KR102120302B1 - 폴리락틱엑시드 중합장치 및 이를 이용한 중합방법 - Google Patents

폴리락틱엑시드 중합장치 및 이를 이용한 중합방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리락틱엑시드 중합장치 및 이를 이용한 중합방법에 관한 것으로, 중합장치의 구성은, 중합에 필요한 단량체 및 첨가제를 수용할 공간이 마련되는 제 1수용부와, 상기 제 1수용부의 외측면에 마련되어, 상기 제 1수용부에 열을 가하는 제 1가열부와, 상기 제 1수용부 내부와 연통되어 내부를 진공으로 만드는 제 1진공펌프부와, 상기 제 1수용부 상부에 마련되어, 상기 제 1수용부 내부까지 연장된 회전날개를 회전시키는 모터부를 포함하여 구성되는 제 1수용부몸체부와, 내부에 공간이 마련되는 제 2수용부와, 상기 제 2수용부의 외측면에 마련되어, 상기 제 2수용부에 열을 가하는 제 2가열부와, 상기 제 2수용부 내부와 연통되어 내부를 진공으로 만드는 제 2진공펌프부를 포함하는 제 2수용부몸체부와, 상기 제 1수용부의 하단가 상기 제 2수용부의 상단과 연통되는 연결유로를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

폴리락틱엑시드 중합장치 및 이를 이용한 중합방법{A Polylactic acid polymerization Apparatus and A Manufacturing Method Using That}
본 발명은 폴리락틱엑시드 중합장치 및 이를 이용한 중합방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리락틱엑시드를 중합할 때 수분을 제거하고 중합공정이 완료될 때까지 수분의 유입이 차단되는 폴리락틱엑시드 중합장치 및 이를 이용한 중합방법에 관한 것이다.
종래의 폴리락틱엑시드 중합의 경우 옥수수를 발효시켜 starch를 만든 후 락틱엑시드 (lactic acid) 형태로 제조한 후 축합중합을 통해 올리고머를 거쳐 고리형태의 락타이드 (lactide)로 만들고 이를 폴리락틱엑시드(Polylactic acid, PLA)로 중합하는 방법으로 제조된다.
단량체인 락타이드로부터 폴리락틱엑시드를 중합하는 과정에서 수분이 다량 함유되어 있을 경우, 수분이 개시제 역할을 함으로써 고분자량의 긴 사슬이 형성되기 어렵고, 정확한 함수량을 알기 어렵기 때문에 중합 공정 제어가 어렵다.
따라서, 폴리락틱엑시드를 고분자량으로 중합하기 위해서는 수분을 필수적으로 제거함 상태에서 중합 공정 제어가 이루어져야 한다.
그러나 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
중합 공정 시 수분을 제거해야 하는데, 공정상 수분을 제거하기도 어려울 뿐만 아니라, 공정 진행 중에 수분이 제거된 상태를 유지하는 것도 어려운 문제점이 있었다.
