KR101082638B1

KR101082638B1 - 열가소성수지 슬러리의 탈수방법

Info

Publication number: KR101082638B1
Application number: KR1020060101887A
Authority: KR
Inventors: 김창묵; 안성태; 김동철; 차성제; 조윤경; 전상수
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2011-11-10
Also published as: KR20080035329A

Abstract

본 발명은 열가소성수지 슬러리의 탈수방법에 관한 것으로서, 본 발명은 압출 탈수기를 사용하여 열가소성수지 슬러리를 탈수하는 공정에 있어서, 탈수보조제를 사용함을 특징으로 하며, 탈수보조제로는 소디움 라우릴설페이트, 소디움 도데실벤질술포네이트, 지방산 유화제, 로진 유화제 등을 사용할 수 있다. 본 발명의 탈수방법은 탈수 압출시 수분 함량이 낮아 탈수효율이 높고, 건조 공정이 간소화되거나 불필요하므로 에너지 효율이 높고 경제적이라는 장점이 있다.

열가소성수지 슬러리, ABS 수지, 이축 스크류 압출기, 탈수보조제, 수분 함량, 소디움 라우릴설페이트

Description

열가소성수지 슬러리의 탈수방법{METHOD FOR DEHYDRATING THERMOPLASTIC RESIN SLURRY}

본 발명은 열가소성수지 슬러리의 탈수방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이축 스크류 압출기 등을 사용하여, 열가소성 라텍스 응집물 등 열가소성수지 슬러리를 탈수하는 방법에 있어서, 열가소성수지의 수분 함량을 획기적으로 낮추고 탈수효율이우수한 탈수방법에 관한 것이다.

유화중합 등으로 생성된 열가소성수지 슬러리는 응집, 탈수, 건조되어 분말 형태의 수지로 얻어진다. 상기 공정을 수행하는 하나의 방법으로는 열가소성 수지 슬러리를 응집하고, 응집된 슬러리 내에 포함된 다량의 물을 제거하기 위하여 통상적으로 유동층 건조기를 이용하여 건조 공정을 수행한다. 그러나 상기 방법은 건조 공정에 많은 열이 필요하므로, 에너지 효율 및 경제적인 면에서 바람직하지 못하다는 문제가 있다.

이를 대체하기 위한 또 다른 방법으로서, 주로 엘라스토머 등의 열가소성수 지 슬러리를 압출기를 사용하여 탈수 및 건조하는 방법이 있다. 이 방법은 일반적으로 역회전 이축 스크류 압출기를 사용하여 엘라스토머등의 열가소성수지 슬러리를 탈수시켜 수분 함량을 효과적으로제거할 수 있으나, 미세 입자(fines)가 발생하고, 슬러리가 응집(agglomeration)되는 문제가 있으며, 특히 탈수 공정 후에도 과량의 물이 잔류하므로, 별도의 건조 공정을 수행해야 하는 문제가 있다.

일반적으로, 이러한 탈수 압출기에 이어 잔류 수분을 제거하기 위해 건조 압출기를 사용하여 수지의 물을 거의 제거한다. 그러나, 건조 압출기는 탈수 압출기에 비해 고온, 고압의 조건 하에서 운전되므로, 운전 비용이 많이 들며 수지의 열안정성에 안 좋은 영향을 끼치게 된다. 또한, 탈수 압출기를 거친 후의 수분 함량이 많아지게 될 경우, 건조 압출시 플래시 현상에 의해 미세 입자가 발생하고, 겉보기 비중이 낮아지는 한계가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 탈수 압출시 수분 함량을 낮게 조절하여, 건조 공정이 간소화되거나 불필요하므로, 건조 공정시 발생하는 문제를 해결할 수 있는 열가소성수지 슬러리의 탈수방법을 제공하는 것이다

본 발명의 다른 목적은 에너지 및 경제적인 면에서 탈수효율이 높은 열가소성수지 슬러리의 탈수방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탈수 압출기를 사용한 열가소성수지 슬러리의 탈수방법에 있어서, 이온성 유화제, 비이온성 유화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 탈수보조제를 사용하는 것을 특징으로 하는 열가소성수지 슬러리의 탈수방법을 제공한다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 적용 가능한 열가소성수지 슬러리의 예로는 유화중합 또는 미세 현탁 중합 반응의 생성물인 라텍스 조성물, 그 라텍스 조성물이 응집되고 여과되고 남은 응집물, 및 기타 수분을 함유하는 열가소성수지 슬러리를 모두 포함한다. 수분의 함량은 열가소성 수지 슬러리 전체 100 중량부에 대하여 바람직하게는 60 중량부 미만, 더욱 바람직하게는 20 내지 60 중량부이다.

