KR100532693B1 - Process for Preparing Crosslinked Polystyrene Beads by Precipitation Polymerization - Google Patents
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Abstract
본 발명은 침전중합법으로 가교된 폴리스티렌 입자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 침전중합 반응으로 폴리스티렌 제조시 스티렌단량체, 중합개시제, 용매로는 아세토니트릴을 단독 또는 상기 아세토니트릴에 특정의 공용매를 혼합하여 사용하고, 가교제로는 디비닐벤젠 또는 아크릴레이트계를 이용하여 침전중합함으로써, 입자내에서 가교반응이 일어나 형성되는 입자가 구 형태를 가지게 되고, 평균입경이 1.0 ∼ 8.0 ㎛로 기존의 중합법에 비해 크게 입경이 증가되어 정보산업이나 미세기기 등의 다양한 고부가가치 산업 분야에 유용하게 사용되는 폴리스티렌 입자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing polystyrene particles crosslinked by precipitation polymerization, and more particularly, to preparing styrene monomer, polymerization initiator, and solvent as acetonitrile alone or in common with acetonitrile. The mixture is used in a mixture, and as the crosslinking agent, by precipitation polymerization using divinylbenzene or an acrylate system, the particles formed by crosslinking reaction in the particles have a spherical shape, and the average particle diameter is 1.0 to 8.0 μm. The present invention relates to a method for producing polystyrene particles, which has a larger particle diameter than the polymerization method, and is usefully used in various high value-added industries such as the information industry and microdevices.
Description
본 발명은 침전중합법으로 가교된 폴리스티렌 입자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 침전중합 반응으로 폴리스티렌 제조시 스티렌단량체, 중합개시제, 용매로는 아세토니트릴을 단독 또는 상기 아세토니트릴에 특정의 공용매를 혼합하여 사용하고, 가교제로는 디비닐벤젠 또는 아크릴레이트계를 이용하여 침전중합함으로써, 입자내에서 가교반응이 일어나 형성되는 입자가 구 형태를 가지게 되고, 평균입경이 1.0 ∼ 8 ㎛로 기존의 중합법에 비해 크게 입경이 증가되어 정보산업이나 미세기기 등의 다양한 고부가가치 산업 분야에 유용하게 사용되는 폴리스티렌 입자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing polystyrene particles crosslinked by precipitation polymerization, and more particularly, to preparing styrene monomer, polymerization initiator, and solvent as acetonitrile alone or in common with acetonitrile. By mixing and using the medium, and the precipitation crosslinking agent using divinylbenzene or acrylate-based as a crosslinking agent, the particles formed by crosslinking reaction in the particles has a spherical shape, the average particle diameter is 1.0 ~ 8 ㎛ The present invention relates to a method for producing polystyrene particles, which has a larger particle diameter than the polymerization method, and is usefully used in various high value-added industries such as the information industry and microdevices.
일반적으로 1 마이크론 이상의 직경을 갖는 비닐계 고분자 입자는 소량의 현탁중합(suspension polymerization), 분산중합(dispersion polymerization) 및 유화중합(emulsion polymerization)등의 방법을 통해서 제조가 되어진다. In general, vinyl-based polymer particles having a diameter of 1 micron or more are prepared by a small amount of suspension polymerization, dispersion polymerization, and emulsion polymerization.
현탁중합은 단량체를 기계적 교반에 의하여 분산시킨 후, 지용성 개시제를 사용하여 단량체 방울을 중합하는 것으로, 이로부터 제조된 고분자는 평균직경이 100 ㎛ 이상인 가교된 고분자 입자가 제조되어 진다[미국특허 제4,017,670호, 제4,017,670호, 제4,085,169호, 및 제4,129,706호]. 그러나 가교된 고분자 입자가 균일한 직경을 가지게 하는데 어려움이 따른다. Suspension polymerization is to disperse the monomer by mechanical stirring, and then to polymerize the monomer droplets using a fat-soluble initiator, wherein the polymer prepared therefrom is prepared a crosslinked polymer particle having an average diameter of 100 μm or more. [US Patent No. 4,017,670] 4,017,670, 4,085,169, and 4,129,706. However, it is difficult to make the crosslinked polymer particles have a uniform diameter.