등록특허 제 10-0535915호
상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 락타이트(lactide)에 포함되어 있는 수분을 완전히 제거시키고 제거된 상태를 최종중합과정까지 유지할 수 있는 폴릭락틱엑시드 중합장치 및 이를 이용한 중합방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명인 폴리락틱엑시드 중합장치는, 중합에 필요한 단량체 및 첨가제를 수용할 공간이 마련되는 제 1수용부와, 상기 제 1수용부의 외측면에 마련되어, 상기 제 1수용부에 열을 가하는 제 1가열부와, 상기 제 1수용부 내부와 연통되어 내부를 진공으로 만드는 제 1진공펌프부와, 상기 제 1수용부 상부에 마련되어, 상기 제 1수용부 내부까지 연장된 회전날개를 회전시키는 모터부를 포함하여 구성되는 제 1수용부몸체부와, 내부에 공간이 마련되는 제 2수용부와, 상기 제 2수용부의 외측면에 마련되어, 상기 제 2수용부에 열을 가하는 제 2가열부와, 상기 제 2수용부 내부와 연통되어 내부를 진공으로 만드는 제 2진공펌프부;를 포함하는 제 2수용부몸체부와, 상기 제 1수용부의 하단과 상기 제 2수용부의 상단이 연통되는 연결유로를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 제 2수용부몸체부의 일측에 이격되어 수직으로 바 형상으로 형성되는 가이드바와, 상기 제 2수용부몸체부가 상기 가이드바를 따라 이동할 수 있도록 수평으로 연결하는 플랜지부와, 상기 플랜지부가 상기 가이드바에 선택적으로 고정되는 고정부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 2수용부는, 원통형상으로 형성되며, 상부가 하부에 비해 단면적이 상대적으로 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2수용부는, 원통형상으로 형성되는 용기 중앙에 내부로 열전달홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2수용부에는, 원통형상으로 형성되는 용기 중앙에 내부로 열전달홈이 형성되고, 상기 제 2수용부몸체부에서, 상기 플랜지를 기울여 상기 제 2가열부 내부에 유입되는 유체를 유입할 때, 상기 열전달홈에 유입될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 또 다른 실시예는, 중합장치를 이용한 폴리락틱엑시드 중합방법은, 제 1수용부에 단량체(monomer) 및 첨가제를 투입하는 제 1단계와, 제 1진공펌프부를 구동시키고, 제 1가열부를 구동시키는 제 2단계와, 상기 제 1수용부 내의 습기가 기준치 보다 상대적으로 낮아지면, 제 2진공펌프부를 구동시키는 제 3단계와, 상기 제 1수용부 내부의 기압보다 상기 제 2수용부 내부의 기압을 더 낮게 만드는 제 4단계와, 제 2가열부를 구동하여 상기 제 2수용부를 가열하는 제 5단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 폴리락틱엑시드 중합장치에서는 다음과 같은 효과가 있다.
중합을 위한 단량체 및 첨가제를 1차적으로 가열과 진공으로 건조시킨 후, 2차적으로 진공상태에서 가열하여 중합을 진행함으로써 긴 사슬을 가지는 고분자량의 중합체를 만들 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 폴리락틱엑시드 중합장치의 구성을 보인 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 폴리락틱엑시드 중합장치를 구성하는 제 1수용부몸체부의 구성을 보인 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 폴리락틱엑시드 중합장치를 구성하는 제 2수용부몸체부의 구성을 보인 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 폴리락틱엑시드 중합장치를 구성하는 제 2수용부몸체부의 다른 실시예를 보인 단면도.
이하, 본 발명에 의한 폴리락틱엑시드 중합장치의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 의한 폴리락틱엑시드 중합장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 중합에 필요한 단량체 및 첨가제를 수용할 공간이 마련되는 제 1수용부(12)와, 상기 제 1수용부(12)의 외측면에 마련되어, 상기 제 1수용부(12)에 열을 가하는 제 1가열부(14)와, 상기 제 1수용부(12) 내부와 연통되어 내부를 진공으로 만드는 제 1진공펌프부(16)와, 상기 제 1수용부(12) 상부에 마련되어, 상기 제 1수용부(12) 내부까지 연장된 회전날개(19)를 회전시키는 모터부(18)를 포함하여 구성되는 제 1수용부몸체부(10)와, 내부에 공간이 마련되는 제 2수용부(22)와, 상기 제 2수용부(22)의 외측면에 마련되어, 상기 제 2수용부(22)에 열을 가하는 제 2가열부(24)와, 상기 제 2수용부(22) 내부와 연통되어 내부를 진공으로 만드는 제 2진공펌프부(26)를 포함하는 제 2수용부몸체부(20)와, 상기 제 1수용부(12)의 하단과 상기 제 2수용부(22)의 상단이 연통되는 연결유로(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명에 의한 폴리락틱엑시드 중합장치에는 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1수용부몸체부(10)가 마련된다. 상기 제 1수용부몸체부(10)에는 제 1수용부(12)가 마련된다. 상기 제 1수용부(12)는 내부에 밀폐된 공간이 마련되며, 상기 공간에는 중합에 필요한 단량체 및 첨가제가 수용된다.
상기 단량체는 사용자의 필요에 따른 어떠한 단량체도 적용할 수 있고, 상기 단량체를 중합하기 위한 첨가제라면 어떤 것이라도 적용할 수 있다. 상기 단량체는 본 발명에서는 락타이드(latide)가 사용될 수 있다. 상기 락타이드는 수분에 취약하여 긴 사슬을 만들기 어렵기 때문이다.
