KR100887113B1 - 분리막을 이용한 고분자 라텍스 분체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 분리막을 라텍스 용액 내에 침지시키거나 또는 라텍스 용액을 분리막 내부로 이송시켜 압력을 구동력으로 하여 수분을 제거하고 일정시간 경과 후에 가압방향과 반대되는 방향으로 압력을 가하여 표면에 흡착된 라텍스를 탈착시키며, 상기 과정을 반복하여 탈수함으로써 에너지를 절감하고 탈수시 발생하는 분리막 표면에 부착된 라텍스를 효율적으로 탈착함으로써 연속적인 탈수가 가능하게 하여 라텍스의 수분 제거효율을 증대시킨다.

라텍스, 분리막, 에너지, 역세척, 유화중합

Description

분리막을 이용한 고분자 라텍스 분체의 제조방법{Method for preparing polymer latex powder using separation membrane}

본 발명은 분리막을 이용한 고분자 라텍스 분체의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고농도의 라텍스 용액을 분리막을 이용하여 탈수시키고, 운전 중에 분리막 표면에 흡착된 물질을 효율적으로 탈착시켜서 분리막의 특성 및 강도를 유지시키고 라텍스 용액 내의 수분의 함량을 획기적이고 안정적으로 줄일 수 있는 분리막을 이용한 고분자 라텍스 분체의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 고분자 합성 반응에는 여러 종류가 있으나, 이 중에서 유화중합은 고분자 입자 형성 측면에서 선호되고 있다. 특히 페이스트 중합은 염화비닐수지(polyvinylchloride, PVC) 등의 중합에서 사용되고 있다. 페이스트 중합을 거쳐 합성되는 PVC는 유화제, 염, PVC 및 물 등으로 이루어지며, PVC의 총 고형 함량(total solid content, TSC)는 약 50% 전후가 된다. PVC의 고형화를 위해서는 라텍스 용액이 분무건조기(spray dryer)를 거치고 고온의 스팀에 의하여 수분이 증발되면서 고형분만 남게 된다. 이 때 50% 이상의 수분을 제거하기 위해서 사용되는 스팀의 양이 상당하며 스팀 제공을 위한 비용도 상당하여 PVC 제품의 경쟁력을 위해서도 라텍스 용액 내의 수분의 함량을 줄일 필요가 있다.

라텍스 용액 중에서도 입자가 작은 라텍스는 점도가 높고 끈적거림이 있어서 기존의 탈수 공정으로는 총 고형 함량을 높이기가 어렵다는 단점이 있다. 또한, 입자가 큰 경우에는 원심분리법으로 상당량의 수분이 제거되지만, 입자가 작은 경우에는 원신분리법으로도 제거가 어렵다.

분리막은 표면에 일정 크기의 기공이 존재하며, 기공을 통하여 기공 크기보다 작은 물질들이 통과한다. 이 때 분리막 표면에 기공크기보다 큰 물질들이 흡착하여 기공을 막고 이로 인하여 투과유량이 감소하여 제거 효율이 크게 떨어지는 단점을 갖고 있다. 이러한 흡착된 물질을 탈착시켜서 분리막의 효율을 높이는 기술을 필요로 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 고분자의 고형화 과정 중에 사용하는 분리막 표면에 흡착하는 라텍스를 효율적으로 탈착하여 PVC 이외의 물질, 특히 수분을 제거하는 효율적인 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 운전 중에 분리막 표면에서 라텍스가 흡착하고 탈착하는 과정을 반복하게 하여 일정시간 내에 안정적으로 수분을 제거할 수 있는 분리막 모듈을 설계하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 분리막 모듈을 고분자 라텍스 용액 내로 침지시키거나 라텍스 용액을 분리막 모듈 내부로 이송시키고 압력을 구동력으로 하여 수분을 제거하는 분리막 공정; 및

b) 상기 분리막 공정을 거친 분리막에 가압방향과 반대방향으로 압력을 가하여 흡착된 라텍스를 탈착시키는 역세척 공정;

을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 고분자 라텍스 분체의 제조방법을 제공한다.

상기 분리막 모듈은 브레이드(braid) 보강형 중공사막, 브레이드 비보강형 중공사막, 평막형 및 튜블라형으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 분리막 모듈은 U자형, H자형, I자형 및 말단마감형으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.

상기 분리막은 폴리설폰(polysulfone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene, PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 셀룰로오스(cellulose)계 및 세라믹 금속(ceramic metal)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 화합물로 제조된 것이 바람직하다.

상기 분리막의 기공의 크기는 0.001 내지 10미크론인 것이 바람직하다.