이러한 현탁중합의 한계를 극복하기 위한 방법으로 다양한 크기의 고분자 입자를 제조한 후, 분리장치를 이용하여 입자의 크기에 따라 분리하여 제조하는 방법이 제시되었다[일본특허 공개 제90-261728호]. 그러나, 상기한 현탁중합에 의한 방법을 사용할 경우 공정이 복잡하고 분급장치에 대한 비용이 과다 소요될 뿐 아니라 생산성도 매우 낮은 문제점을 나타내었다. As a method for overcoming the limitation of the suspension polymerization, a method of preparing polymer particles having various sizes and then separating them according to the particle size using a separator has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 90-261728). However, when the suspension polymerization method is used, the process is complicated, the cost of the classification apparatus is excessive, and the productivity is also very low.
분산중합은 비닐계 단량체와 상기 단량체에 가용성인 유기용매 또는 유기용매와 물의 혼합용매와 입체안정제(steric stabilizer) 및 지용성 개시제를 사용하여 중합하여 1 ㎛ 이상의 구형 고분자 입자를 제조한다[Macromolecules, Vol. 23, P3104 ∼ 3109 (1990); Can. J. Chem., Vol. 63, P209 ∼ 216 (1985); J. Polym. Sci., Part A Polym. Chem., Vol. 31, P1393 ∼ 1402(1993); J. Polym. Sci., Part A Polym. Chem., Vol. 32, P1087 ∼ 1100(1994)]. 상기 사용되는 유기용매는 단량체에 대해서는 가용성이며, 분산중합으로 생성된 고분자 입자에는 불용성이어야 한다. 이러한 분산중합은 최대로 가교할 수 있는 가교제 양이 단량체 대비 5 중량%를 넘지 못하며, 그 이상 첨가되면 고분자 입자들이 서로 뭉치거나 구형이 아닌 불규칙한 형태의 입자가 형성되어 완전 가교된 입자를 제조하는 것이 어려운 문제가 있다. 또한 구형의 고분자 입자를 얻기 위해서는 입체안정제의 첨가가 필수적이다.Dispersion polymerization is polymerized using a vinyl monomer, an organic solvent soluble in the monomer or a mixed solvent of organic solvent and water, a steric stabilizer, and a fat-soluble initiator to prepare spherical polymer particles of 1 μm or more [Macromolecules, Vol. 23, P3104-3109 (1990); Can. J. Chem., Vol. 63, P209-216 (1985); J. Polym. Sci., Part A Polym. Chem., Vol. 31, P1393-1402 (1993); J. Polym. Sci., Part A Polym. Chem., Vol. 32, P 1087-1100 (1994)]. The organic solvent used must be soluble in monomers and insoluble in polymer particles produced by dispersion polymerization. In this dispersion polymerization, the maximum amount of crosslinking agent that can be crosslinked is not more than 5% by weight relative to the monomer, and when it is added more than that, the polymer particles are agglomerated with one another or irregularly shaped particles that are not spherical to form fully crosslinked particles. There is a difficult problem. In addition, in order to obtain spherical polymer particles, addition of steric stabilizer is essential.
유화중합은 단일 공정으로 직경이 1 ㎛ 정도의 균일한 크기의 가교된 고분자 입자를 제조할 수 있으며, 또한 시드(seed)를 이용한 팽윤 방법으로는 직경이 100 ㎛까지 가교된 입자의 제조가 가능하다[미국특허 제4.459,378호, 제6,228,925호, 및 제4,996,265호]. 그러나 유화중합시 반응에 참여되는 성분들이 많고 다단계 공정으로 복잡하고, 소요되는 시간이 길다는 단점을 가지고 있다.Emulsion polymerization can produce crosslinked polymer particles having a uniform size of about 1 μm in a single process, and can also produce crosslinked particles up to 100 μm in diameter by swelling using seeds. (US Pat. Nos. 4.459,378, 6,228,925, and 4,996,265). However, there are many components involved in the reaction during emulsion polymerization, complicated by a multi-step process, and a long time.
상기 기술된 현탁중합법, 분산중합법 및 유화중합법으로 구형의 가교된 고분자 입자 제조시 각각 서로 다른 여러 단점을 가지고 있으며, 이들 방법으로 제조된 고분자 입자의 경우 표면에 흡착된 안정제가 고분자 입자의 최종 물성에 큰 영향을 미치고 있다.The above-mentioned suspension polymerization method, dispersion polymerization method and emulsion polymerization method have various disadvantages in the production of spherical crosslinked polymer particles, and in the case of the polymer particles produced by these methods, the stabilizer adsorbed on the surface of the polymer particles It has a big influence on the final physical properties.
