KR101829068B1

KR101829068B1 - 중합 반응 장치 및 이를 이용하여 중합체를 생성하기 위한 방법

Info

Publication number: KR101829068B1
Application number: KR1020110108093A
Authority: KR
Inventors: 마사카즈 스미다; 가즈히로 야마자키; 아키라 니시타니
Original assignee: 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2018-02-13
Also published as: KR20120041684A; SG180130A1; CN102532350B; JP5155372B2; CN102532350A; JP2012087241A

Abstract

본 발명은 반응 혼합물 중의 단량체와 이로부터 초래되는 중합체가 작동 동안 축 시일 베어링부에 들러붙는 것을 방지할 수 있는 중합 반응 장치를 제공한다. 단량체를 가진 원료 혼합물의 중합 반응을 수행하기 위한 중합 반응 용기 (10); 회전가능한 축 (20); 상기 회전가능한 축 (20) 에 고정되며, 상기 중합 반응 용기 (10) 의 내부의 원료 혼합물을 교반하는 교반 날개 (22); 및 상기 축 (20) 을 지지하는 축 시일 베어링부 (30) 를 포함하는 중합 반응 장치가 개시되며, 상기 축 시일 베어링부 (30) 는 축 밀봉부 (40) 를 포함하고, 상기 축 밀봉부는, 축 시일 부분 (A) (32); 상기 축 시일 부분 (A) (32) 과 상기 중합 반응 용기 (10) 의 사이에 형성되는 공극 부분 (34); 상기 공극 부분 (34) 과 상기 중합 반응 용기 (10) 의 사이에 형성되는 축 시일 부분 (B) (38); 및 중합 억제제를 가진 액체가 상기 공극 부분 (34) 으로 유입되도록 하기 위한 액체 유입구 (36) 를 포함하며, 상기 액체 유입구 (36) 로부터 유입되는 액체는 공극 부분 (34) 을 통해 중합 반응 용기 (10) 내로 제거된다.

Description

중합 반응 장치 및 이를 이용하여 중합체를 생성하기 위한 방법 {POLYMERIZATION REACTION APPARATUS AND METHOD OF PRODUCING POLYMER BY USING THE SAME}

본 발명은 중합체를 생성하기 위해 사용되는 중합 반응 장치 및 상기 장치를 이용하여 중합체를 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.

(메스) 아크릴레이트계 중합체와 같은 중합체의 제조는 단량체, 중합 개시제 등이 중합 반응 용기 내로 연속적으로 유입되는 연속 괴상 중합 반응 또는 연속 용액 중합 반응을 사용한다. 전술한 방법 중, 연속 괴상 중합 방법은 중합 반응이 용제 및 분산제를 사용하지 않고 단일 상에서 수행되어, 불순물을 거의 포함하지 않는 중합체를 생성한다는 장점이 있다. 그러나, 반응 시스템의 점도가 매우 높기 때문에, 반응 시스템으로부터 열을 제거하여 중합 온도 등을 제어하기 위해 주의를 기울일 필요가 있다. 반면에, 연속 용액 중합 방법은 불순물을 거의 포함하지 않는 중합체를 얻으며 반응 시스템의 점도가 낮아 연속 괴상 중합 방법과 연관된 문제가 감소한다는 장점이 있지만, 용제의 사용으로 인해 생산성이 낮아지는 문제가 있다.

제 JP 7-126308 A 호에는 반응 용기가 완전히 액체 매체로 채워져 실질적으로 기상 매체를 포함하지 않는 조건의 완전 혼합 방식의 반응 용기를 사용하여 중합 반응을 수행하는 단계를 포함하는 연속 괴상 중합 방법을 사용하여 메스 아크릴레이트계 중합체를 생성하기 위한 방법이 개시되어 있다.

[종래 기술 문헌]

[특허 문서 1] JP 7-126308 A

이러한 중합체를 생성하기 위해 사용되는 중합 반응 장치의 경우, 교반 날개가 축에 고정된 상태로 중합 반응 용기의 내부에 배치됨에 따라, 단량체와 중합 개시제를 포함하는 원료 혼합물의 교반이 이루어져 중합 반응이 수행된다. 상기 축의 일단이 구동 유닛에 부착됨에 따라, 구동 유닛으로부터 축으로 회전 구동력이 전달되어 축과 교반 날개의 회전이 이루어진다. 상기 축은 구동 유닛과 중합 반응 용기의 사이에 배치되는 축 시일(seal) 베어링부에 의해 지지되어 있다. 이러한 축 시일 베어링부에는, 중합 반응 용기의 반응 혼합물이 구동 유닛에 도달하지 않도록 축의 둘레로 축 시일 부분이 마련된다.

그러나, 전술한 중합 반응 장치를 사용하여 중합 반응이 연속적으로 수행되면, 반응 혼합물 중의 단량체 및 생성된 중합체가 축 시일 베어링부의 외주면에 들러붙는 경향이 있어, 축과 교반 날개가 충분히 회전하지 못해 중합 반응을 수행하기가 어렵다는 문제를 야기한다.

본 발명은 종래 기술의 전술한 문제점을 해소하기 위해 고안된 것이다. 본 발명의 목적은 반응 혼합물 중의 단량체 및 생성된 중합체가 작동 동안 축 시일 베어링부에 들러붙는 것을 방지할 수 있는 중합 반응 장치를 제공하며 또한, 이러한 중합 반응 장치를 사용하여 중합체를 생성하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,

단량체를 가진 원료 혼합물의 중합 반응을 수행하기 위한 중합 반응 용기,

회전가능한 축,

상기 회전가능한 축에 고정되며, 상기 중합 반응 용기 내부의 원료 혼합물을 교반하는 교반 날개, 및

상기 축을 지지하는 축 시일 베어링부를 포함하며,

상기 축 시일 베어링부는 축 밀봉부를 포함하고,

상기 축 밀봉부는,

축 시일 부분 (A),

상기 축 시일 부분 (A) 과 상기 중합 반응 용기의 사이에 형성되는 공극 부분,

상기 공극 부분과 상기 중합 반응 용기의 사이에 형성되는 축 시일 부분 (B), 및

중합 개시제를 가진 액체가 상기 공극 부분으로 유입되도록 하기 위한 액체 유입구를 포함하며,

상기 액체 유입구로부터 유입되는 액체는 상기 공극 부분을 통해 상기 중합 반응 용기 내로 제거되는 것을 특징으로 하는 중합 반응 장치를 제공한다.

