KR101909076B1 - 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부에 분쇄-교반기를 포함하는 니더 반응기에 2-피롤리돈 및 개시제를 투입하는 단계; 및 투입된 원료들이 화학 반응을 일으키는 동안 상기 분쇄-교반기가 분쇄 및 교반 작용하는 단계;를 포함함으로써, 압출 공정 없이 가공이 용이하고, 마이크로 수준의 입자 크기를 가지는 생분해성 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Description

나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법{PREPARING METHOD OF NYLON 4 HOMOPOLYMER BEAD}
본 발명은 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법에 관한 것이다.
다용성이 우수하고, 저비용 및 기계적 특성 때문에, 인공적으로 합성된 폴리머는 주목할 만한 방법으로 확산되어 우리 삶의 거의 모든 부분에 침투해 왔다. 그러나, 인공적으로 합성된 폴리머는 일반적으로 자연 분해가 어려워 자연계에 폐기 또는 방류되는 경우, 분해되는데 장시간이 걸리기 때문에 환경에 주는 부하가 증대될 수 있다.
과학 기술이 발전할수록 환경 보호에 관한 관심이 증대되며, 이러한 차원에서, 인공적으로 합성된 폴리머는 환경오염을 방지할 수 있고 폐 처리에 따른 사회적 비용을 경감시킬 수 있는 방안이 요구된다.
폴리부티로락탐, 폴리피롤리돈, 폴리피롤리디논 등 여러 이름으로 불리는 나일론 4는 면을　대체할 수 있는 꿈의 합성섬유로 여겨진다. 미국 코네티컷주의 스탬포드시에 있었던　GAF(General Aniline & Film)사의 연구팀은 1940년대 말경에 2-피롤리돈이 중합반응을 진행해 폴리피롤리돈(나일론 4)으로 합성이 되는 것을 발견하였다.
특히 나일론 4는 생분해성이 있는 것으로 알려져 있어, 친환경 제품에 대한 요구가 증가하고 있는 고분자 산업 분야에서 유망한 소재이다.
한국등록특허 제0986158호는 나일론 4의 제조방법에 관한 기술을 개시하고 있다.
한국등록특허 제0986158호
본 발명의 일 과제는 압출 공정 없이 가공이 용이한 생분해성 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 마이크로 수준의 입자 크기를 가지는 생분해성 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 전술한 제조 방법으로 제조된 나일론 4 호모폴리머 비드, 화장품용 조성물, 세정제로 사용되는 화장품용 조성물을 제공하는 것이다.
1. 내부에 분쇄-교반기를 포함하는 니더 반응기에 2-피롤리돈 및 개시제를 투입하는 단계; 및
투입된 원료들이 화학 반응을 일으키는 동안 상기 분쇄-교반기가 분쇄 및 교반 작용하는 단계를 포함하는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
2. 위 1에 있어서, 상기 화학 반응으로 생성된 나일론 4 호모폴리머를 분쇄하는 단계를 더 포함하는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
3. 위 1에 있어서, 상기 화학 반응으로 생성된 나일론 4 호모폴리머를 동결시킨 후 분쇄하는 단계를 더 포함하는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
4. 위 1에 있어서, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수소화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수산화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 탄산염, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 시안화물, 알칼리성 유기 금속 화합물 및 그리냐르 시약으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 알칼리성 촉매를 상기 니더 반응기에 더 투입하는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
5. 위 1에 있어서, 상기 개시제는 아세틱 안하이드라이드를 포함하는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
6. 위 1 또는 4에 있어서, 상기 개시제는,
이산화탄소 및 아세틱 안하이드라이드 중 적어도 하나를 포함하는 제1 개시제; 및
N-아세틸 피롤리돈 및 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(1,6-hexamethylene diisocyanate)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제2 개시제를 포함하는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
7. 위 6에 있어서, 상기 제1 개시제 및 제2 개시제는 순차로 첨가되는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
8. 위 4에 있어서, 상기 알칼리성 촉매는 2-피롤리돈 100몰부 대비 5 내지 30 몰부로 포함되는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
9. 위 5에 있어서, 상기 아세틱 안하이드라이드는 상기 2-피롤리돈 100몰부 대비 1 내지 10 몰부로 포함되는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
10. 위 6에 있어서, 상기 N-아세틸 피롤리돈은 상기 2-피롤리돈 100몰부 대비 0.25 내지 2 몰부로 포함되는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
11. 위 1에 있어서, 제조된 나일론 4 호모폴리머 비드의 평균 입경(D50)은 100㎛ 이하인, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
12. 위 1에 있어서, 제조된 나일론 4 호모폴리머 비드의 평균 분자량은 100,000 이상인, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
13. 위 1에 있어서, 제조된 나일론 4 호모폴리머 비드를 입자 크기에 따라 분급하는 단계를 더 포함하는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
14. 위 1의 제조방법으로 제조된 나일론 4 호모폴리머 비드.