상기 제 1수용부(12)의 외측면에는 제 1가열부(14)가 마련된다. 상기 제 1가열부(14)는, 상기 제 1수용부(12)의 내부를 가열하기 위한 것으로, 상기 제 1수용부(12)를 가열할 수 있는 것이라면 어떤 형태로도 적용될 수 있다.
상기 제 1가열부(14)는 외부의 열원에 가열된 유체가 상기 제 1가열부(14) 내부로 유입되도록 하여 열이 전달되도록 할 수 있다. 상기 제 1가열부(14)의 일측 하단에 유체유입구(14a)가 마련되고, 타측 상단에 유체배출구(14b)가 마련되도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 제 1수용부(12)에는 제 1진공펌프부(16)가 마련된다. 상기 제 1진공펌프부(16)는, 상기 제 1수용부(12) 내부를 진공의 상태로 만드는 역할을 한다. 상기 제 1진공펌프부(16)는 상기 제 1수용부(12) 상부에 두 개의 유로로 연결되어 상기 제 1수용부(12) 내부에 질소 등의 기체를 주입하고 내부의 공기를 외부로 배출시킨다.
상기 제 1수용부(12) 상부에는 모터부(18)가 마련된다. 상기 모터부(18)에는 회전축이 마련되며, 상기 회전축은 상기 제 1수용부(12) 내부까지 연장된다. 상기 회전축의 하단에는 회전날개(19)가 마련된다. 즉, 상기 모터부(18)가 전원을 인가받아 회전하면 상기 회전날개(19)가 회전하여 상기 제 1수용부(12) 내부의 내용물을 교반시키는 역할을 한다.
그리고, 상기 제 1수용부몸체부(10)의 하방에는 제 2수용부몸체부(20)가 마련된다. 상기 제 2수용부몸체부(20)는 아래에서 설명될 제 2수용부(22) 내부에 적재되는 단량체와 첨가제의 혼합물을 중합체로 중합하는 역할을 한다.
상기 제 2수용부몸체부(20)에는 제 2수용부(22)가 마련된다. 상기 제 2수용부(22)는 내부에 밀폐된 공간이 마련되며, 상기 제 1수용부(12)에서 가열되고 수분이 제거된 단량체 및 첨가제를 수용하는 역할을 한다.
상기 제 1수용부(12)와 상기 제 2수용부(22)는 연결유로(30)에 의해 연결된다. 상기 연결유로(30)는 상기 제 1수용부(1)의 하단과 상기 제 2수용부(22) 상단과 연통되며, 상기 연결유로(30)의 상하단은 상기 제 1수용부(12) 및 상기 제 2수용부(22) 각각과 선택적으로 연통될 수 있도록 밸브가 각각 마련되고 착탈가능하게 구성될 수 있다.
상기 제 2수용부(22)이 외측면에는 제 2가열부(24)가 마련된다. 상기 제 2가열부(24)는, 상기 제 2수용부(22)의 내부를 가열하기 위한 것으로, 상기 제 2수용부(22)를 가열할 수 있는 것이라면 어떤 형태로도 적용될 수 있다.
상기 제 2가열부(24)는 외부의 열원에 가열된 유체가 상기 제 2가열부(24) 내부로 유입되도록 하여 열이 전달되도록 할 수 있다. 상기 제 2가열부(24)의 일측 하단에 유체유입구(24a)가 마련되고, 타측 상단에 유체배출구(24b)가 마련되도록 구성될 수 있다.
상기 제 2가열부(24) 내부에는 나선 형상의 가이드판(미도시)이 마련되어, 상기 유체의 흐름을 일정한 방향으로 유지되도록 할 수 있다.
그리고, 상기 제 2수용부(22)에는 제 2진공펌프부(26)가 마련된다. 상기 제 2진공펌프부(26)는, 상기 제 2수용부(22) 내부를 진공의 상태로 만드는 역할을 한다. 상기 제 2진공펌프부(26)는 상기 제 2수용부(22) 상부에 두 개의 유로로 연결되어 상기 제 2수용부(22) 내부에 질소 등의 기체를 주입하고 내부의 공기를 외부로 배출시킨다.