종래 기술의 중합 반응 장치에 있어서, 중합 반응이 장기간 동안 연속적으로 수행되면, 반응 혼합물 중의 단량체와 이로부터 생성되는 중합체가 중합 반응 장치의 축 시일 베어링부의 부근에 들러붙는 경향이 있어, 축과 교반 날개의 회전이 저하되는 문제를 야기한다. 이러한 문제는 특히, 중합 반응 용기가 기상 매체를 포함하는 상태에서 축 시일 베어링부가 중합 반응 용기의 반응 혼합물과 접촉하는 조건 하에서 중합 반응이 수행되는 경우에, 또한, 반응 용기가 액체 매체로 완전히 채워져 중합 반응 용기가 실질적으로 기상 매체를 포함하지 않는 조건 하에서 중합 반응이 수행되는 경우에 현저하게 발생하는데, 그 이유는 반응 혼합물이 쉽게 축 시일 베어링부에 도달하기 때문이다. 본 발명의 중합 반응 장치에서는, 축 시일 베어링부의 내측 벽과 축 사이의 간극으로부터 중합 반응 용기 내로 유입 액체가 제거되도록, 액체 유입을 위한 액체 유입구가 축 시일 베어링부의 축 시일 부분 (A) 과 중합 반응 용기 사이의 공극 부분에 제공된다. 따라서, 축 시일 베어링부로부터 중합 반응 용기로 액체 유동이 발생하며, 따라서, 반응 혼합물 중의 단량체가 축 시일 베어링부의 부근에 도달하기가 어렵다. 또한, 중합 반응 용기 내로 유입되는 액체가 중합 억제제를 포함하기 때문에, 축 시일 베어링부 부근에서 단량체의 중합 반응이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 또한, 축 시일 부분 (B) 의 제공을 통해, 중합 반응 용기 내부의 반응 혼합물이 축 시일 베어링부에 도달하도록 하는 역방향 유동을 억제할 수 있다. 축 시일 베어링부가 축 시일 부분 (A) 과, 공극 부분과, 액체 유입구 그리고 축 시일 부분 (B) 을 포함하는 축 밀봉부를 구비하며, 액체 유입구로부터 유입된 액체가 공극 부분을 통해 중합 반응 용기 내로 제거되도록 배치되기 때문에, 축 시일 베어링부의 부근에 단량체와 중합체 결과물이 부착되는 것을 충분히 억제할 수 있다. 또한, 장치가 장기간 동안 연속적으로 작동되는 경우에도 축과 교반 날개의 회전이 저하되는 것을 충분히 억제할 수 있다.

본 발명의 중합 반응 장치에 있어서, 상기 축 시일 부분 (A) 은 기계적 시일에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 기계적 시일은 고온 하에서도 축 시일 부분 (A) 의 열화를 야기하지 않을 뿐만 아니라 장기간 동안 안정적인 연속 작동을 제공할 수 있다.

본 발명의 중합 반응 장치에 있어서, 상기 축 시일 부분 (B) 은 립 시일(lip seal) 에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 립 시일은 중합 반응 용기로부터 축 시일 베어링부로 반응 혼합물이 역방향으로 유동하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 또한, 전술한 중합 반응 장치를 사용하여 중합체를 생성하기 위한 방법으로서,

중합 억제제를 포함하는 액체가 액체 유입구를 통해 공극 부분 내로 유입되도록 하면서 단량체를 포함하는 원료 혼합물을 중합 반응 용기 내로 연속적으로 공급하여 중합 반응을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중합체 생성 방법을 제공한다.

중합체를 생성하기 위한 전술한 방법에 따르면, 액체 유입구를 통해 중합 억제제를 포함하는 액체가 유입되는 전술한 중합 반응 장치를 사용하여 중합 방법을 수행함으로써 축과 교반 날개의 회전 저하와 같은 문제를 야기하지 않고 중합체가 장기간 동안 연속적으로 생성될 수 있다. 또한, 축 시일 베어링부의 부근에 단량체와 이로부터 생성되는 중합체가 부착되는 것을 충분히 방지할 수 있다.

또한, 중합체를 생성하는 본 발명의 방법과 관련하여, 액체 유입구로부터 유입되는 액체는 중합 억제제가 용해되어 있는 단량체를 포함하는 액체인 것이 바람직하다. 이러한 액체에 있어서, 원료 혼합물에 포함된 단량체에서와 동일한 성분을 포함한 단량체가 중합 억제제를 용해하기 위한 용제로서 사용되는 것이 바람직하다. 따라서, 다른 종류의 용제가 사용되는 경우와 비교하여 생성된 중합체 내로 불순물이 혼합되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 작동 동안 반응 혼합물 중의 단량체와 중합체 결과물이 축 시일 베어링부에 들러붙는 것을 방지할 수 있으며, 교반 날개와 축의 회전 부족과 같은 문제를 야기하지 않고 장기간 동안 연속 작동이 이루어질 수 있어, 장기간 동안 연속적으로 작동 가능한 중합 반응 장치 및 상기 장치를 이용하여 중합체를 생성하기 위한 방법이 제공된다.

도 1 은 본 발명에 따른 중합 반응 장치의 바람직한 실시형태의 개략적인 구성도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 중합 반응 장치의 축 시일 베어링부의 부분 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태가 도면을 참조하여 상세히 설명된다. 각각의 도면에서, 동일하거나 상응하는 구성 요소는 동일한 도면 부호로 표시되어 있으며, 이들 구성 요소의 중복 설명은 생략될 수도 있다. 또한, 치수비가 도면에 도시된 치수비로 제한되는 것은 아니다.

도 1 은 본 발명에 따른 중합 반응 장치의 바람직한 실시형태의 개략적인 구성도이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 중합 반응 장치 (100) 는 단량체를 포함하는 원료 혼합물의 중합 반응이 수행되는 중합 반응 용기 (10), 회전가능한 축 (20), 상기 회전가능한 축 (20) 에 고정되며 중합 반응 용기 (10) 내부의 원료 혼합물을 교반하는 교반 날개 (22), 및 상기 축 (20) 을 지지하는 축 시일 베어링부 (30) 를 포함한다. 또한, 중합 반응 장치 (100) 에는 중합 반응 용기 (10) 에 원료를 공급하기 위한 원료 공급 포트 (12) 와, 중합 반응에 의해 생성된 중합체를 포함하는 액체 (시럽) 중합체 조성물을 중합 반응 용기 (10) 의 외부로 배출하기 위한 중합체 조성물 배출 포트 (14) 가 마련되어 있다. 또한, 중합 반응 장치 (100) 에는 중합 반응 용기 (10) 외벽의 온도를 조절하기 위한 자켓(jacket) (16) 이 장착되어 있다.