15. 위 14의 나일론 4 호모폴리머 비드를 포함하는 화장품용 조성물.
16. 위 15에 있어서, 세정제로 사용되는 화장품용 조성물.
본 발명의 구현예들에 따르면, 생분해성 나일론 4 호모폴리머 비드를 압출 공정 없이 제조할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따르면, 생분해성 나일론 4 호모폴리머 비드를 효율적으로 마이크로 수준의 입자 크기로 제조할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따르면, 생분해성 나일론 4 호모폴리머 비드를 보다 빠르게 제조할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따르면, 생분해성 나일론 4 호모폴리머 비드를 보다 경제적으로 제조할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따르면, 전술한 생분해성 나일론 4 호모폴리머 비드를 포함하는 나일론 4 호모폴리머 비드, 화장품용 조성물, 세정제로 사용되는 화장품용 조성물이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 니더 반응기의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 패들의 형상을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 패들의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 챔버의 제1 공간 내지 제3 공간을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 비드의 SEM 사진이다.
본 발명의 일 실시형태는 내부에 분쇄-교반기를 포함하는 니더 반응기에 2-피롤리돈 및 개시제를 포함하는 조성물을 투입하는 단계; 투입된 상기 원료들이 화학 반응을 일으키는 동안 상기 분쇄-교반기가 분쇄 및 교반 작용하는 단계;를 포함함으로써, 압출 공정 없이 가공이 용이한 생분해성 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법을 제공하거나 마이크로 수준의 입자 크기를 가지는 생분해성 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법을 제공할 수 있는 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
먼저, 내부에 분쇄-교반기를 포함하는 니더 반응기에 2-피롤리돈 및 개시제를 포함하는 조성물을 투입한다.
일반적으로, 나일론 4 호모폴리머는 녹는점이 약 265℃이고, 열분해 온도가 약 260℃로 가공 내열성이 극도로 열악해서 가공이 용이하지 않다. 따라서, 본 발명은 나일론 4 호모폴리머의 합성 후가 아닌 합성 시부터 나일론 4 호모폴리머 비드로 가공하는 방안을 고안하였고, 나일론 4 호모폴리머의 합성 시 내부에 분쇄-교반기를 포함하는 니더 반응기를 사용함으로써, 나일론 4 호모폴리머 비드의 가공이 용이할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 니더 반응기는, 내부에 분쇄-교반기를 포함함으로써, 니더 반응기 내부에서 화학 반응이 일어나는 동안 분쇄-교반기가 분쇄 및 교반 작용을 수행할 수 있는 반응기이면 당분야에 공지된 니더 반응기가 별다른 제한 없이 사용될 수 있다.
예를 들어, 분쇄-교반기는 회전축 및 패들을 포함하고, 패들이 회전축을 중심으로 니더 반응기 내부에서 회전함으로써 니더 반응기 내부에 존재하는 유체에 소정의 흐름을 발생시킬 수 있고, 폴리머 합성 반응과 동시에 교반 및 분쇄 작용을 수행할 수 있어서 생성되는 폴리머를 소편의 비드로 분쇄할 수 있는 것일 수 있다.