상기 열가소성 수지로는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(acrilonitrile-butadiene-styrene: ABS), 메틸 메타아크릴레이트-부타디엔-스티렌(methyl methacrylate-butadiene-styrene) 수지, 아크릴로니트릴-부틸 아크릴레이트-스티렌(acrilonitrile-butyl acrylate-styrene) 수지 또는 이들의 혼합물을 예시할 수 있으며, 상기 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지 슬러리로는 유화중합반응의 생성물을 예시할 수 있다. 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지는 고무라텍스에 방향족 비닐 화합물 및 비닐시안화합물의 단량체가 그라프트된 공중합체를 포함한다. 상기 고무라텍스는 부타디엔계 고무(BR), 에틸렌-프로필렌-디엔 단랸체 고무(EPDM), 에틸렌 프로필렌 고무(EPR), 할로부틸 고무, 부틸고무, 스티렌-이소프렌 -스티렌(SIS), 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 등일 수 있고, 상기 방향족 비닐 화합물은 스티렌, 알파메틸스티렌, 알파에틸스티렌, 파라메틸스티렌, 비닐톨루엔, 또는 이들의 유도체 등일 수 있으며, 상기 비닐시안 화합물은 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 에타크릴로니트릴, 또는 이들의 유도체 등일 수 있다

상기 ABS 수지 슬러리의 중합체 성분의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 부타디엔 40~70 중량부, 아크릴로니트릴 5~20 중량부 및 스티렌 10~40 중량부이다.

유화중합된 ABS 수지 슬러리는 응집, 탈수 등의 공정을 거쳐 분말 형태의 최종 목적물로 얻어진다.

본 발명에 따른 탈수 압출기를 사용한 열가소성수지 슬러리의 탈수방법은 통상적으로 사용되는 탈수방법 및 공지된 다양한 탈수방법으로 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 열가소성수지 슬러리는 필요에 따라 탈수 압출기에 투입되기 전에 원심분리되어질 수도 있다. 상기 열가소성수지 슬러리의 압출 탈수 공정에 사용되는 압출기로는 통상적으로 탈수공정에 사용되는 압출기 및 공지된 다양한 탈수 압출기를 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 역회전 이축 스크류 압출기를 사용할 수 있다. 탈수 압출기는 비한정적으로 앤더슨 또는 프렌치 오일 밀 머시너리의축출기(expeller)일 수 있다. 압출기에 유입된 엘라스토머 슬러리는 배럴에 있는 스크류에 의해 압축되고, 물의 배럴에 있는 홈을 따라 배수되어 배출구 다이에서 증발한다. 또 다른 탈수 압출기로는웰딩 엔지니어스 인코포레이티드의 탈수 압출기 를 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 탈수방법은 열가소성수지 슬러리의 탈수공정에 탈수보조제를 사용한다는 점에 있다.

탈수보조제로는 이온성 유화제, 비이온성 유화제, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 이온성 유화제는 보통 높은HLB(hydrophilic lipophilic balance)값을 가지는 유화제로서, 비한정적인 예로는 소디움 라우릴설페이트나 소디움 도데실벤질술포네이트, 지방산 유화제, 로진 유화제 등일 수 있다. 비이온성 유화제는 보통 15이하의 낮은 HLB 값을 가지는 유화제이고, 비한정적인 예로는 지방산, 지방산 에스테르, 포스페이트 에스테르, 소수성 폴리머, 에테르, 글라이콜 유도체, 새크로신 유도체, 실리콘 유화제, 소비탄 유도체, 수크로스, 글리세롤 에테르 유도체 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 본 발명의 탈수보조제는 슬러리 내의 수지 입자 표면을 친수성에서 소수성으로 변화시킨다. 즉, 입자 표면을 소수성으로 바꾸어 물과의 친화력을 약화시킴으로서 탈수 효율을 증가시키는 역할을 한다. 상기 목적에 적합한 물질로, 유화제, 고분자 응집제, 전해질 등을 사용할수 있다. 탈수효율은 HLB 값이 낮은 유화제를 사용할수록 크고, 기타 표면 개질 방법에 다르다. HLB 값은 예를 들면 50이하, 바람직하게는 10이하이다.

