의 오일자켓과 반응기 내부의 냉각코일이 있는 형태의 반응기로는 반응온도 제어가 쉽지 않다는 사실을 알 수 있다.As shown in Table 2, it can be seen that the molecular weight distribution of the styrene / acrylic water-soluble resin adjusted at the same reaction temperature is wider than the result shown in Table 1, which means that the average reaction temperature is the same due to the temperature deviation inside the reactor. This is in part because the reaction temperature is different. That is, it can be seen that the reaction temperature control is not easy with the reactor having the oil jacket outside the reactor and the cooling coil inside the reactor.
실시예 6∼9Examples 6-9
휘발분 제거장치인 디볼라틸라이저의 운전 조건의 영향을 알아보기 위하여 상기의 실시예 4와 동일한 조건하에서 디볼라틸라이저의 운전 조건을 변화시키면서, 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조하였다. 이에 대한 결과를 하기의 표 3에 나타내었다.Styrene / acrylic water-soluble resins were prepared while changing the operating conditions of the divolatilizer under the same conditions as in Example 4 above in order to examine the effect of the operating conditions of the divolatilizer, which is a volatile removal device. The results are shown in Table 3 below.
비교예 4∼5Comparative Examples 4 to 5
디볼라틸라이저의 운전조건에 대한 영향을 좀 더 자세히 알아보기 위하여 실시예 4와 동일한 조건 하에서 운전조건을 변화시키면서 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조하였다. 이에 대한 결과를 하기 표 4에 나타내었다.Styrene / acrylic water-soluble resin was prepared while changing the operating conditions under the same conditions as in Example 4 in order to examine the effect on the operating conditions of the dibolatilizer in more detail. The results are shown in Table 4 below.
상기 표 4에서 살펴본 바와 같이 디볼라틸라이저의 온도가 낮고 압력이 높은 경우에는 휘발분 함량이 높은 것을 알 수 있으며, 디볼라틸라이저의 온도가 높고 압력이 낮은 경우에는 휘발분 함량은 낮으나, 분자량분포가 넓어지고 산가가 다소 떨어지는 것을 볼 수 있다.As shown in Table 4, when the temperature of the dibolatilizer is low and the pressure is high, the volatile matter content is high. When the temperature and the pressure of the dibolatilizer are high, the volatile content is low, but the molecular weight distribution is It can be seen that it widens and the mountain falls slightly.
실시예 10∼13Examples 10-13
사용한 혼합 용매의 영향을 알아보기 위하여, 상기의 실시예 4와 동일한 조건하에서, 혼합용매의 사용량 (디프로필렌글리콜메틸에테르와 물의 혼합액) 및 혼합용매의 조성을 변화시키며, 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조하였다.In order to examine the influence of the mixed solvent used, under the same conditions as in Example 4, the amount of mixed solvent (mixture of dipropylene glycol methyl ether and water) and the composition of the mixed solvent were changed to prepare a styrene / acrylic water-soluble resin. .
이에 대한 결과를 하기의 표 5에 나타내었다.The results are shown in Table 5 below.
실시예 14∼17Examples 14-17
사용한 스티렌계 모노머 함량의 영향을 알아보기 위하여 상기의 실시예 4와 동일한 조건하에서 스티렌과 알파에틸스티렌의 사용량을 변화시키며 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조하였다. 이에 대한 결과를 하기의 표 6에 나타내었다.In order to determine the effect of the used styrene monomer content, the styrene / acrylic water-soluble resin was prepared under varying amounts of styrene and alpha ethyl styrene under the same conditions as in Example 4. The results are shown in Table 6 below.
실시예 18∼20Examples 18-20
사용한 아크릴계 모노머 함량의 영향을 알아보기 위하여 상기의 실시예 4와 동일한 조건하에서 아크릴산과 메틸아크릴레이트의 사용량을 변화시키며 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조하였다. 이에 대한 결과를 하기 표 7에 나타내었다.In order to determine the effect of the used acrylic monomer content, the amount of acrylic acid and methyl acrylate was changed under the same conditions as in Example 4 to prepare a styrene / acrylic water-soluble resin. The results are shown in Table 7 below.
비교예 6Comparative Example 6
미국특허 제 4,414,370호에 제시된 방법에 따라, 반응기 자켓에 열매유를 흐르게 하고, 반응기 내부에 냉각코일을 설치되어 온도를 제어할 수 있는 연속교반형 반응기에, 하기 표 8에 기재된 양으로 스티렌계 모노머 (스티렌 및 알파메틸스티렌)와 아크릴계 모노머 (아크릴산)를 사용하며, 반응 용매로는 디에틸렌글리콜모노에틸에테르를 사용하여 하기 표에 기재된 온도에서 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조하였다. 결과를 하기의 표 8에 나타내었다.According to the method disclosed in US Pat. No. 4,414,370, a styrenic monomer in an amount of the amount shown in the following Table 8 in a continuous stirring reactor capable of flowing the fruit oil in the reactor jacket, installed a cooling coil inside the reactor to control the temperature (Styrene and alphamethylstyrene) and an acrylic monomer (acrylic acid) were used, and styrene / acrylic water-soluble resin was prepared at a temperature shown in the following table using diethylene glycol monoethyl ether as a reaction solvent. The results are shown in Table 8 below.
이상에서 살펴본 바와 같이, 스티렌/아크릴계 수용성 수지를 제조하는 연속벌크중합공정에 있어서, 디프로필렌글리콜메틸에테르와 물의 혼합물을 용매로 사용하고, 종래의 기술과는 다른 방식의 반응온도의 제어 방식, 폴링스트랜드 디볼라틸라이저의 형태 및 운전 방법을 통해 제조된 본 발명의 스티렌/아크릴계 수용성 수지는 종래의 방법으로 제조된 수지보다 낮은 온도에서도 낮은 분자량과 좁은 분자량 분포, 높은 산가 및 낮은 휘발분 함량을 가지므로, 산업상 매우 유용하다.As described above, in a continuous bulk polymerization process for producing a styrene / acrylic water-soluble resin, a mixture of dipropylene glycol methyl ether and water is used as a solvent, and a reaction method for controlling the reaction temperature and polling is different from the conventional technique. The styrene / acrylic water-soluble resin of the present invention prepared through the form and operation method of the strand dibolatilizer has a low molecular weight, a narrow molecular weight distribution, a high acid value and a low volatile content even at a lower temperature than the resin prepared by the conventional method. It is very useful for industrial use.
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