도 2 는 본 발명에 따른 중합 반응 장치의 축 시일 베어링부의 부분 단면도이다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 축 시일 베어링부 (30) 는 축 밀봉부 (40) 를 포함하고, 상기 축 밀봉부는, 축 시일 부분 (A) (32); 축 시일 부분 (A) (32) 과 중합 반응 용기 (10) 의 사이에 형성되는 공극 부분 (34); 공극 부분 (34) 과 중합 반응 용기 (10) 의 사이에 형성되는 축 시일 부분 (B) (38); 및 중합 억제제를 포함하는 액체가 공극 부분 (34) 내로 유입되도록 하기 위한 액체 유입구 (36) 를 포함한다. 축 시일 베어링부 (30) 는, 축 밀봉부 (40) 이외에, 축 (20) 을 지지하는 베어링을 포함한다. 공극 부분 (34) 으로 유입되는 중합 억제제를 포함하는 액체는 또한, 공극 부분 (34) 을 통하여 중합 반응 용기 (10) 내로 제거된다. 본 실시형태에 있어서, 축 시일 부분 (B) (38) 은 공극 부분 (34) 과 중합 반응 용기 (10) 의 사이에 배치되어 있다. 축 시일 부분 (B) (38) 으로서, 립 시일(lip seal)과, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 으로 형성된 부쉬(bush) 등이 사용될 수도 있으며, 바람직하게는 립 시일이 사용된다. 또한, 축 시일 부분 (B) (38) 은 PTFE 로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 PTFE 로 형성된 축 시일 부분 (B) (38) 을 사용함으로써 단량체에 대한 내화학성을 증가시킬 수 있으며 축의 진동이 발생하더라도 양호한 밀봉 특성을 적절하게 유지할 수 있다. 따라서, 장치가 장기간 동안 연속적으로 작동된 경우에도 양호한 밀봉 효과를 보장할 수 있다. 또한, 축 (20) 을 회전가능하게 구동시키기 위한 구동 유닛 (도시하지 않음) 이 축 시일 부분 (A) (32) 의 상부 (중합 반응 용기 (10) 의 반대쪽 방향) 에 마련되어 있다.

축 시일 부분 (A) (32) 은 잘 알려진 축 시일의 형태로 형성될 수도 있지만, 공극 부분 (34) 에 유입되는 액체로 인한 시일 고장과 같은 문제가 거의 발생하지 않으므로, 도 2 에 도시된 바와 같은 기계적 시일을 포함하는 것이 바람직하다. 기계적 시일의 종류가 특히 제한되어 있는 것은 아니므로, 당 업계의 숙련자에게 잘 알려진 바와 같은 기계적 시일 중 소정 유형의 기계적 시일이 선택될 수도 있다. 예를 들어, 도 2 에 도시된 바와 같이, 기계적 시일은 축 (20) 의 일측에 고정되는 회전 링 (32a) 과, 축 시일 베어링부의 본체 (케이싱) 의 일측에 고정되는 고정 링 (32b) 을 포함하며, 이들 회전 링 (32a) 과 고정 링 (32b) 은 스프링 (도시하지 않음) 에 의해 야기되는 일정한 압력으로 서로 맞대어 가압되도록 구성된다. 또한, 회전 링 (32a) 과 고정 링 (32b) 의 접촉면 사이의 마찰을 감소시키기 위하여, 기계적 시일의 내측에는 기계적 시일 액체 (32c) 가 채워져 있다. 도 2 에는, 각각 회전 링 (32a) 과 고정 링 (32b) 의 조합체를 구비한 한 쌍의 기계적 시일의 구성, 즉, 이중 기계적 시일의 구성이 도시되어 있다. 기계적 시일 액체 (32c) 는 일반적으로, 펌프 등에 의해 기계적 시일 액체 (도시하지 않음) 용 유입구를 통해 연속적으로 공급되며, 기계적 시일 액체 (도시하지 않음) 용 유출구를 통해 연속적으로 배출된다. 기계적 시일 액체는 순환 방식으로 공급되는 것이 바람직하다. 충전 압력은 중합 반응 장치 (100) 의 크기 및 중합 조건 등에 따라 적절하게 설정되며, 공극 부분 (34) 내로 유입되는 액체의 압력보다 높게 설정된다.

기계적 시일 액체 (32c) 로서, 잘 알려진 기계적 시일 액체가 특히 제한 없이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 예를 들어, 아디페이트 에스테르, 프탈레이트 에스테르, 디이소부티레이트 에스테르 및 아세틸레이티드 글리세라이드가 사용될 수도 있다. 아디페이트 에스테르는, 예를 들어, 비스(2-에틸헥실) 아디페이트, 디이소노닐 아디페이트 및 디이소데실 아디페이트를 포함한다. 프탈산 에스테르는, 예를 들어, 비스(2-에틸헥실) 프탈레이트, 디이소노닐 프탈레이트 및 디이소데실 프탈레이트를 포함한다. 디이소부티레이트 에스테르는, 예를 들어, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜타네디올 디이소부티레이트를 포함한다. 아세틸레이티드 글리세라이드는, 예를 들어, 글리세롤 디아세토모노라우레이트, 글리세롤 디아세토모노스테아레이트, 글리세롤 디아세토모노올리에이트, 글리세롤 디아세토모노리노레이트, 글리세롤 디아세토모노-12-하이드록시스테아레이트, 글리세롤 디아세토모노마이리스테이트, 글리세롤 디아세토모노팔미테이트, 글리세롤 디아세토모노라우레이트, 글리세롤 모노아세토모노스테아레이트, 글리세롤 모노아세토모노마이리스테이트, 글리세롤 모노아세토모노팔미테이트, 글리세롤 모노아세토모노리시오네이트, 글리세롤 모노아세토모노-12-하이드록시스테아레이트, 글리세롤 모노아세토모노베헤네이트, 글리세롤 모노아세토모노올리에이트, 글리세롤 모노아세토모노라우레이트, 글리세롤 모노아세토디올리에이트, 글리세롤 모노아세토디리시노레이트, 글리세롤 모노아세토디카프릴레이트, 그리고 글리세롤 모노아세토디라우레이트, 글리세롤 모노아세토디스테아레이트를 포함한다. 이중, 아디페이트 에스테르 및 디이소부티레이트 에스테르가 바람직하며, 아디페이트 에스테르가 특히 바람직하다. (메스) 아크릴레이트계 중합체, 특히, 폴리메틸 메스 아크릴레이트 (PMMA) 가 중합체로서 생성되는 경우, 아디페이트 에스테르는 단량체의 중합 반응을 촉진하지 않을 뿐만 아니라 반응 혼합물과 혼합된다 하더라도 중합체 결과물의 착색과 같은 악영향을 거의 유발하지 않는다는 장점이 있다.

회전 링 (32a) 과 고정 링 (32b) 의 재료가 특히 제한되어 있는 것은 아니며, 잘 알려진 재료가 사용될 수 있다. 이러한 회전 링 (32a) 과 고정 링 (32b) 의 재료에는, 예를 들어, 카본, 실리콘 카바이드, 시멘티드 카바이드, 그리고 크롬 옥사이드 코팅이 포함된다.

전술한 기계적 시일 외에, 축 시일 부분 (A) (32) 은 또한, 예를 들어, 글랜드 패킹(gland packing), 윌슨 시일(Wilson seal), 오일 시일(oil seal), 래비린스 시일(labyrinth seal), O-링 시일 및 벨로우즈 시일에 의해 형성될 수 있다.