도 1 내지 4에는 본 발명의 분쇄-교반기를 포함하는 니더 반응기의 일 구현예가 도시되어 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 니더 반응기(100)는 원료의 반응 공간이 형성되는 챔버(200); 상기 챔버(200)의 내부에 마련되어 회전하는 적어도 하나의 회전축(300); 및 상기 회전축(300)에 회전 가능하도록 결합되고, 상기 회전축(300)의 길이방향으로 배치되는 복수 개의 패들(400);을 포함하고, 상기 복수 개의 패들(400) 중 적어도 일부는, 복수의 꼭지점을 가지는 형상으로 형성되는 본체(410); 상기 회전축(300)에 삽입되도록 상기 본체(410)의 중심에 형성되는 관통홀(420); 및 상기 꼭지점에서 돌출되고, 상기 회전축(300)의 회전 궤적에 일치하는 적어도 하나의 모서리를 포함하는 형상으로 형성되는 돌기(430)를 포함할 수 있다.
상기 패들(400)의 상기 본체(410)는 정삼각형 형상으로 형성될 수 있다.
상기 돌기(430)는 비대칭 형상으로 형성되고, 상기 본체(410)의 두께보다 두껍게 형성되어 상기 각 꼭지점을 감싸도록 마련될 수 있다.
상기 챔버(200)는, 상기 원료가 주입되는 주입부(210)와 인접하는 제1 공간(S1); 상기 제1 공간(S1)과 인접하여 위치하는 제2 공간(S2); 및 상기 제2 공간(S2)과 인접하여 위치하여 상기 반응에 의해 생성되는 생성물이 배출되는 배출부(220)와 인접하는 제3공간을 포함할 수 있다.
상기 제1 공간(S1) 및 상기 제3 공간(S3)에 배치되는 복수의 상기 패들(400)은 서로 기 결정된 각도씩 틀어져 배치될 수 있다.
상기 제3 공간(S3)에 배치되는 상기 패들(400)은 상기 제1 공간(S1)에 배치되는 상기 패들(400)과 반대 방향으로 틀어져 배치될 수 있다.
상기 기 결정된 각도는 15˚일 수 있다.
상기 회전축(300)은, 제1 회전축(300a); 및 상기 제1 회전축(300a)의 회전 방향에 대해 동일 및 반대 방향 중 적어도 하나의 방향으로 회전되는 제2 회전축(300b)을 포함하고, 상기 제1 회전축(300a) 및 상기 제2 회전축(300b)에 배치되는 복수 개의 상기 패들(400)은 교호(交互) 배치될 수 있다.
상기 구현예들에 따른 니더 반응기(100)를 사용하는 경우, 패들(400)의 형상이 직선을 가지는 정삼각형 형상으로 형성하여, 패들(400)이 챔버(200) 내에 차지하는 부피가 작으므로 많은 양의 원료가 주입될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 상기 구현예들에 의하면, 패들(400)은 원료와 접촉되는 복수개의 접점을 포함하고 있으므로, 원료와의 반응 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 상기 구현예들은 원료와의 반응 시간을 단축할 수 있어 많은 양의 원료가 반응될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 니더 반응기에 투입되는 원료들은 2-피롤리돈 및 개시제를 포함한다.
2-피롤리돈은 나일론 4 호모폴리머를 합성하기 위해 사용되는 모노머로서, 2-피롤리돈의 개환 및 중합 반응을 통해 나일론 4 호모폴리머를 형성하는데 사용된다.
개시제는 2-피롤리돈의 개환 중합을 유도하는 물질로서, 나일론 4 호모폴리머의 합성에 사용될 수 있는 개시제라면 당분야에 공지된 개시제가 별다른 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 이산화탄소가 사용될 수 있다. 개시제로 이산화탄소를 사용할 경우 2-피롤리돈 100몰부 대비 1 내지 10 몰부로 포함될 수 있고, 바람직하게 2-피롤리돈 100몰부 대비 4 내지 8 몰부로 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예로서, 개시제로 아세틱 안하이드라이드를 포함할 수 있다.
아세틱 안하이드라이드는 이산화탄소와 동등 이상의 분자량, 수율 등을 나타내면서도, 반응 조건에서 액상이므로 이산화탄소보다 단량체와 혼합이 잘되고 공정 제어가 용이하다. 또한 반응속도가 이산화탄소를 사용한 경우보다 빠르므로, 중합시간을 단축시킬 수 있다.