탈수보조제의 사용량은 바람직하게는 열가소성수지에 대하여 0.001~1중량%이며, 상기 범위 미만이면 탈수효과가 미미한 문제가 있고, 상기 범위를 초과하면 수지에 잔류하여 물성이 저하되는 문제가 있다.

상기 탈수효율을 증대시키기 위하여 탈수보조제와 함께 전해질을 사용할 수 있으며, 전해질은 비한정적으로 알루미늄 클로라이드, 크롬 클로라이드, 코퍼 나이트레이트, 마그네슘 설페이트 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 전해질의 사용량은 바람직하게는 열가소성 수지에 대하여 0.005 내지 0.05 중량%이다. 상기 범위 미만이면 첨가효과가 미미한 문제가 있고, 상기 범위를 초과하면 열안정성이 저하되는 문제가 있다.

중합체에서의 탈수보조제의 분산을 돕기 위하여, 탈수보조제와 함께 짧은 탄화수소 사슬 길이를 가진 탄화수소 오일이나 짧은 탄화수소 사슬 길이를 가진 알코올을 사용할 수 있다. 상기 짧은 탄화수소 사슬 길이를 가진 탄화수소 오일은 예를 들면 탄소수 4 내지 30개의 탄화수소 사슬을 가진 탄화수소 오일 또는 알코올일 수 있으며, 보다 구체적으로는 디젤 오일, 케로신, 가솔린, 나프탈렌 오일, 미네랄 오일, 식물성 오일 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 탄화수소 오일이나 알코올의 사용량은 바람직하게는 열가소성 수지에 대하여 0.1 내지 3 중량%이다. 상기 범위 미만이면 첨가효과가 미미한 문제가 있고, 상기 범위를 초과하면 물성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명에 따른 탈수보조제의 사용방법은 탈수되는 열가소성수지 슬러리에 단순 혼합되는 방법으로 사용되며, 혼합되는 시기는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 1) 열가소성수지 슬러리(중합체 라텍스)를 응집하는 과정, 2) 응집 후 탈 수 과정 또는 3) 탈수 압출하는 과정이고, 더욱 바람직하게는 1) 열가소성수지 슬러리(중합체 라텍스)를 응집하는 과정이다.

상기 탈수 압출기에 투입된 열가소성수지 슬러리는 탈수압출기를 통하여 이송시 압력 구배에 의해 탈수되고, 탈수된 열가소성수지 슬러리는 탈수압출기로부터 용융물 형태로 배출된다. 탈수 압출되어 용융물 형태로 배출된 열가소성수지 슬러리는 필요에 따라 별도의 건조 압출기에 투입되어 건조되어질 수도 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1 내지 4, 비교예 1]

아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체의 슬러리(조성비는 중량비로 AN:BD:SM = 13:60:27)의 응집공정 중에 하기 표 1에 나타난 바와 같은 탈수보조제를 투입하여 혼합하였다(비교예 1은 탈수보조제를 사용하지 않음). 이때 탈수보조제는 HLB 값에 따라 소비탄 모노올레이트(sorbitan monooleate, HLB= 4), Tween 20(Aldrich, polyoxyethylene sorbitan monolaurate, HLB=16.7), Triton X-100(Hach company, Octylphenolpoly(ethyleneglycolether, HLB=13.5), SDBS(Sodium dodecylbenzenesulfonate, HLB=40)를 사용하였고, 그 사용량은 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체에 대하여 0.05 중량%로 하였다.

다음으로 탈수보조제가 혼합된 슬러리를 원심분리기에 투입하고 탈수한 다음, 수분을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

다음으로 슬러리를 탈수 압출기에 통과시켰다. 탈수 압출기로는역회전 이축 스크류 압출기를 사용하였고, 스크류 직경은 35mm이고, L/D는 30이다. 탈수압출기 다이 온도는 160 ~ 170℃에서 운전하였다.