액체 유입구 (36) 를 통해 공극 부분 (34) 으로 유입되는 액체는 중합 억제제를 포함한 액체이며, 이러한 액체는 중합 억제제가 용해되어 있는 반응 혼합물 중의 단량체의 중합 반응을 촉진하지 않는 용제를 포함하는 것이 바람직하다. 전술한 용제는, 예를 들어, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 알코올, 에틸 알코올, 옥탄, 데케인, 사이클로헥산, 데칼린, 부틸 아세테이트 그리고 펜틸 아세테이트와 같은 유기 용제와, 원료 혼합물에 포함된 단량체와 동일한 단량체를 포함한다. 원료 혼합물에 포함된 단량체와 동일한 단량체가 특히 바람직하다. 전술한 단량체는 통상적으로, 액체이다. 전술한 단량체가 용제로서 사용되는 경우, 불순물이 생성 중합체에 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 전술한 액체가 중합 억제제를 포함하므로, 전술한 액체에서는 용제로서 사용되는 단량체의 중합 반응이 또한 억제될 수 있다.

중합 억제제는, 예를 들어, 하이드로퀴논, 하이드로퀴논 모노메틸 에테르, 삼차부틸카테콜, 4-메톡시-1-나프톨, 1,4-나프토퀴논, 2,4-디메틸-6-삼차부틸 페놀, 페노티아진, 벤조페노티아진, 디니트로벤젠, 피-페닐디아민 그리고 디메틸디티오카바메이트 염을 포함한다. 이중, 2,4-디메틸-6-삼차부틸 페놀은 중합체 내에 남아 있는 경우 획득 중합체의 착색과 같은 악영향을 거의 야기하지 않기 때문에 바람직하다. 사용할 중합 억제제는 원료로서 사용 단량체 및 생성 중합체에 따라 적절하게 선택된다.

바람직하게는, 전술한 액체 중의 중합 억제제의 함량은 액체 총량을 기준으로 질량 백분율로 나타내어 5 ppm 내지 2,000 ppm 의 범위이며, 바람직하게는 10 ppm 내지 500 ppm 의 범위이다. 전술한 함량 범위에 의하면, 중합체의 착색이 일어나지 않을 뿐만 아니라, 단량체가 용제로서 사용된다 하더라도 축 시일 베어링부 (30) 의 부근에서의 원료 단량체의 양호한 중합 반응을 제공할 수 있다.

유입 액체의 유량은 중합 반응 장치 (100) 의 크기, 중합 조건 등에 따라 적절하게 설정되며, 통상적으로, 0.01 L/min 내지 5 L/min 의 범위이며, 바람직하게는 0.1 L/min 내지 3 L/min 의 범위이다. 전술한 액체의 유량 범위에 의하면, 중합체의 착색이 일어나지 않을 뿐만 아니라, 반응 혼합물에 포함된 미반응 단량체와 중합체가 축 시일 베어링부 (30) 내로 유입되는 것을 양호하게 방지할 수 있다. 원료 혼합물이 전술한 유량으로 액체 유입구 (36) 로부터 공극 부분 (34) 내로 연속적으로 공급되면서 중합체 반응 용기 (10) 의 내부에서의 원료 혼합물의 중합 반응이 수행된다.

중합 반응 장치 (100) 에서, 공극 부분 (34) 에 액체 유입구 (36) 가 마련되어 있으며, 액체 유입구를 통해 액체가 유입됨에 따라 공극 부분 (34) 의 내부가 가압 상태가 되어, 중합 반응 용기 (10) 의 내부에서보다 높은 압력이 발생한다. 이에 따라, 공극 부분은 반응 혼합물이 중합 반응 용기 (10) 로부터 축 시일 베어링부 (30) 내로 들어가는 것을 충분히 방지할 수 있으며 축 시일로서의 기능을 한다. 한편, 공극 부분 (34) 의 압력 범위가 중합 반응 장치 (100) 의 크기와 중합 조건 등에 따라 적절하게 설정되긴 하지만, 중합 반응 용기 (10) 의 압력보다 높으면서 기계적 시일 액체 (32c) 의 충전 압력보다 낮은 것이 바람직하다. 바람직하게는, 압력이 과도하게 증가하는 것을 방지하도록 액체를 이송하기 위해 안전 밸브와 같은 안전 장치가 펌프 몸체에 제공된다. 또한, 이와 같이 중합 반응 장치 (100) 에 압력계와 안전 밸브가 제공되므로, 안전 밸브의 작동이 필요하지 않은 범위로 공극 부분 (34) 의 압력이 설정된다. 축 시일 베어링부 (30) 가 도 1 의 반응 용기 (10) 의 최상부에 배치되어 있긴 하지만, 반응 용기 (10) 의 하부에 배치될 수도 있다. 중합 반응 용기에 기상 매체가 존재하는 상태에서 중합 반응이 수행되는 동안 축 시일 베어링부가 중합 반응 용기 내부의 반응 혼합물과 접촉하는 위치에 있는 경우에도, 또는 중합 반응 용기가 액체로 완전히 채워져 실질적으로 기상 매체가 존재하지 않는 상태에서 중합 반응이 수행되는 동안 축 시일 베어링부가 중합 반응 용기 내부의 반응 혼합물과 접촉하는 위치에 있는 경우, 중합 반응 장치 (100) 가 전술한 구성을 갖는 축 시일 베어링부 (30) 를 포함하기 때문에, 반응 혼합물이 축 시일 베어링부 (30) 로부터 중합 반응 용기 (10) 내로 유입되는 것을 충분히 방지할 수 있다.

본 실시형태의 중합 반응 장치 (100) 는 연속적인 괴상 중합 방법 또는 연속적인 용액 중합 방법에 사용되는 연속적인 중합 장치이며, 중합 반응 용기 (10) 는 교반 날개 (22) 에 의해 반응 용기 내부에서 실질적으로 완전한 혼합이 이루어지도록 할 수 있다. 교반 날개 (22) 의 형상은 맥스 블렌드 윙(Max blend wing) (스미토모 중공업(Sumitomo Heavy Industries, Ltd.)에 의해 제조), 패들 윙(paddle wing), 더블 헬리컬 리본 윙(double helical ribbon wing), MIG 윙, 풀 존 윙(full zone wing) (쉰코 팬텍 주식회사(shinko Pantec Co., Ltd.) 에 의해 제조) 등이 있지만, 특히 이들로만 제한되는 것은 아니다. 또한, 교반 효과를 개선하기 위하여 중합 반응 용기 (10) 의 내부에 하나 이상의 배플을 설치하는 것이 바람직하다.

중합 반응 장치 (100) 와 관련하여서는 교반 효과가 높을수록 바람직하다. 그러나, 과도한 교반력이 인가되는 것은 바람직하지 않은데, 그 이유는 과도한 양의 열이 발생되기 때문이다. 따라서, 교반력은 바람직하게는, 0.5 kW/m³내지 20 kW/m³이며, 보다 바람직하게는 1 kW/m³내지 15 kW/m³이다. 포함된 액체의 점도, 즉, 액체 중의 중합체의 함유 비율이 증가할수록 교반력을 증가시키는 것이 바람직하다.