그리고, 상기 제 2수용부몸체부(20)의 일측에는 가이드바(40)가 이격되어 형성된다. 상기 가이드바(40)는 금속 등의 재질로 형성되며, 수직으로 바 형상으로 형성된다.
또한, 상기 제 2수용부몸체부(20)에는 플랜지부(42)가 마련된다. 상기 플랜지부(42)는 상기 제 2수용부몸체부(20)를 수평으로 지지하는 것으로, 상기 가이드바(40)에 연결되어, 상기 가이드바(40)를 따라 수직으로 승하강할 수 있도록 구성된다.
상기 가이드바(40)에는 고정부(44)가 마련된다. 상기 고정부(44)는 상기 플랜지부(42)에 연결되어, 상기 가이드바(40)를 따라 이동하면서 선택적으로 고정될 수 있도록 한다.
그리고, 상기 제 2수용부(22)에는 열전달홈(22a)이 더 마련될 수 있다. 상기 열전달홈(22a)은 상기 제 2수용부(22) 내부로 요입된 홈으로 도 1에 도시된 바와 같이, 형성될 수 있다. 상기 열전달홈(22a)은 원통형상으로 형성되는 용기 중앙에 내부로 연결되어 상기 제 2수용부(22) 내부로 고르게 열이 전달되도록 한다.
상기 열전달홈(22a)은 도 4에 도시된 바와 같이 다양하게 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 제 2수용부(22)가 원통형상으로 형성되며, 상부가 하부에 비해 단면적이 상대적으로 넓게 형성되도록 하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 플랜지부(42)에는 레버(46)가 마련된다. 상기 레버(46)는 사용자가 상기 플랜지부(42)를 기울일 수 있도록 하는 것으로 상기 제 2가열부(24) 내부로 유체가 유입될 때 제 2가열부(24) 공간 내부 전체에 열전달을 위한 유체가 가득채워질 수 있도록 하기 위함이다.
이하, 본 발명에 의한 폴리락틱엑시드 중합장치의 작용을 상세하게 설명한다.
먼저, 제 1수용부(12)에 중합하고자 하는 중합체에 필요한 단량체 및 첨가제를 투입한다. 그리고, 전원을 인가하면, 제 1진공펌프부(16)가 구동하고, 제 1가열부(14)가 구동하여 제 1수용부(12)가 가열된다.
상기 제 1수용부(12) 내부의 단량체와 첨가제 내부의 수분이 증발되어 외부로 배출되어 제거된다. 이때, 모터부(18)가 구동하여 회전날개(19)가 회전하여 상기 단량체와 첨가제를 혼합하고, 내포되어 있는 수분이 노출되어 배출이 용이해진다.
상기 제 1수용부(12) 내의 습기가 기준치보다 상대적으로 낮아지면 제 2진공펌프부(26)가 구동된다. 즉, 제 2수용부(22) 내부를 진공상태로 만든다.
이때, 상기 제 1수용부(!2) 내부의 기압보다 상기 제 2수용부(22) 내부의 기압을 더 낮은 상태로 만든다. 이는 상기 제 1수용부(12) 내부의 혼합물이 상기 제 2수용부(22) 내부로 쉽게 이동하도록 하기 위함이다.
이때 상기 제 1수용부(12) 하방의 밸브가 열리고, 상기 제 1수용부(12) 내부의 혼합물이 제 2수용부(22) 내부로 유입된다.
상기 제 2수용부(22) 내부로 혼합물이 모두 이동되면, 상기 밸브는 닫히고, 상기 제 2수용부(22)의 제 2가열부(24)가 구동하여 상기 제 2수용부(22)를 가열한다.
상기 제 2수용부(22) 내부의 혼합물의 중합이 완료되면, 상기 제 2진공펌프부(26) 및 제 2가열부(24)의 동작이 종료된다. 이후 상기 제 2가열부(24)가 냉각되면, 사용자는 상기 제 2수용부몸체부(20)를 본 발명인 중합장치에서 분리한 후, 고정부를 해제하여 플랜지부(42)를 가이드바(40)를 따라 하강시킨다.