상기 라텍스 용액의 입자 크기는 0.01 내지 100미크론인 것이 바람직하다.

상기 분리막 공정은 분리막 모듈을 이동시키거나 분리막 모듈에 진동을 가하거나, 라텍스 용액을 교반시키기 위한 외부 기구를 사용하여 흐름을 주는 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는 상기 역세척 공정이 라텍스 용액 내 또는 외부에서 이루어진다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 역세척 공정 후에 상기 탈착시킨 라텍스를 회수하는 공정을 더욱 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 분리막을 라텍스 용액 내에 침지시키는 침지형 또는 라텍스 용액을 분리막 내부로 이송시켜 압력을 구동력으로 하여 수분을 제거하고 일정시간 경과 후에 가압방향과 반대되는 방향으로 압력을 가하여 표면에 흡착된 라텍스를 탈착시키며, 상기 과정을 반복하여 실시하는 가압형의 방식으로 분리막 모듈을 설계하여 수분 제거효율을 증대시킨다.

분리막을 거친 라텍스가 흡착하고 탈착하는 과정을 1회 이상 반복수행하여 PVC 이외의 물질, 특히 수분을 일정시간 내에 안정적으로 제거하여 수분 제거 효율을 증대시킨다.

상기 분리막 모듈은 섬유를 직조한 브레이드(braid) 보강형 중공사막, 브레이드 비보강형 중공사막, 평막형 또는 튜블라형이며, 그 형태는 U자형, H자형, I자형 또는 분리막 각각의 말단을 막은 말단마감형인 것을 사용한다.

또한, 분리막의 소재로는 폴리설폰(polysulfone), 폴리에테르설 폰(polyethersulfone), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene, PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 폴리프로필렌(polypropylene)와 같은 폴리올레핀(polyolefin), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 셀룰로오스(cellulose)계 또는 세라믹 금속(ceramic metal)을 사용한다.

상기 분리막의 기공의 크기는 라텍스 입자의 크기보다 작은 것이 일반적이며, 0.001 내지 10미크론인 것이 바람직하다. 분리막의 기공의 크기가 0.001미크론 미만인 경우에는 투과유량이 너무 작아 효율성이 크게 떨어지는 문제점이 있으며, 10미크론 초과인 경우에는 라텍스 흡착이 너무 순간적으로 발생하여 역세척 횟수가 너무 많아져 투과유량이 작아지는 문제점이 있다.

본 발명은 통상적인 유화중합에 의하여 제조된 고분자 라텍스를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.01 내지 100미크론의 입자 크기를 갖는 고분자 라텍스 용액을 사용할 수 있다. 고분자 라텍스의 입자 크기가 0.01미크론 미만인 경우에는 라텍스의 점도가 너무 커서 분리막 기공에 흡착된 라텍스의 탈착이 어려워 투과유량의 회복이 어려운 문제점이 있으며, 100미크론 초과인 경우에는 라텍스가 물속에서 분산되어 있지 않고 짧은 시간 내에 (수분 이내) 침전되어 물과 라텍스가 분리되는 문제점이 있고, 원심분리법으로도 상당량의 수분이 제거 가능하다.

상기 분리막 공정은 분리막 모듈을 이동시키거나 분리막 모듈에 진동을 가하거나, 라텍스 용액을 교반시키기 위한 외부 기구를 장착 및 이를 사용하여 흐름을 주는 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는 상기 역세척 공정이 라텍스 용액 내 또는 외부에서 이루어질 수 있으며, 특히, 역세척 공정이 라텍스 외부에서 이루어지는 경우 상기 역세척 공정 후에 상기 탈착시킨 라텍스를 회수하는 공정을 더욱 포함할 수 있다.

이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

사용하는 분리막은 섬유를 직조한 브레이드(braid) 위에 고분자 물질을 코팅하여 제조된 것이다. 소재는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)이고, 기공은 30nm이었다. 각각의 분리막의 막 면적을 1㎡으로 하여 라텍스 용액(TSC 50%, 점도 25000cP, 온도 20℃, 입자평균크기 1미크론)에 침지시키고 흡입펌프를 가동하여 수분을 제거하였다. 분리막 모듈은 U자 형태로 제조하였다. 10분간 운전하고 1분간 역세척을 하여 분리막 표면에 흡착된 라텍스를 탈착시키면서 시간에 따른 투과유량을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. TSC는 65%까지 증가시켰다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 역세척을 실시하면서 분리막 모듈을 상하 또는 좌우로 이동시켜 라텍스의 흡착속도를 감소시키고 투과유량을 측정한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 역세척을 실시하면서 분리막 모듈을 정치시키고 펌프를 이용하여 라텍스 용액 속에서 분리막 모듈을 분사하여 라텍스의 흡착 속도를 감소시키고 투과유량을 측정한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 4