따라서, 최근에는 침전중합(precipitation polymerization)으로 1 ㎛ 이상의 가교된 구형의 고분자 입자를 제조하는 방법이 제시되었다[미국특허 제5,599,889호]. 침전중합은 그 기본원리가 분산중합법과 같으나 분산중합시에 반드시 첨가되어야 했던 입체 안정제를 사용하지 않고, 입자내의 가교에 의해 구 형태의 가교된 고분자 입자의 제조가 가능한 중합법이다. Therefore, in recent years, a method for producing spherical polymer particles having a crosslink of 1 μm or more by precipitation polymerization has been proposed (US Pat. No. 5,599,889). Precipitation polymerization is a polymerization method in which the basic principle is the same as that of dispersion polymerization, but without the use of a steric stabilizer that must be added during dispersion polymerization, it is possible to prepare spherical cross-linked polymer particles by crosslinking in particles.
침전중합은 디비닐벤젠으로 완전 가교된 1 ㎛ 이상의 폴리디비닐벤젠의 구형 입자가 아세토니트릴 용매 또는 아세토니트릴의 주용매와 톨루엔, 물 또는 프로피오니트릴의 공동용매를 사용하여 제조되는 것으로, 가교된 폴리메틸 메타크릴레이트이나 폴리클로로메틸 스티렌 구형 고분자 입자 제조 방법이 제시되고 있다[J. Polym. Sci., Part A Polym. Chem., Vol. 37, P2295 ∼ 2303(1999); Macromolecules, Vol. 35, P9983 ∼ 9989 (2002); J. Polym. Sci., Part A Polym. Chem., Vol. 37, P2899 ∼ 2907(1999)]. 그러나 중합시 사용되는 단량체의 종류 및 공동용매로 사용되는 용매가 극히 제한적이라는 한계를 갖고 있다.Precipitation polymerization is a process in which spherical particles of 1 μm or more of polydivinylbenzene fully crosslinked with divinylbenzene are prepared using an acetonitrile solvent or a main solvent of acetonitrile and a cosolvent of toluene, water or propionitrile. A method for producing polymethyl methacrylate or polychloromethyl styrene spherical polymer particles has been proposed [J. Polym. Sci., Part A Polym. Chem., Vol. 37, P2295-2303 (1999); Macromolecules, Vol. 35, P9983-9989 (2002); J. Polym. Sci., Part A Polym. Chem., Vol. 37, P2899-2907 (1999)]. However, there is a limitation that the kind of monomers used in the polymerization and the solvent used as the cosolvent are extremely limited.
본 발명자는 상기와 같은 고분자 입자에 이용되는 기존의 여러 중합 중, 특히 침전중합의 한계점인 공동용매의 제한성을 개선하기 위하여 연구 노력한 결과, 주용매로 아크릴니트릴을 단독 사용하거나 단량체와 가교제에 대하여 가용성을 가진 공동용매로 용해도 상수가 8.5 ∼ 15 (㎈/㎤)1/2 인 용매 및 물을 선택하여 혼합사용하면 폴리스티렌 입자의 크기가 조절 가능하고, 또한 가교제로 디비닐벤젠를 선택 사용하여 입자내에서 가교반응을 일으켜 입자를 단단하게 형성하여 엉겨붙지 않게 함으로써 제조된 입자가 구형의 상태를 유지할 수 있다는 것을 알게 됨으로서 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have made efforts to improve the limitation of the co-solvent, which is a limitation of precipitation polymerization, among various existing polymerizations used for the polymer particles as described above. When the solvent and water having a solubility constant of 8.5 to 15 (m 3 / cm 3) 1/2 are selected and mixed with a co-solvent, the size of the polystyrene particles can be controlled, and divinylbenzene is selected as a crosslinking agent. The present invention has been completed by discovering that the produced particles can maintain a spherical state by causing a crosslinking reaction to harden the particles to prevent them from tangling.
따라서 본 발명은 단일공정으로 특정의 용매와 가교제를 사용한 침전중합법으로 내열성 및 내용제성이 우수한 1 ㎛ 이상의 직경을 가진 구형의 폴리스티렌 입자를 제조하는 방법에 그 목적이 있다. Therefore, an object of the present invention is a method for producing spherical polystyrene particles having a diameter of 1 μm or more excellent in heat resistance and solvent resistance by precipitation polymerization using a specific solvent and a crosslinking agent in a single process.