중합 반응 용기 (10) 의 내부는 완전히 액체로 채워져 실질적으로 기상 매체가 존재하지 않는 상태인 것이 바람직하다. 이와 같이 중합 반응 용기가 완전히 액체로 채워진 상태에서는 중합체가 기상의 용기의 내벽 및 기체-액체 계면에 형성되거나 들러붙는 것을 방지할 수 있으므로, 내벽에 형성된 중합체와 혼합됨으로 인해 야기되는 있을 수 있는 생성물의 양적 저하를 방지할 수도 있다. 또한, 중합 반응 용기 (10) 의 전체 체적이 효과적으로 사용될 수 있어, 생산성이 향상될 수 있다.

중합 반응 용기 (10) 가 이러한 완전히 액체로 채워진 상태가 되도록 하기 위하여, 가장 간단한 방법에 따르면, 중합 반응 이후의 중합체 조성물 유출구 (중합체 조성물 배출 포트 (14)) 를 도 1 에 도시된 바와 같이 반응 용기 (10) 의 최상측에 배치한다. 이 경우, 원료 (개시제 조성물 및 단량체 조성물) 의 공급 포트 (12) 는 도 1 에 도시된 바와 같이 중합 반응 용기 (10) 의 하부에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 원료 단량체 기체가 중합 반응 용기 (10) 에 생성되는 것을 방지할 필요가 있다. 이를 위해, 중합 반응 용기 (10) 의 압력이 반응 용기 (10) 의 소정 온도에서의 반응 혼합물의 증기압을 초과하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 상기 압력은 계기 압력으로 대략 1.0 Mpa 내지 대략 2.0 MPa 의 범위인 것이 일반적이다.

또한, 중합 반응 용기 (10) 의 내부는 용기의 내외부로 실질적으로 열의 유입과 유출이 이루어질 수 없는 단열 상태가 되도록 하는 것이 바람직하다. 다시 말해, 반응 용기 내부의 온도와 반응 용기 외벽면의 온도가 거의 동일한 온도가 되도록 하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 상기와 같은 동일한 온도는, 예를 들어, 도 1 에 도시된 바와 같이, 반응 용기의 외벽면에 자켓 (16) 을 제공함으로써, 증기 또는 다른 열 매체와 같은 열 매체를 사용하여 반응 용기의 내부 온도에 맞춰지도록 반응 용기의 외벽면의 온도를 제어하는 방식으로 달성될 수 있다.

자켓 (16) 은 실질적으로 중합 반응 용기 (10) 의 전체 외면을 덮도록 구성되며, 증기, 고온수 및 유기 가열 매체와 같은 열 매체가 열 매체 공급 경로 (도시하지 않음) 를 통해 자켓 (16) 내로 유입됨으로써 반응 용기 (10) 를 적절한 온도로 가열하거나 적절한 온도에 유지할 수 있다. 자켓 (16) 의 온도는 공급되는 열 매체의 온도 또는 압력에 의해 적절하게 조절될 수 있다. 자켓 (16) 내로 유입된 열 매체는 열 매체 배출 경로 (도시하지 않음) 를 통해 배출된다.

반응 용기 (10) 가 단열 상태가 되도록 함으로써 중합체가 반응 용기의 내벽에 들러붙는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 중합 반응을 안정화시킬 수 있어, 가능한 폭주 반응(runaway reaction)을 억제하기 위한 자가 제어 특성을 제공할 수 있다. 반응 용기의 내부 온도를 내용물 액체의 온도보다 너무 높게 설정하는 것은 바람직하지 않은데, 그 이유는 반응 용기 내부에 열이 과다하게 발생되기 때문이다. 바람직하게는, 반응 용기 내부와 반응 용기의 외벽면 사이의 온도차는 가능한 한 작아야 하며, 이러한 온도차는 실제로 ±5℃ 의 범위의 불안정도 이내로 조절된다.

본 실시형태에 있어서, 중합 반응 용기 (10) 의 내부에서 발생되는 열, 즉, 중합 반응열 및 교반 작동으로 인한 열은 중합 반응 용기 (10) 로부터 배출되는 (시럽) 액체 중합체 조성물에 의해 회수되는 열과 양적 균형을 이루는 것이 바람직하다. 중합체 조성물에 의해 회수되는 열의 양은 중합체 조성물의 양과, 비열 그리고 온도 (중합 온도) 에 의해 결정된다.

중합 온도는 사용되는 라디칼 (radical) 중합 개시제의 유형에 따라 대략 120℃ 내지 대략 180℃ 의 범위, 바람직하게는 대략 130℃ 내지 대략 180℃ 의 범위인 것이 바람직하다. 중합 온도가 너무 높으면, 수득되는 중합체의 교대 배열성(syndiotacticity)이 낮아지며, 발생되는 소중합체의 양이 증가하고, 그 결과 수지의 열 저항성이 낮아지는 경향이 있다.

중합 반응 용기 (10) 의 내부의 원료 혼합물의 평균 체류 시간은 바람직한 범위는 15 분 내지 2 시간이며, 보다 바람직한 범위는 20 분 내지 1.5 시간이다. 체류 시간이 필요한 시간보다 긴 경우, 이합체 및 삼합체와 같은 소중합체의 생성량이 증가하여 생성물의 열 저항 특성이 감소하는 경향이 있다. 평균 체류 시간은 단위 시간당 단량체의 공급량을 변경함으로써 조절될 수 있다.

중합 반응 용기 (10) 내로의 원료 공급은, 공급 포트 (12) 와는 별개로, 라디칼 중합 개시제를 포함하는 중합 개시제 조성물을 개시제 공급 도관 (51) 으로부터 공급하고 또한 단량체를 포함하는 단량체 조성물을 단량체 공급 도관 (52) 으로부터 공급함으로써 수행될 수 있고;

개시제 공급 펌프 (53) 와 공급 포트 (12) 의 사이에 마련된 개시제 공급 도관 (51) 을 단량체 공급 펌프 (54) 와 공급 포트 (12) 의 사이에 마련된 단량체 공급 도관 (52) 과 통합하여 개시제 조성물과 단량체 조성물의 혼합물을 공급 포트 (12) 로부터 공급함으로써 수행될 수 있으며; 또는

공급 포트 (12) 와 상이한 공급 포트 (도시하지 않음) 를 형성하여 각각의 대응 공급 포트로부터 개시제 조성물과 단량체 조성물을 각각 공급함으로써 수행될 수도 있다. 개시제 조성물은, 예를 들어, 라디칼 중합 개시제와, 단량체 그리고 연쇄 전달제의 혼합물을 포함하며, 단량체 조성물은, 예를 들어, 단량체와 연쇄 전달제의 혼합물을 포함한다.