예를 들어, 아세틱 안하이드라이드는 2-피롤리돈 100몰부 대비 1 내지 10 몰부로 포함될 수 있고, 바람직하게 2-피롤리돈 100몰부 대비 1 내지 5 몰부로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 구현예로서, 개시제는 개시 반응을 더욱 촉진하기 위한 제2 개시제를 더 포함할 수 있다. 제2 개시제로는 예를 들어 이소시아네이트계 화합물을 사용할 수 있다. 이소시아네이트계 화합물의 구체적인 예로는 벤질 이소시아네이트(benzyl isocyanate), 4,4-메틸렌비스(페닐이소시아네이트)(4,4-methylenebis(phenyl isocyanate)), 톨루엔-2,4-디이소시아네이트(toluene-2,4-diisocyanate), p-페닐렌 디이소시아네이트(p-phenylene diisocyanate), 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(1,6-hexamethylene diisocyanate) 또는 이소포론 디이소시아네이트(isophoron diisocyanate), 4,4-벤질리덴비스(6-메틸-m-페닐렌)테트라이소시아네이트[4,4-benzylidenebis(6-methyl-m-phenylene)tetraisocyanate], 실리콘 테트라이소시아네이트(silicon tetraisocyanate), 및 메틸리딘트리-p-페닐렌 트리이소시아네이트(methylidynetri-p-phenylene triisocyanate) 등을 들 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(1,6-hexamethylene diisocyanate)일 수 있다.
1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(1,6-hexamethylene diisocyanate)는 체인 증량제(chain extender)로서 기능할 수 있고, 이를 제2 개시제로 사용할 경우, 제조되는 고분자의 수율 및 분자량이 높게 형성될 수 있다.
제2 개시제로 이소시아네이트계 화합물을 사용할 경우, 2-피롤리돈 100몰부 대비 0.125 내지 4.5 몰부로 포함될 수 있고, 바람직하게 2-피롤리돈 100몰부 대비 0.25 내지 2 몰부로 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예로서, 제2 개시제로 N-아세틸 피롤리돈을 사용할 수 있다. N-아세틸 피롤리돈은 아세틸기의 카르복시 관능기에 의한 공명 효과로 인해 음이온이 안정화되어 개시 반응 중 2-피롤리돈의 개환(ring opening)을 촉진시켜 개시 반응을 촉진할 수 있다.
본 발명에 있어서, 제2 개시제와 구분하기 위해 전술한 이산화탄소 및 아세틱 안하이드라이드를 제1 개시제로 지칭할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 개시제는 이산화탄소, 아세틱 안하이드라이드 등의 제1 개시제; 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(1,6-hexamethylene diisocyanate)(HDI), N-아세틸 피롤리돈 등의 제2 개시제가 사용될 수 있다. 상기 제1 개시제 및 제2 개시제는 구체적인 촉매 또는 개시제의 종류, 중합 반응의 규모 등을 고려하여 동시에 또는 순차로 첨가될 수 있다. 순차로 첨가되는 경우에도 역시 구체적인 촉매 또는 개시제의 종류, 중합 반응의 규모 등을 고려하여 제1 개시제의 첨가 후 적절한 시간이 경과되고 제2 개시제가 첨가될 수 있으며, 예를 들면 제1 개시제 첨가 후 30분 내지 1 시간 이내에 첨가될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예로서 바람직하게는, 반응 속도, 분자량, 수율 등의 측면에서 개시제는 이산화탄소 및 아세틱 안하이드라이드 중 적어도 하나인 제1 개시제, 및 N-아세틸 피롤리돈을 제2 개시제로 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 일 구현예로서 바람직하게는, 제1 개시제로 아세틱 안하이드라이드 및 제2 개시제로 N-아세틸 피롤리돈 및 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(1,6-hexamethylene diisocyanate)(HDI) 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따라 제2 개시제가 N-아세틸 피롤리돈을 사용하는 경우 후술하는 2-피롤리돈 100몰부 대비 0.25 내지 2 몰부일 수 있다.