본 발명은 스티렌단량체, 용매, 가교제 및 중합개시제를 침전중합하여 폴리스티렌을 제조하는 방법에 있어서, 상기 용매는 아세토니트릴을 단독사용하거나 주용매인 아세토니트릴에 공용매로 용해도 상수가 8.5 ~ 15 (㎈/㎤)1/2 인 유기용매 또는 물을 혼합사용하고,상기 가교제는 디비닐벤젠을 사용하여 40 ~ 90 ℃ 온도, 6 ~ 48 시간동안, 10 ~ 200 rpm 교반속도로 침전중합 하는 열적 안정성이 우수한 가교된 폴리스티렌 입자의 제조방법에 그 특징이 있다.The present invention is a method for producing polystyrene by precipitating and polymerizing a styrene monomer, a solvent, a crosslinking agent and a polymerization initiator, wherein the solvent has a solubility constant of 8.5 to 15 / Cm 3) 1/2 of an organic solvent or water is used, and the crosslinking agent has a thermal stability of precipitating polymerization using divinylbenzene at a temperature of 40 to 90 ° C. for 6 to 48 hours at a stirring speed of 10 to 200 rpm. It is characterized by a method for producing excellent crosslinked polystyrene particles.
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이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 스티렌단량체를 침전중합하여 폴리스티렌 제조시, 특정의 용매와 가교제를 일정량 사용하여 침전중합시 입자내의 가교반응으로 구형태를 가지게 되고, 종래의 중합법에 비해 평균입경이 증가되어 정보산업이나 미세기기 등의 다양한 고부가가치의 산업 분야에 유용하게 사용되는 폴리스티렌 입자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention has a spherical shape by crosslinking reaction in particles during precipitation polymerization using a certain amount of a specific solvent and a crosslinking agent in the precipitation polymerization of styrene monomer, using a certain amount of a specific solvent and crosslinking agent, the average particle diameter is increased compared to the conventional polymerization method, The present invention relates to a method for producing polystyrene particles which is usefully used in various high value added industrial fields such as fine devices.
본 발명은 스티렌단량체의 침전중합에 사용되는 특정한 용매와 가교제에 특징이 있는 것으로, 상기 용매는 아세토니트릴을 단독으로 사용하거나 아세토니트릴을 주용매로 하고 용해도 상수가 8.5 ∼ 15 (㎈/㎤)1/2 인 유기용매 또는 물을 공용매로 첨가한 혼합용매가 사용되어진다.The present invention is characterized by a specific solvent and a crosslinking agent used for the precipitation polymerization of styrene monomers. The solvent may be acetonitrile alone or acetonitrile as the main solvent, and the solubility constant is 8.5 to 15 (㎈ / cm 3) 1 An organic solvent of / 2 or a mixed solvent in which water is added as a cosolvent is used.