상기 실시예 1에서 역세척을 실시하면서 분리막 모듈을 정치시키고 라텍스 용액을 교반시키면서 라텍스의 흡착 속도를 감소시키고 투과유량을 측정한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 5

상기 실시예 2에서 분리막을 기공크기가 0.1미크론인 것을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 6

상기 실시예 2에서 강제로 라텍스 입자를 흡착시킨 후에 침지된 모듈을 외부로 분리시켜서 라텍스 입자를 탈착시켜서 운전을 반복한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하였다. 분리된 라텍스 입자의 TSC는 78%이었다.

비교예

상기 실시예 1에서 역세척을 실시하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1 과 동일하게 실시하여 시간에 따른 투과유량을 측정하였다.

시간에 따른 투과유량

시간(min)	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예
10	2.0	4.0	3.6	3.2	5.4	2.0
20	1.9	4.2	3.5	3.3	5.6	0.5
30	2.2	4.3	3.6	3.3	5.4	0.3
40	2.2	4.1	3.6	3.4	5.4	0.2

공정 이후의 라텍스 고형분(TSC)의 함량

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교예
TSC(%)	65	71	68	66	73	78	58

상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 분리막 공정 및 역세척을 거친 라텍스에 대한 분리막의 투과 유량은 변화가 거의 없거나 증가하는 경향을 보였다. 이와 달리 비교예에서처럼 역세척 공정을 실시하지 않은 경우에는 분리막의 투과 유량이 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 5에서 분리막의 기공 크기를 0.1미크론으로 감소시킨 경우, 투과 유량이 보다 증가하는 것을 볼 수 있다.

본 발명에 따른 분리막 및 역세척 공정을 거친 라텍스 입자의 고형분 함량은 65%까지 증가되었으며, 실시예 6에서와 같이 침지된 분리막 모듈을 외부로 분리시켜 라텍스 입자의 탈착 및 흡착을 반복하는 경우, 라텍스 입자의 함수율이 크게 감소(22%)하는 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 분리막을 이용한 고분자 라텍스 분체의 제조방법은 분리막 모듈을 이용하여 라텍스 용액에서 탈수 과정을 거쳐 함수율을 낮추며, TSC를 높임으로써, 수분 제거를 위하여 스팀을 사용할 필요가 없어, 경제적이므로 PVC 제품의 경쟁력을 높여주고, 안정적이고 효율적으로 수분을 제거할 수 있어 우수한 작업성을 가지게 하는 유용한 발명이다.

상기에서 본 발명은 기재된 구체예를 중심으로 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

Claims (9)

1. a) 분리막 모듈을 고분자 라텍스 용액 내로 침지시키고, 압력을 구동력으로 하여 수분을 제거하는 분리막 공정; 및

   b) 상기 분리막 공정을 거친 분리막에 가압방향과 반대방향으로 압력을 가하여 흡착된 라텍스를 탈착시키는 역세척 공정;을 포함하되,

   상기 고분자 라텍스 용액은 고형분의 함량(TSC)이 40 내지 60 중량%이고, 상기 고분자 라텍스의 입자 크기는 0.01 내지 100 미크론이며, 상기 분리막의 기공의 크기는 0.001 내지 10 미크론이면서 상기 고분자 라텍스의 입자 보다 큰 것을 특징으로 하는 고분자 라텍스 분체의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 분리막 모듈은 브레이드 보강형 중공사막, 브레이드 비보강형 중공사막, 평막형 및 튜블라형으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고분자 라텍스 분체의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 분리막 모듈은 U자형, H자형, I자형 및 말단마감형으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 고분자 라텍스 분체의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 분리막은 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 셀룰로오스계 및 세라믹 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 화합물로 제조된 것을 특징으로 하는 고분자 라텍 스 분체의 제조방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서, 상기 분리막 공정은 분리막 모듈을 이동시키거나 분리막 모듈에 진동을 가하거나, 라텍스 용액을 교반시키기 위한 외부 기구를 장착한 것을 특징으로 하는 고분자 라텍스 분체의 제조방법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 역세척 공정이 라텍스 용액 내 또는 외부에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 라텍스 분체의 제조방법.
9. 제 1항에 있어서, 상기 역세척 공정 후에 상기 탈착시킨 라텍스를 회수하는 공정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 라텍스 분체의 제조방법.