본 발명의 일 구현예로서 중합 반응에 알칼리성 촉매가 사용될 수 있다. 알칼리성 촉매는 당분야에 공지된 촉매가 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수소화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수산화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 탄산염, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 시안화물, 알칼리성 유기 금속 화합물 및 그리냐르 시약(Grignard reagent)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있으며, 상기 유기 금속 화합물로는 n-부틸리튬이 사용될 수 있다. 바람직하게는 상기 알칼리성 촉매로서 수산화칼륨(KOH)이 사용될 수 있다. 상기 알칼리성 촉매는 2-피롤리돈 100몰부 대비 5 내지 30 몰부, 바람직하게는 7 내지 15 몰부의 비율로 사용되는 것이 바람직하다.
다음으로, 반응물로서 투입된 원료들이 화학 반응을 일으키는 동안 분쇄-교반기가 교반 및 분쇄 작용을 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 니더 반응기는, 내부에 분쇄-교반기를 포함함으로써, 나일론 4 호모폴리머의 합성 시 니더 반응기 내부에서 교반 및 분쇄 작용을 수행할 수 있으며, 이러한 교반 및 분쇄 작용으로 인해, 별도의 압출 공정 없이 나일론 4 호모폴리머 비드의 가공이 용이할 수 있다.
교반 및 분쇄의 정도는 나일론 4 호모폴리머 합성과 동시에 나일론 4 호모폴리머가 비드 형상으로 가공될 수 있는 정도일 수 있다.
필요에 따라, 화학 반응으로 생성된 나일론 4 호모폴리머를 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이를 통해 제조된 나일론 4 호모폴리머의 입자 크기를 보다 작게 가공할 수 있다.
또한, 나일론 4 호모폴리머의 분쇄 전에 나일론 4 호모폴리머를 동결시키는 단계를 더 포함할 수도 있는데, 이는 제조된 나일론 4 호모폴리머의 입자 크기를 보다 작게 가공하는데 효율적일 수 있다.
본 구현예에 따라 제조된 나일론 4 호모폴리머 비드의 평균 입경(D50)은 100㎛ 이하일 수 있고, 또는 평균 분자량은 100,000 이상일 수 있는데, 본 구현예의 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법에 따르면 전술한 범위의 평균 입경(D50) 또는 평균 분자량을 갖는 나일론 4 호모폴리머 비드를 보다 효율적이고 경제적으로 제조할 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 일 구현예는 제조된 나일론 4 호모폴리머 비드를 입자 크기에 따라 분급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제조된 나일론 4 호모폴리머 비드를 입자 크기에 따라 분급함으로써, 용도에 따른 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조가 가능할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 나일론 4 호모폴리머 비드를 제공한다.
나일론 4 호모폴리머 비드는 용도에 따라 구별되는 평균 입경(D50) 또는 평균 분자량 범위를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 나일론 4 호모폴리머 비드를 포함하는 화장품용 조성물을 제공한다. 화장품용 조성물은 당분야에 공지된 화장품용 조성물로서 폴리머 비드가 사용될 수 있는 화장품용 조성물이면 별다른 제한 없이 적용될 수 있으나, 예를 들어 세정용으로 사용되는 화장품용 조성물일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 화장품은 폴리머 비드가 사용되는 화장품이면 당분야에 공지된 화장품이 별다른 제한 없이 적용될 수 있고, 예를 들어, 스크럽 제품의 화장품 등일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 나일론 4 호모폴리머 비드 이외에 통상의 화장품용 조성물에 사용되는 오일 성분, 분산제, 지방산 알코올, 자외선 차단제, 당 알코올 등을 추가로 포함할 수 있으며, 필요에 따라 통상의 화장료 조성물에 적용되는 향료, 방부제, 계면활성제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
하기 표 1에 기재된 조성 및 함량(몰부)으로 니더 반응기에 투입되는 원료들을 구성하였다.