일반적으로 침전중합의 반응메카니즘은 분산중합과 비슷하게 이루어지나, 상기 분산중합과는 달리 선택 사용되는 공용매는 반응물인 스티렌과 생성물인 폴리스티렌 모두에 가용성이 있어야 한다. 상기와 같은 가용성 문제로 인하여 공용매의 용해도 상수(solubility parameter, δ)는 스티렌단량체와 폴리스티렌 등과 비슷한 값을 가지는 것을 선택 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용된 공용매와 스티렌단량체, 폴리스티렌의 용해도 상수를 나타낸 표 1에서 보여지는 바와 같이 나타내며, 본 발명의 스티렌단량체와 폴리스티렌의 용해도 상수는 각각 9.3과 8.9 (㎈/㎤)1/2 의 용해도 상수값을 가지므로, 사용되는 공용매는 8.5 ∼ 15 (㎈/㎤)1/2의 용해도 상수값을 가지는 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 공용매의 예를 들면 테트라하이드로퓨란, 2-프로판올, 2-메톡시에탄올, 벤젠, 톨루엔 및 물 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 사용되어질 수 있다. 물은 용해도 상수가 23.4 (㎈/㎤)1/2의 높은 값을 가지지만 이를 이용하여 제조된 폴리스티렌 입자는 구형을 나타낸다. 또한 공용매는 종류에 따라 침전중합으로 제조되는 폴리스티렌의 입자 크기 조절이 가능하다. 공용매는 주용매인 아세토니트릴에 대하여 0 ∼ 75 부피% 사용되며, 상기 사용량이 75 부피% 초과시에는 입자의 엉김현상이 나타나거나 구형이 아닌 불규칙한 모양의 입자가 얻어지는 문제가 발생한다.In general, the reaction mechanism of precipitation polymerization is similar to that of dispersion polymerization, but, unlike the dispersion polymerization, the co-solvent selected for use must be soluble in both styrene as a reactant and polystyrene as a product. Due to the above solubility problem, the solubility parameter (δ) of the cosolvent is preferably selected to have a value similar to that of styrene monomer and polystyrene. The solubility constants of the co-solvent, styrene monomer, and polystyrene used in the present invention are shown in Table 1, and the solubility constants of the styrene monomer and polystyrene of the present invention are 9.3 and 8.9 (8.9 / cm 3) 1/2 , respectively. Since it has a solubility constant value, it is preferable to use the solvent which has a solubility constant value of 8.5-15 (dl / cm <3>) 1/2 as a cosolvent used. For example, one or two or more selected from tetrahydrofuran, 2-propanol, 2-methoxyethanol, benzene, toluene and water may be used. Water has a high solubility constant of 23.4 (dl / cm 3) 1/2 , but the polystyrene particles produced using it have a spherical shape. In addition, the co-solvent can control the particle size of the polystyrene produced by precipitation polymerization according to the type. The cosolvent is used in an amount of 0 to 75% by volume with respect to acetonitrile as the main solvent, and when the amount is more than 75% by volume, entanglement of the particles may occur or irregular particles may be obtained.
본 발명은 비슷한 메카니즘을 가지는 분산중합에서 사용된 입체 안정제를 대신하여 침전중합시 가교제를 사용한다는 것에 또 다른 특징이 있다. 상기 가교제는 침전중합시 입자내의 가교반응으로 인하여 단단해진 입자들이 서로 충돌하더라도 서로 엉겨 붙지 않아 구형 상태로 유지가 가능하게 한다. 가교제는 디비닐벤젠이 사용되어질 수 있으며, 상기 가교제와 스티렌단량체는 사용되는 용매에 대하여 1 ∼ 15 중량% 사용되는 것이 바람직하다. 상기 사용량이 1 중량% 미만이면 반응의 효율이 저하되고 15 중량% 초과시에는 입자간의 응집이 발생하여 구형의 입자를 얻을 수 없게 발생된다. 더욱 바람직하기로는 2 ∼ 12 중량% 사용하는 것이 좋다.The present invention has another feature that a crosslinking agent is used during precipitation polymerization in place of the steric stabilizer used in dispersion polymerization having a similar mechanism. The crosslinking agent does not get entangled with each other even if the particles hardened by the crosslinking reaction in the particles during precipitation polymerization can be kept in a spherical state. Divinylbenzene may be used as the crosslinking agent, and the crosslinking agent and the styrene monomer are preferably used in an amount of 1 to 15% by weight based on the solvent used. When the amount of use is less than 1% by weight, the efficiency of the reaction is lowered, and when the amount is more than 15% by weight, aggregation between particles occurs, so that spherical particles cannot be obtained. More preferably, it is preferable to use 2-12 weight%.
또한 가교제는 스티렌단량체 사용량의 5 ∼ 95 중량% 사용하는 것이 바람직하며, 사용량이 5 중량% 미만이면 가교도가 낮아 입자간 응집이 발생하게 되며 95 중량% 초과시에 폴리스티렌자체의 자체의 물질성질이 변하는 문제가 발생한다. 더욱 바람직하기로는 10 ∼ 50 중량%를 사용하는 것이 좋다. In addition, the crosslinking agent is preferably used 5 to 95% by weight of the amount of styrene monomer, when the amount is less than 5% by weight, the degree of crosslinking is low due to the low degree of crosslinking. Occurs. More preferably, it is good to use 10-50 weight%.