다음으로 탈수 압출기에서 배출된 용융물을 상온에서 충분히 냉각한 후, 잔류 수분을 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

표 1에서 보는 바와 같이, 탈수보조제를 사용한 경우(실시예 1~4)가 사용하지 않은 경우(비교예 1)에 비하여, 수분함량이 낮으므로 탈수율이 증가함을 확인하였다. 사용한 탈수보조제간에는 소비탄 모노올레이트(실시예 1)가 HLB값이 가장 낮고 가장 우수하였으나, 전반적으로 탈수 효율은 유사하였다.

[실시예 5 내지 6]

탈수 보조제의 투입 시기를 달리하여, 응집 후 원심 분리 탈수 중에 투입하는 방법(실시예 5), 탈수 압출 중에 투입하는 방법(실시예 6)을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 그 결과를 비교예 1, 실시예 1과 함께 표 2에 나타내었다.

[실시예 7]

탈수보조제(Tween 20)과 미네랄 오일의 혼합액을 투입하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하여, 결과를 실시예 2의 결과와 함께 표 3에 나타내었다(이 때 미네랄 오일은 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체에 대하여 1 중량%를 사용하였다).

탈수보조제를 단독으로 사용한 경우(실시예 2)보다, 탈수보조제와 미네랄 오일의 혼합액을 사용한 경우(실시예 7)가 탈수 효율이 우수하였다.

[실시예 8]

탈수보조제(Tween 20)와 전해질(알루미늄 클로라이드)의 혼합액을 투입하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하여, 결과를 실시예 2의 결과와 함께 표 4에 나타내었다(이 때 전해질은 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체에 대하여 0.01 중량%를 사용하였다).

탈수보조제를 단독으로 사용한 경우(실시예 2)보다, 탈수보조제와 전해질의 혼합액을 사용한 경우(실시예 8)가 탈수 효율이 우수하였다.

본 발명에 따른 열가소성수지 슬러리의 탈수방법은 탈수 압출시 수분 함량을 낮게 조절하여, 건조 공정이 간소화되거나 불필요하므로, 건조 공정시 발생하는 문제를 해결할 수 있는 장점이 있고, 따라서 에너지 및 경제적인 면에서 탈수효율이 높다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

열가소성수지 슬러리를 응집하고, 원심분리한 다음 탈수 압출하는 열가소성수지 슬러리의 탈수방법에 있어서,

상기 열가소성 수지 슬러리에 소디움 라우릴설페이트, 소디움 도데실벤질술포네이트, 지방산 유화제, 로진 유화제, 지방산, 지방산 에스테르, 포스페이트 에스테르, 소수성 폴리머, 에테르, 글라이콜 유도체, 새크로신 유도체, 실리콘 유화제, 소비탄 유도체, 수크로스, 글리세롤 에테르 유도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 탈수보조제를 알루미늄 클로라이드, 크롬 클로라이드, 코퍼 나이트레이트, 마그네슘 설페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 전해질과 함께 혼합하되,

상기 탈수보조제는 열가소성수지에 대하여 0.001~1 중량% 범위로 혼합하고, 상기 전해질은 열가소성수지에 대하여 0.005~0.05 중량% 로 혼합하며,

상기 탈수보조제를 혼합하는 시기는 상기 응집 단계, 또는 원심분리 단계인 것을 특징으로 하는 열가소성수지 슬러리의 탈수방법.
제1항에 있어서,

열가소성 수지는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지, 메틸 메타아크릴레이트-부타디엔-스티렌 수지, 아크릴로니트릴-부틸 아크릴레이트-스티렌 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 열가소성수지 슬러리의 탈수방법.
제1항에 있어서,

열가소성 수지 슬러리 내의 수분의 함량은 열가소성 수지 슬러리 전체 100 중량부에 대하여 20 내지 60 중량부인 것인 열가소성수지 슬러리의 탈수방법.
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제1항에 있어서,

탈수보조제는 디젤 오일, 케로신, 가솔린, 나프탈렌 오일, 미네랄 오일, 식물성 오일 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄화수소 오일이나 알코올과 함께 사용되는 열가소성수지 슬러리의 탈수방법.
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