개시제 조성물은 개시제 제조 용기 (101) 에서 제조된다. 제조된 개시제 조성물은, 도 1 에 도시된 바와 같이, 개시제 제조 용기 (101) 와 중합 반응 용기 (10) 를 서로 연결하는 개시제 공급 도관 (51) 을 통하여 개시제 공급 펌프 (53) 에 의해 중합 반응 용기 (10) 로 연속적으로 공급된다. 반면에, 단량체 조성물은 단량체 제조 용기 (102) 에서 제조된다. 제조된 단량체 조성물은, 도 1 에 도시된 바와 같이, 단량체 제조 용기 (102) 와 중합 반응 용기 (10) 를 서로 연결하는 단량체 공급 도관 (52) 을 통하여 단량체 공급 펌프 (54) 에 의해 중합 반응 용기 (10) 로 연속적으로 공급된다.

본 실시형태에서 사용되는 개시제 제조 용기 (101) 와 단량체 제조 용기 (102) 로서, 중합 반응 용기 (10) 와 유사한 교반 장치가 장착된 제조 용기가 사용될 수도 있다. 개시제 제조 용기 (101) 의 경우, 라디칼 중합 개시제는 단량체에 완전히 용해되어 개시제 액체를 제공한다. 개시제 제조 용기 (101) 의 온도는 중합 반응이 진행되지 않는 온도, 바람직하게는 -20℃ 내지 10℃ 에 유지된다. 반면에, 단량체 제조 용기 (102) 의 온도는 단량체가 휘발되지 않는 온도에, 바람직하게는 -20℃ 내지 10℃ 에 유지된다.

개시제 공급 펌프 (53) 와 단량체 공급 펌프 (54) 의 종류가 특히 제한되어 있는 것은 아니며, 중합 반응 용기 (10) 로 공급되는 개시제 조성물과 단량체 조성물의 유량을 일정한 비율에 설정할 수 있는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 다중 왕복 펌프를 사용하는 것이 바람직하며, 트윈 비맥동형 체적 제어 방식 펌프 및 트리플 비맥동형 체적 제어 방식 펌프와 같은 비맥동형 체적 제어 방식 펌프를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

가열/냉각 장치가 개시제 제조 용기 (101) 와 단량체 제조 용기 (102) 를 중합 반응 용기 (10) 와 연결하는 개시제 공급 도관 (51) 및 단량체 공급 도관 (52) 과 연결되어, 중합 반응 용기 (10) 로 공급되는 원료의 온도를 조절할 수도 있다.

중합 반응 용기 (10) 의 용량에 따라 가변적인, 개시제 제조 용기 (101) 로부터 중합 반응 용기 (10) 로 공급되는 개시제 조성물의 유량은, 중합 반응 용기 (10) 의 용량이 10 L 인 경우, 바람직하게는 0.1 kg/hr 내지 10 kg/hr 이며, 보다 바람직하게는 0.5 kg/hr 내지 5 kg/hr 이다. 중합 반응 용기 (10) 의 용량에 따라 가변적인, 단량체 제조 용기 (102) 로부터 중합 반응 용기 (10) 로 공급되는 단량체 조성물의 유량은, 중합 반응 용기 (10) 의 용량이 10 L 인 경우, 바람직하게는 4 kg/hr 내지 40 kg/hr 이며, 보다 바람직하게는 10 kg/hr 내지 30 kg/hr 이다.

단량체의 제조 동안 용존 산소로 인한 영향을 배제하기 위하여, 단량체 제조 용기 (102) 내로 유입되는 비활성 가스에 기포를 발생시키거나, 용존 산소를 제거하기 위해 감소 압력 조건 하에서 공기를 제거하는 것이 보통이다. 본 실시형태에 있어서는, 용존 산소를 엄격하게 제거할 필요가 없으며, 용존 산소가 대략 1.5 ppm 내지 3 ppm 의 범위로 존재하는 상태에서 중합 반응이 수행될 수 있다. 획득 중합체가 광학 장치의 재료로서 사용되는 경우, 중합 반응 용기 (10) 내로 제조된 단량체 조성물을 공급하는 동안 불순물을 제거하기 위하여, 소망하는 크기에 대응하는 기공을 구비한 필터를 이용하여 단량체 조성물을 여과시키는 것이 특히 바람직하다.

중합 반응 장치 (100) 를 사용한 중합 반응에 의해 생성되는 중합체는, 중합체 조성물 유출 통로 (55) 를 통해 이송 및 회수되는 (시럽) 액체 중합체 조성물로서, 중합 반응 용기 (10) 의 중합체 조성물 배출 포트 (14) 를 통해 제거된다. 중합체 조성물이 미반응 원료 단량체를 포함하므로, 필요한 경우, 상기 미반응 원료 단량체를 주로 포함하는 휘발성 물질이 중합체 조성물을 가열하여 증발 방식으로 분리된다. 전술한 중합체 조성물의 이동 절차로는 제 JP 4-48802 B 호에 개시된 절차가 적당하다. 휘발성 물질의 증발에 의한 분리 절차로서, 통풍식 압출기를 사용한 절차가 공지되어 있으며, 예를 들어, 제 JP 51-29914 B 호, 제 JP 52-17555 B 호, 제 JP 1-53682 B 호, 제 JP 62-89710 A 및 제 JP 3-49925 A 호에 개시된 바와 같은 절차가 적당하다.

본 발명에 사용되는 중합 반응 용기 (10) 는, 바람직하게는, 완전 혼합형 반응 용기이며, 반응 용기 내부에서 원료 단량체가 중합체로 중합 (전환) 되는 비율은 일반적으로, 중합체 조성물 중의 중합체의 함량비에 상응한다. 본 발명에 있어서, 중합비가 특히 제한되어 있는 것은 아니지만, 보통, 40 질량% 내지 70 질량%의 범위로 설정된다. 중합비가 높아질수록, 중합체의 생산성은 증가하지만, 반응 시스템의 점도가 높아져 상당한 수준의 교반력을 필요로 하게 된다. 중합비가 낮아질수록, 중합체의 생산성이 감소하여 미반응 원료 단량체의 회수 부담이 증가한다.

중합체 조성물로부터 분리되어 수집되는 미반응 원료 단량체는 단량체 회수 탱크에 저장되며, 필요한 경우, 단량체 제조 용기 (102) 에 공급되어 중합 반응에 사용될 수도 있다. 회수된 원료 단량체는, 단량체 회수 탱크에 저장되어 있는 동안 중합 반응을 진행하지 않도록, 중합 억제제의 농도가 2 ppm 내지 8 ppm 이며 기상 산소 농도가 2 부피% 내지 8 부피% 인 조건으로 저장되는 것이 바람직하다. 또한, 냉각 상태로, 특히, 예를 들어, 대략 0℃ 내지 대략 5℃ 의 범위의 온도에 저장되는 것이 바람직하다.

본 발명과 관련하여, 단량체, 라디칼 중합 개시제 그리고 연쇄 전달제는 생성되는 중량체에 따라 선택되긴 하지만, 바람직한 예로서, 폴리메틸메타크릴레이트와 같은 (메스) 아크릴레이트 중합체가 생성되는 경우의 원료가 이하에 설명된다. 본 명세서에서, 용어 "(메스)아크릴" 은 "아크릴"기 및 "메스아크릴"기를 의미한다.