본 발명은 폴리스티렌을 상기에서 한정한 특정의 용매와 가교제, 스티렌단량체 및 중합개시제를 사용하여 침전중합하는 것으로, 상기 첨가되는 중합개시제는 현탁중합에서 일반적으로 사용되는 라우로일퍼옥시드 및 벤조일퍼독시드 등의 유기과산화물계와 2,2'-아조비스이소부티로니트릴, 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴) 및 2,2'-아조비스(2-메틸부티로니트릴) 등의 아조계 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 사용되어질 수 있다. 본 발명에서 사용되는 중합개시제는 유용성인 것으로 열, 환원성 물질 존재 하에서 라디칼 분해하여 단량체의 부가중합을 개시시키는 특성을 가진다. 상기 반응개시제는 사용되는 스티렌단량체와 가교제 총사용량에 1 ∼ 15 중량%를 함유하는 것이 바람직하며, 사용량이 1 중량% 미만이면 반응속도가 현격히 저하되며, 15 중량% 초과시에는 입자간의 상호 응집이 발생하게 된다.The present invention is the precipitation polymerization of polystyrene using a specific solvent and a crosslinking agent, a styrene monomer and a polymerization initiator as defined above, wherein the polymerization initiator to be added is lauroyl peroxide and benzoyl peroxide which are generally used in suspension polymerization. Organic peroxides, such as 2,2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) and 2,2'-azobis (2-methylbutyronitrile) One kind or two or more kinds selected from azo series such as) may be used. The polymerization initiator used in the present invention is oil-soluble, and has the property of initiating the addition polymerization of monomers by radical decomposition in the presence of heat and a reducing substance. The reaction initiator preferably contains 1 to 15% by weight in the total amount of the styrene monomer used and the crosslinking agent. When the amount is less than 1% by weight, the reaction rate is significantly lowered. Done.
한편, 본 발명의 폴리스티렌 입자를 제조를 위한 침전중합법은 공지의 방법으로 이루어진다.On the other hand, the precipitation polymerization method for producing the polystyrene particles of the present invention is made by a known method.
먼저, 질소분위기 하에서 용매 반응기에 넣고, 스티렌단량체와 가교제, 반응개시제를 첨가한 후 40 ∼ 90 ℃ 온도, 6 ∼ 48 시간동안, 10 ∼ 200 rpm 속도로 교반하여 침전중합한다. 상기 교반속도가 10 rpm 미만이면 교반이 일어나지 않아 입자의 크기가 불균일해지고, 200 rpm 초과시에는 다소 이러한 엉김 현상이 일어날 수도 있으므로 교반속도의 조절이 중요하다. 더욱 바람직하기로는 50 ∼ 90 ℃ 온도, 12 ∼ 24 시간동안, 10 ∼ 150 rpm 속도가 좋다.First, the mixture is placed in a solvent reactor under a nitrogen atmosphere, and styrene monomer, a crosslinking agent, and a reaction initiator are added, followed by precipitation polymerization at 40 to 90 ° C. for 6 to 48 hours at a speed of 10 to 200 rpm. If the stirring speed is less than 10 rpm, the stirring does not occur, the size of the particles becomes uneven, and when the 200 rpm is exceeded, this kind of entanglement may occur, so it is important to control the stirring speed. More preferably, 10-150 rpm speed is good for 50-90 degreeC temperature and 12 to 24 hours.
상기와 같은 방법으로, 스티렌단량체가 침전중합되어 입자 내에서의 가교반응으로 완전 가교된 구형을 가진 폴리스티렌 입자를 얻을 수 있으며, 더욱이 상기 폴리스티렌 입자의 평균입경이 1.0 ∼ 8.0 ㎛으로, 고부가가치를 내는 다양한 응용분야에 사용이 가능하다. By the above method, the styrene monomer is precipitated and polymerized to obtain polystyrene particles having a spherical shape that is completely crosslinked by crosslinking reaction in the particles. Furthermore, the average particle diameter of the polystyrene particles is 1.0-8.0 μm, which provides high added value. It can be used in various applications.
이와 같은 본 발명을 다음의 실시 예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited to the examples.
실시예 1Example 1
냉각기가 달려있는 3구 둥근 플라스크 반응기에 주용매로 아세토니트릴 100 ㎖를 질소분위기 하에 넣고, 스티렌단량체와 가교제인 디비닐벤젠은 상기 용매에 대하여 2 중량%가 되도록 고정시켰다.100 ml of acetonitrile as a main solvent was put in a nitrogen atmosphere in a three-neck round flask reactor equipped with a cooler, and styrene monomer and divinylbenzene as a crosslinking agent were fixed at 2% by weight with respect to the solvent.