그리고, 상기 2수용부몸체부(20)를 레버(46)를 이용하여 기울여 상기 제 2수용부(22)의 중합체를 분리시킨다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위에 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로서 해석되어야 한다.
10: 제 1수용부몸체부 12: 제 1수용부
14: 제 1가열부 16: 제 1진공펌프부
18: 모터부 19: 회전날개
20: 제 2수용부몸체부 22: 제 2수용부
24: 제 2가열부 26: 제 2진공펌프부
30: 연결유로 40: 가이드바
42: 플랜지부 44: 고정부
46: 레버

Claims (6)

  1. 중합에 필요한 단량체 및 첨가제를 수용할 공간이 마련되는 제 1수용부;
    상기 제 1수용부의 외측면에 마련되어, 상기 제 1수용부에 열을 가하는 제 1가열부;
    상기 제 1수용부 내부와 연통되어 내부를 진공으로 만드는 제 1진공펌프부;
    상기 제 1수용부 상부에 마련되어, 상기 제 1수용부 내부까지 연장된 회전날개를 회전시키는 모터부;를 포함하여 구성되는 제 1수용부몸체부;와
    내부에 공간이 마련되는 제 2수용부;
    상기 제 2수용부의 외측면에 마련되어, 상기 제 2수용부에 열을 가하는 제 2가열부;
    상기 제 2수용부 내부와 연통되어 내부를 진공으로 만드는 제 2진공펌프부;를 포함하는 제 2수용부몸체부; 및
    상기 제 1수용부의 하단과 상기 제 2수용부의 상단이 연통되는 연결유로;
    를 포함하여 구성되고,
    상기 제 2수용부몸체부의 일측에 이격되어 수직으로 바 형상으로 형성되는 가이드바;
    상기 제 2수용부몸체부가 상기 가이드바를 따라 이동할 수 있도록 수평으로 연결하는 플랜지부;
    상기 플랜지부가 상기 가이드바에 선택적으로 고정되는 고정부;
    를 더 포함하여 구성되고,
    상기 제 1수용부에 중합하고자 하는 중합체에 필요한 단량체 및 첨가제를 투입한 후 제 1진공펌프부가 구동하고, 제 1가열부가 구동하여 제 1수용부가 가열되면서, 상기 제 1수용부 내부의 단량체와 첨가제 내부의 수분이 증발되어 외부로 배출되어 제거되고, 이때, 모터부가 구동하여 회전날개가 회전하여 상기 단량체와 첨가제를 혼합하고, 내포되어 있는 수분이 노출되어 배출이 되고, 상기 제 1수용부 내의 습기가 기준치보다 상대적으로 낮아지면 제 2진공펌프부가 구동되어 제 2수용부 내부를 진공상태로 만든 후 상기 제 1수용부 내부의 기압보다 상기 제 2수용부 내부의 기압을 더 낮은 상태로 만들어 상기 제 1수용부 내부의 혼합물이 상기 제 2수용부 내부로 쉽게 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 폴리락틱엑시드 중합장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2수용부는,
    원통형상으로 형성되는 용기 중앙에 내부로 열전달홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 폴리락틱엑시드 중합장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2수용부는,
    원통형상으로 형성되며, 상부가 하부에 비해 단면적이 상대적으로 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 폴리락틱엑시드 중합장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항으로 구성되는 폴리락틱엑시드 중합장치를 이용하여,
    제 1수용부에 단량체 및 첨가제를 투입하는 제 1단계;
    제 1진공펌프부를 구동시키고, 제 1가열부를 구동시키는 제 2단계;
    상기 제 1수용부 내의 습기가 기준치 보다 상대적으로 낮아지면, 제 2진공펌프부를 구동시키는 제 3단계;
    상기 제 1수용부 내부의 기압보다 상기 제 2수용부 내부의 기압을 더 낮게 만드는 제 4단계;
    제 2가열부를 구동하여 상기 제 2수용부를 가열하는 제 5단계;
    를 포함하여 구성되는 폴리락틱엑시드 중합장치를 이용한 중합방법.





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