(메스) 아크릴레이트 중합체용의 원료로서 사용되는 단량체는 특히 제한되어 있는 것은 아니며, 예를 들어, 알킬 (메스) 아크릴레이트 (알킬기는 1개 내지 4개의 탄소 원자를 구비한다) 를 단독으로 포함하거나, 적어도 80 중량% 의 알킬 (메스) 아크릴레이트 (알킬기는 1개 내지 4개의 탄소 원자를 구비한다) 그리고 이와 공중합 가능한 최대 20 중량% 의 다른 비닐 단량체의 혼합물을 포함한다. 알킬 (메스) 아크릴레이트 (알킬기가 1개 내지 4개의 탄소 원자를 구비한다) 의 알킬기는, 예를 들어, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸 및 t-부틸을 포함한다. 전술한 알킬 (메스) 아크릴레이트 중에서, 메틸 (메스) 아크릴레이트가 바람직하다.

전술한 공중합 가능한 비닐 단량체는, 예를 들어, 전술한 알킬 (메스) 아크릴레이트 (알킬기가 1개 내지 4개의 탄소 원자를 구비한다) 를 제외하고, 벤질 (메스) 아크릴레이트 및 2-에틸헥실 (메스) 아크릴레이트와 같은 (메스) 아크릴레이트 에스테르와; 아크릴산, 메타크릴산, 말릭산, 이타코닉산, 말레산 무수물 그리고 이타코닉산 무수물과 같은 불포화 카르복실산 또는 그 무수물과; 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 아크릴레이트, 모노글리세롤 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 2-하이드록시프로필 메타크릴레이트 그리고 모노글리세롤 메타크릴레이트와 같은 하이드록실기를 포함한 단량체와; 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 아크릴로니트릴, 메타르릴로니트릴, 디아세톤아크릴아미드 그리고 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트와 같은 질소를 함유한 단량체와; 알릴 글리시딜 에테르, 글리시딜 아크릴레이트 및 글리시딜 메타크릴레이트와 같은 에폭시기를 포함하는 단량체; 그리고 스티렌 및 알파-메틸스티렌과 같은 스티렌 단량체를 포함한다.

본 발명이 (메스) 아크릴레이트 에스테르계 중합체의 생성에 적용되는 경우, 반응 용기에 공급되는 중합 개시제는, 예를 들어, 라디칼 중합 개시제를 포함한다. 라디칼 중합 개시제는, 예를 들어, 아조비시소부티로니트릴, 아조비스디메틸발레로니트릴, 아조비스사이클로헥산니트릴, 1,1'-아조비스-(1-아세토시-1-페닐에탄), 디메틸 2,2'-아조비시소부티레이트, 4,4'-아조비스-4-시아노발레르산과 같은 아조 화합물; 그리고 벤조일 퍼옥사이드, 라우로일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 카프릴릴 퍼옥사이드, 2,4-디클로로 벤조일 퍼옥사이드, 이소부틸 퍼옥사이드, 아세틸 사이클로헥실 설포닐 퍼옥사이드와 같은 유기 퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥시피발레이트, t-부틸 퍼옥시 네오디카노에이트, t-부틸 퍼옥시 네오헵타노에이트, t-부틸 퍼옥시-2 에틸 헥사노에이트, 1,1-디(t-부틸퍼옥시) 사이클로헥산, 1,1-디(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 1,1-디(t-헥실퍼옥시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 이소프로필 퍼옥시디카보네이트, 이소부틸 퍼옥시디카보네이트, s-부틸 퍼옥시디카보네이트, n-부틸 퍼옥시디카보네이트, 2-에틸헥실 퍼옥시디카보네이트, 비스(4-t-부틸사이클로헥실)퍼옥시디카보네이트, t-아밀 퍼옥시-2-에틸 헥사노에이트, 1,1,3,3-테트라메틸부틸 퍼옥시에틸헥사노에이트, 1,1,2-트리메틸프로필 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸퍼옥시 이소프로필 모노카보네이트, t-아밀 퍼옥시이소프로필 모노카보네이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥실 카보네이트, t-부틸 퍼옥시알릴 카보네이트, t-부틸 퍼옥시 이소프로필 카보네이트, 1,1,3,3-테트라메틸부틸 퍼옥시 이소프로필 모노카보네이트, 1,1,2-트리메틸프로필 퍼옥시이소프로필 모노카보네이트, 1,1,3,3-테트라메틸부틸 퍼옥시이소노나노에이트, 1,1,2-트리메틸프로필퍼옥시 이소노나노에이트 및 t-부틸 퍼옥시벤조에이트를 포함한다. 전술한 라디칼 중합 개시제는 단독으로 또는 이들의 두 개 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다.

라디칼 중합 개시제의 양은 특히 제한되는 것은 아니며, 통상적으로, 원료 단량체 100 질량부를 기준으로 0.001 질량부 내지 1 질량부의 범위에 있다. 두 개 이상의 라디칼 중합 개시제가 혼합물에 사용되는 경우, 개시제의 총량이 상기 범위 이내에 있을 수도 있다. 반응 용기로 공급되는 중합 개시제는 본 발명에서 특히 제한되는 것은 아니며, 사용되는 원료 단량체와 생성되는 중합체의 종류에 따라 선택된다. 예를 들어, 라디칼 중합 개시제는 소정의 중합 온도에서 반감기가 최대 1 분인 것이 바람직하다. 소정의 중합 온도에서의 반감기가 최대 1 분인 경우, 반응 속도가 적당하며, 이에 따라, 해당 개시제는 연속적인 중합 장치에서의 중합 반응에 적당하다. 온도와 라디칼 중합 개시제의 반감기 사이의 관계에 대해서는 모든 종류의 라디칼 중합 개시제 각각의 제조사의 각종 기사 및 기술 문서에 설명되어 있다. 본 발명에서는, 와코 퓨어 케미컬 인코포레이티드(Wako Pure Chem, Inc.) 또는 카야쿠 아크조 코포레이션 (Kayaku Akzo Corporation)에 의해 제공되는 잘 알려진 생성물 소개 책자에 설명된 수치가 사용되고 있다.