상기 가교제인 디비닐벤젠의 농도는 스티렌단량체 농도에 대하여 일정량으로 변화시켜 첨가한 혼합물의 반응기를 70 ℃로 유지시켰다. 상기 혼합물에 개시제인 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 0.04 g을 넣은 뒤 30 rpm으로 교반하면서 24시간동안 침전중합하여 얻어진 폴리스티렌 중합체를 얻었다. The concentration of the divinylbenzene as the crosslinking agent was changed to a certain amount with respect to the styrene monomer concentration to maintain the reactor of the added mixture at 70 ° C. To the mixture was added 0.04 g of 2,2'-azobisisobutyronitrile as an initiator, followed by precipitation polymerization for 24 hours while stirring at 30 rpm to obtain a polystyrene polymer.
상기 얻어진 폴리스티렌 중합체의 수율과 이를 원심분리하여 전자현미경으로 분석하고 시차주사열량계(Differential scanning calorimeter)를 통하여 열적안정성을 조사하여 다음 표 2에 나타내었다. The yield of the obtained polystyrene polymer and centrifugal separation was analyzed by electron microscopy, and thermal stability was investigated through a differential scanning calorimeter.
상기 분석 조사한 결과, 얻어진 폴리스티렌 중합체는 평균입경 약 3 ㎛인 안정한 구형의 입자임을 확인하였으며, 이들을 열적 안정성을 결과 모든 시료에 있어서 유리전이온도가 관찰되지 않아 완전히 가교가 되었음을 확인하였다. As a result of the analysis and investigation, it was confirmed that the obtained polystyrene polymers were stable spherical particles having an average particle diameter of about 3 μm, and these were thermally stable, and thus the glass transition temperature was not observed in all the samples, indicating that they were completely crosslinked.
실시예 2Example 2
상기 실시예 1과 동일하게 제조하되, 용매로 주용매 아세토니트릴과 여러 종류의 공용매를 부피 합이 100 ㎖가 되도록 혼합하여 사용하고, 가교제인 디비닐벤젠의 함량을 스티렌단량체 함량에 대하여 50 중량%로 하여 실시하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, but used as a solvent to mix the main solvent acetonitrile and various types of co-solvent so that the sum of the volume is 100 ㎖, the content of the divinylbenzene crosslinking agent 50% by weight of the styrene monomer content It carried out as%.
상기 얻어진 폴리스티렌 중합체의 수율과 이를 원심분리하여 전자현미경으로 분석하여 다음 표 3에 나타내었다. Yield of the obtained polystyrene polymer and centrifuged it was analyzed by electron microscopy and shown in Table 3 below.
상기 분석 조사한 결과, 얻어진 폴리스티렌 중합체는 평균입경 약 2.0 ∼ 3.5 ㎛인 안정한 구형의 입자임을 확인하였다. As a result of the analysis and investigation, it was confirmed that the obtained polystyrene polymer was a stable spherical particle having an average particle diameter of about 2.0 to 3.5 µm.
실시예 3Example 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 가교제인 디비닐벤젠의 농도를 스티렌단량체의 농도에 대하여 50 중량%로 고정시키고, 개시제인 2,2'-아조비스이소부티로니트릴을 스티렌단량체와 가교제인 디비닐벤젠의 총 사용량에 대하여 2, 4, 6, 및 8 중량%로 변화시켜 실시하였다.In the same manner as in Example 1, the concentration of the divinylbenzene as a crosslinking agent was fixed at 50% by weight relative to the concentration of the styrene monomer, and the initiator 2,2'-azobisisobutyronitrile was used as the styrene monomer and the crosslinking agent. It was carried out by changing to 2, 4, 6, and 8% by weight relative to the total amount of divinylbenzene used.
상기 얻어진 폴리스티렌 중합체의 수율과 이를 원심분리하여 전자현미경으로 분석하여 다음 표 4에 나타내었다. Yield of the obtained polystyrene polymer and centrifuged and analyzed by electron microscopy are shown in Table 4 below.