구분 2-피롤리돈 아세틱 안하이드라이드 이산화탄소 N-아세틸 피롤리돈 HDI 수산화칼륨
실시예 1 100 - 4 - 0.5 15
실시예 2 100 - 4 0.5 - 15
실시예 3 100 2.5 - - 0.5 15
실시예 4 100 2.5 - 0.5 - 15
실시예 5 100 2.5 - - - 15
상기 실시예 1 내지 5의 원료들을 내부에 도 1 내지 4에 도시된 바와 같은 분쇄-교반기를 포함하는 니더 반응기(7 L reactor, 120 ℃, 10.50 torr, 30 rpm)에 투입하여, 교반을 수행하면서 나일론 4 호모폴리머 합성 반응을 진행하여 생분해성 나일론 4 호모폴리머 비드를 제조하였고, 그에 따른 수율, 평균 분자량을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
구분 반응시간(분) 수율(%) 평균 분자량
실시예 1 90 64 280,000
실시예 2 90 75 260,000
실시예 3 60 55 280,000
실시예 4 60 63 236,000
실시예 5 60 50 200,000
실시예들 모두 별도의 압출 공정이 없었음에도 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조가 효과적으로 수행되는 것을 확인할 수 있었고, 대표적으로 실시예 1에 따라 제조된 비드의 SEM사진을 도 5에 나타내었다.
표 2에 나타난 바와 같이, 제2 개시제를 사용하지 않은 실시예 5의 경우, 다른 실시예들 보다 수율 및 평균 분자량이 낮은 것을 확인할 수 있었다.
한편, 상기 실시예 1 내지 4의 생분해성 나일론 4 호모폴리머 비드 제조 과정에서 제1 개시제로서 아세틱 안하이드라이드를 사용한 실시예 3 및 4가 이산화탄소를 사용한 실시예 1 및 2보다 반응 속도 측면에서 약 30분 정도 빠른 것을 확인할 수 있었다.
100: 니더 반응기
200: 챔버
210: 주입부
220: 배출부
300: 회전축
300a: 제1 회전축
300b: 제2 회전축
400: 패들
410: 본체
420: 관통홀
430: 돌기
S1: 제1 공간
S2: 제2 공간
S3: 제3 공간

Claims (16)

  1. 내부에 분쇄-교반기를 포함하는 니더 반응기에 2-피롤리돈 및 개시제를 바로 투입하는 단계; 및
    투입된 2-피롤리돈 및 상기 개시제가 상기 니더 반응기 안에서 화학 반응을 일으키며 중합체가 형성됨과 동시에 상기 분쇄-교반기에 의해 상기 중합체를 분쇄 및 교반하는 단계;를 포함하는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 제조된 나일론 4 호모폴리머 비드를 추가 분쇄하는 단계를 더 포함하는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 추가 분쇄하는 단계 이전에 제조된 나일론 4 호모폴리머 비드를 동결시키는 단계를 더 포함하는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수소화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수산화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수화물, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 탄산염, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 시안화물, 알칼리성 유기 금속 화합물 및 그리냐르 시약으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 알칼리성 촉매를 상기 니더 반응기에 더 투입하는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 개시제는 아세틱 안하이드라이드를 포함하는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
  6. 청구항 1 또는 4에 있어서, 상기 개시제는,
    이산화탄소 및 아세틱 안하이드라이드 중 적어도 하나를 포함하는 제1 개시제; 및 N-아세틸 피롤리돈 및 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(1,6-hexamethylene diisocyanate)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제2 개시제를 포함하는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1 개시제 및 제2 개시제는 순차로 첨가되는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
  8. 청구항 4에 있어서, 상기 알칼리성 촉매는 2-피롤리돈 100몰부 대비 5 내지 30 몰부로 포함되는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
  9. 청구항 5에 있어서, 상기 아세틱 안하이드라이드는 상기 2-피롤리돈 100몰부 대비 1 내지 10 몰부로 포함되는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 N-아세틸 피롤리돈은 상기 2-피롤리돈 100몰부 대비 0.25 내지 2 몰부로 포함되는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 제조된 나일론 4 호모폴리머 비드의 평균 입경(D50)은 100㎛ 이하인, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 제조된 나일론 4 호모폴리머 비드의 중량 평균 분자량은 100,000 이상인, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
  13. 청구항 1에 있어서, 제조된 나일론 4 호모폴리머 비드를 입자 크기에 따라 분급하는 단계를 더 포함하는, 나일론 4 호모폴리머 비드의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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