본 발명이 (메스) 아크릴레이트 에스테르 중합체의 생성에 적용되는 경우, 연쇄 전달제가 생성되는 중합체의 분자량을 조절하도록 반응 용기에 첨가될 수 있다. 사용되는 연쇄 전달제는 단일 작용성 연쇄 전달제와 다중 작용성 연쇄 전달제 중 어느 하나일 수도 있다. 보다 구체적으로, 연쇄 전달제는, 예를 들어, 프로필 메르캅탄, 부틸 메르캅탄, 헥실 메르캅탄, 옥틸 메르캅탄, 2-에틸헥실 메르캅탄 및 도데실 메르캅탄과 같은 알킬 메르캅탄과; 페닐 메르캅탄 및 티오크레솔과 같은 방향족 메르캅탄과; 에틸렌 티오글리콜과 같은 탄소 원자가 최대 18개인 메르캅탄과; 에틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 트리메틸롤프로판, 펜타에리스리톨, 디펜타에리스티롤, 트리펜타에리스리톨 및 소르비톨 등의 폴리하이드릭 알코올; 그리고 티오글리콜릭산 또는 3-메르캅토프로피오닉산, 1,4-디하이드로나프탈렌, 1,4,5,8-테트라하이드로나프탈렌, 베타-테르피넨, 테르피놀렌, 1,4,-사이클로헥사디엔 및 하이드로젠 설파이드에 의해 하이드록실기를 에스테르화하여 생성되는 에스테르를 포함한다. 전술한 성분들은 단독으로 또는 두 개 이상이 조합되어 사용될 수도 있다.

연쇄 전달제의 양은 사용되는 연쇄 전달제의 종류에 따라 변하므로 특히 제한되어 있는 것은 아니다. 예를 들어, 메르캅탄이 사용되는 경우, 연쇄 전달제의 양은 원료 단량체 100 질량부를 기준으로 통상적으로, 0.01 질량부 내지 3 질량부의 범위이며, 바람직하게는 0.05 질량부 내지 1 질량부의 범위이다. 전술한 범위의 양이 바람직한 이유는 중합체의 기계적 특성을 손상되지 않기 때문이다. 두 개 이상의 연쇄 전달제가 조합하여 사용되는 경우, 총 사용량은 전술한 범위 이내일 수도 있다.

본 발명에 있어서, 전술한 중합 방법으로서 용제를 이용하지 않는 괴상 중합 방법 또는 용제를 사용하는 용액 중합 방법이 사용될 수도 있다. 괴상 중합이 특히 바람직하다.

중합이 연속적인 용액 중합 방법에 의해 수행되는 경우, 중합은 용제가 사용되는 점을 제외하고는 연속적인 괴상 중합 방법과 동일한 방식으로 진행된다. 중합 반응에 사용되는 용제는 연속적인 용액 중합 방법용의 원료 단량체에 따라 적절하게 선택되며, 특히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 알코올, 에틸 알코올, 옥탄, 데케인, 사이클로헥산, 데칼린, 부틸 아세테이트 그리고 펜틸 아세테이트를 포함한다. 이들 중, 톨루엔, 메탄올, 에틸벤젠 및 부틸 아세테이트가 바람직하다. 용제가 개시제 조성물 및 단량체 조성물 중 하나 또는 모두에 첨가될 수 있으며, 중합 반응 용기 (10) 에 직접 유입될 수 있다. 용제의 비율이 특히 제한되어 있는 것은 아니지만, 총 원료 혼합물을 기준으로 바람직하게는 5 질량% 내지 30 질량% 의 범위이며, 보다 바람직하게는 1 질량% 내지 20 질량% 의 범위이다.

전술한 중합 반응 장치 그리고 이 중합 반응 장치를 이용하여 중합체를 생성하기 위한 전술한 방법은 원료 단량체 및 생성된 중합체가 중합 반응 장치의 축 시일 베어링부의 부근에 들러붙는 것을 충분히 방지할 수 있다. 따라서, 중합체가 교반 날개와 축의 회전 부족과 연관된 문제를 야기하지 않고 장기간 동안 연속적으로 생성될 수 있다.

전술한 중합 반응 장치 그리고 이 중합 반응 장치를 이용하여 중합체를 생성하기 위한 전술한 방법은 중합체 중 (메스) 아크릴레이트 중합체를 생성하기 위해, 특히, 주성분으로서 메틸 (메스) 아크릴레이트를 포함하는 단량체 혼합물을 중합 반응하여 얻어지는 (메스) 아크릴레이트 중합체를 생성하기 위해 적절하게 사용될 수 있다.

전술한 중합 방법에 의해 얻어지는 (메스) 아크릴레이트 중합체와 같은 중합체는 투명성 및 내후성이 우수하므로, 조명, 간판 및 차량을 포함하는 다양한 분야에 편리하게 사용될 수 있다. 특히, (메스) 아크릴레이트 중합체는 광학 디스크 기판용 재료와; 프레즈넬(Fresnel) 렌즈, 렌티큘라(lenticular) 렌즈, 액정 디스플레이의 백라이트 시스템에 사용되는 도광판, 확산판 및 액정 디스플레이의 보호용 전면판과 같은 광학 장치 재료; 그리고 미등 덮개, 헤드 램프 덮개, 바이저 및 미터 패널과 같은 차량 구성 요소에 적절하게 사용될 수 있다.

10 : 중합 반응 용기 12 : 원료 공급 포트
14 : 중합체 조성물 배출 포트 16 : 자켓
20 : 축 22 : 교반 날개
30 : 축 시일 베어링부 32 : 축 시일 부분 (A)
34 : 공극 부분 36 : 액체 유입구
38 : 축 시일 부분 (B) 40 : 축 밀봉부
100 : 중합 반응 장치 101 : 개시제 제조 용기
102 : 단량체 제조 용기

Claims

중합 반응 장치로서,
단량체를 가진 원료 혼합물의 중합 반응을 수행하기 위한 중합 반응 용기,
회전가능한 축,
상기 회전가능한 축에 고정되며, 상기 중합 반응 용기 내부의 원료 혼합물을 교반하는 교반 날개, 및
상기 축을 지지하는 축 시일 베어링부를 포함하며,
상기 축 시일 베어링부는 축 밀봉부를 포함하고,
상기 축 밀봉부는,
축 시일 부분 (A),
상기 축 시일 부분 (A) 과 상기 중합 반응 용기의 사이에 형성되는 공극 부분,
상기 공극 부분과 상기 중합 반응 용기의 사이에 형성되는 축 시일 부분 (B), 및
중합 억제제를 가진 액체가 상기 공극 부분으로 유입되도록 하기 위한 액체 유입구를 포함하며,
상기 액체 유입구로부터 유입되는 액체는 공극 부분을 통해 중합 반응 용기 내로 제거되고,
상기 축 시일 부분 (B) 은 립 시일(lip seal)을 포함하는 것을 특징으로 하는 중합 반응 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 축 시일 부분 (A) 은 기계적 시일을 포함하는 것을 특징으로 하는 중합 반응 장치.
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제 1 항 또는 제 2 항에 따른 중합 반응 장치를 사용하여 중합체를 생성하기 위한 방법으로서,
중합 억제제를 포함하는 액체가 액체 유입구를 통해 공극 부분 내로 유입되도록 하면서, 단량체를 포함하는 원료 혼합물을 중합 반응 용기 내로 연속적으로 공급하여 중합 반응을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중합체 생성 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 액체는 단량체와 이 단량체에 용해된 중합 억제제의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 중합체 생성 방법.