상기 분석 조사한 결과, 얻어진 폴리스티렌 중합체는 평균입경 약 2.8 ∼ 3.8 ㎛인 안정한 구형의 입자이며, 개시제의 농도가 증가함에 따라 평균입경이 점차적으로 증가함을 확인하였다.As a result of the analysis and investigation, it was confirmed that the obtained polystyrene polymer was a stable spherical particle having an average particle diameter of about 2.8 to 3.8 µm, and the average particle diameter gradually increased as the concentration of the initiator increased.
실시예 4Example 4
실시예 1과 동일하게 실시하되, 가교제인 디비닐벤젠의 농도를 스티렌단량체 농도에 대하여 50 중량%로 고정시키고 스티렌단량체와 디비닐벤젠 사용량의 합이 용매에 대하여 2, 5, 8, 10, 및 15 중량%가 되도록 첨가하여 실시하였다.In the same manner as in Example 1, the concentration of the divinylbenzene as a crosslinking agent was fixed at 50% by weight relative to the styrene monomer concentration, and the sum of the styrene monomer and the divinyl benzene used was 2, 5, 8, 10, and It was added to 15% by weight.
상기 얻어진 폴리스티렌 중합체의 수율과 이를 원심분리하여 전자현미경으로 분석하여 다음 표 5에 나타내었다. Yield of the obtained polystyrene polymer and centrifuged it was analyzed by an electron microscope shown in Table 5 below.
상기 분석 조사한 결과, 얻어진 폴리스티렌 중합체는 평균입경 약 2.4 ∼ 4.5 ㎛인 안정한 구형의 입자이며, 스티렌단량체의 양이 증가함에 따라 평균입경이 점차적으로 증가함을 확인하였다. As a result of the analytical investigation, it was confirmed that the obtained polystyrene polymer is a stable spherical particle having an average particle diameter of about 2.4 to 4.5 μm, and the average particle diameter gradually increased as the amount of the styrene monomer increased.
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이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르는 특정의 용매와 가교제를 사용하여 침전중합법으로 제조된 폴리스티렌 입자는 완전가교되어 안정화된 구 형태를 가지고, 평균입경이 1.0 ∼ 8.0 ㎛인 폴리스티렌 입자가 제조되어, 기기 검정시 사용되는 표준물질, 필터 기공의 크기와 효율 측정, 크로마토그래피용 칼럼의 충진물, 생화학에서 지지체, 생의학 분야, 코팅, 잉크, 복사용 건조 토너, 정보산업 및 미세 전기기기 등 고부가가치의 다양한 응용 분야에 사용이 가능하다.As described in detail above, the polystyrene particles prepared by the precipitation polymerization method using a specific solvent and a crosslinking agent according to the present invention have a fully cross-linked and stabilized sphere shape, and polystyrene particles having an average particle diameter of 1.0 to 8.0 μm are prepared. High value-added materials such as standards used in instrument qualification, measurement of filter pore size and efficiency, filling of chromatography columns, supports in biochemistry, biomedical fields, coatings, inks, dry toner for information, information and microelectronics It can be used for various applications.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 스티렌단량체에 대하여 가교제 디비닐벤젠이 50 중량% 첨가되어 침전중합한 평균입경이 3.2 ㎛인 가교된 폴리스티렌 입자의 전자현미경 사진을 나타낸 것이다.FIG. 1 shows electron micrographs of crosslinked polystyrene particles having an average particle size of 3.2 μm obtained by adding 50% by weight of the crosslinking agent divinylbenzene to the styrene monomer of Example 1 of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예 1의 스티렌단량체에 대하여 가교제 디비닐벤젠량을 변화시켜(5, 10, 20, 40, 50, 및 75 중량%) 제조된 폴리스티렌 입자를 시차주사열량계를 통해 분석한 결과를 나타낸 것이다.Figure 2 is a polystyrene particles prepared by varying the amount of cross-linking agent divinylbenzene (5, 10, 20, 40, 50, and 75% by weight) for the styrene monomer of Example 1 of the present invention was analyzed through a differential scanning calorimeter The results are shown.
도 3은 본 발명의 실시예 5의 스티렌단량체에 대하여 가교제 에틸렌글리콜디메타크릴레이트가 50 중량% 첨가되어 평균입경이 3.7 ㎛인 폴리스티렌 입자의 전자현미경 사진을 나타낸 것이다.FIG. 3 shows an electron micrograph of polystyrene particles having an average particle diameter of 3.7 μm with 50 wt% of a crosslinking agent ethylene glycol dimethacrylate added to the styrene monomer of Example 5 of the present invention.
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