KR20010058186A - 성형 작업성이 우수한 고강성 열가소성 수지의 제조방법 - Google Patents

성형 작업성이 우수한 고강성 열가소성 수지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은
(1)제1반응기에서, 반응기내 조건을
F1= F2+ F3--------------- (A)
F2÷ F1= 0.86 --------------- (B)
2.5 ≤ (V2÷F2) ≤ 3.0 --------------- (C)
(상기 식에서 F1은 스티렌 단량체가 반응기로 투입되는 전체유량,
F2는 스티렌 단량체가 제1반응기로 투입되는 전체유량,
F3는 스티렌 단량체가 제2반응기로 투입되는 전체유량,
V1은 제1반응기에서 반응기 내용적,
V2는 제1반응기에서 반응액이 점하는 내용적임.)
상기 식 (A)∼(C)으로 유지 시키면서 연속 괴상 중합시키는 단계;
(2)제2반응기에서, 반응기내 조건을
2.0 ≤ V3/V4≤ 2.7 ---------------- (D)
(삭기 식에서 V3는 제2반응기에서 반응기의 내용적.
V4는 제2반응기의 반응액이 점하는 내용적임)
상기 식 (D)의 조건으로 유지 시키면서 연속 괴상 중합시키는 단계;
(3)제2반응기로부터 생성된 중합물로부터 미반응 단량체를 제거시킨후, 평균분자량이 29만-37만이고 인장 강도가 550-590Kg/㎠ 이며 성형 작업성(Cycle Time)은 50-55초인 펠렛 형태의 최종 수지를 수득하는 단계;
로 구성된 것을 특징으로 하는 고강성 열가소성 수지의 제조방법으로서, 본 발명으로 수득되는 최종 수지는 생산성, 유동성 및 강성이 향상되어 가전 제품 용기, 이축 연신 폴리스티렌, 사무기기의 부품등의 제조에 유용하다.

Description

성형 작업성이 우수한 고강성 열가소성 수지의 제조방법{PROCESS OF HIGH TENSILE STRENGTH THERMOPLASTIC MATERIAL WITH GOOD MOLDING PRODUCTIVITY}
본 발명은 성형 작업성이 우수한 고강성 열가소성 수지의 제조방법에 관한것으로서, 더욱 상세하게는 열가소성 수지 제조과정중 제1반응기의 반응조건을 조절하면서 디비닐벤젠(DIVINYL BENZENE)을 투입하고, 제2반응기에서는 고온으로 유지시키고 반응율을 증가시킬 수 있도록 반응 조건을 조절하면서 연속 괴상 중합법에 의해 고형분(폴리스티렌) 함량이 일정범위이고 분자량이 특정범위에 해당하는 열가소성 수지를 제조함으로써, 성형 작업성이 우수한 고강성 열가소성 수지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
미국, 일본 특허에서는 a)반응기의 수가 많고 b)제조공정이 용액중합으로 진행되며 c)원료용액을 모두 하나의 반응기에 투입시킨후 중합하여 성형 작업성이 우수한 고강성 열가소성 수지인 폴리스티렌을 제조하는 기술을 제시하고 있다.
그러나 이 경우에는 분자량이 높은 고강성 폴리스티렌을 얻을 수는 있지만 유동성이 저하될 뿐만 아니라, 반응기의 수가 많아 생산성이 떨어지고, 품종 교체시 불량 발생률이 높아지는 단점이 있다.
또한 용제(EB, MEK)를 사용하는 용액 중합으로 반응이 이루어지기 때문에, 투명성을 제일의 우수 조건으로 삼고 있는 폴리스티렌 제품의 품질이 저하되는 단점이 있다. 따라서 상술한 단점들을 해결하기 위한 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상술한 단점을 해결하기 위하여, 도 1에 도시한 바와 같이반응기를 2개로 분리시키고 각각의 반응기를 최적의 조건으로 유지시킴으로써 성형 작업성이 우수한 고강성 열가소성 수지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
즉 본 발명은
(1)제1반응기에서, 반응기내 조건을
F1= F2+ F3--------------- (A)
F2÷ F1= 0.86 --------------- (B)
2.5 ≤ (V2÷F2) ≤ 3.0 --------------- (C)
(상기 식에서 F1은 스티렌 단량체가 반응기로 투입되는 전체유량,
F2는 스티렌 단량체가 제1반응기로 투입되는 전체유량,
F3는 스티렌 단량체가 제2반응기로 투입되는 전체유량,
V1은 제1반응기에서 반응기 내용적,
V2는 제1반응기에서 반응액이 점하는 내용적임.)
상기 식 (A)∼(C)으로 유지 시키면서 연속 괴상 중합시키는 단계;
(2)제2반응기에서, 반응기내 조건을
2.0 ≤ V3/V4≤ 2.7 ---------------- (D)
(삭기 식에서 V3는 제2반응기에서 반응기의 내용적.
V4는 제2반응기의 반응액이 점하는 내용적임)
상기 식 (D)의 조건으로 유지 시키면서 연속 괴상 중합시키는 단계;
(3)제2반응기로부터 생성된 중합물로부터 미반응 단량체를 제거시킨후, 평균분자량이 29만-37만이고 인장 강도가 550-590Kg/㎠ 이며 성형 작업성(Cycle Time)은 50-55초인 펠렛 형태의 최종 수지를 수득하는 단계;
로 구성된 것을 특징으로 하는 고강성 열가소성 수지의 제조방법을 제공하는 것이다.
제1도는 본 발명에 의한 연속상 괴상 중합 장치의 개념도이다.
* 도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명 *
F1: 스티렌 단량체가 제1, 제2반응기로 투입되는 전체유량
F2: 스티렌 단량체가 제1반응기로 투입되는 전체유량
F3: 스티렌 단량체가 제2반응기로 투입되는 전체유량
V4: 제1반응기의 반응기 내용적
V4: 제1반응기에서 반응액이 점하는 내용적
V4: 제2반응기의 반응기 내용적
V4: 제2반응기에서 반응액이 점하는 내용적
이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선 제1반응기 및 제2반응기에서는 스티렌 단량체가 저장된 탱크로부터 스티렌 단량체를 연속적으로 공급받는다. 본 발명에서 사용될 수 있는 스티렌 단량체는 스티렌, α-에틸스티렌 및 α-메틸스티렌과 같은 옆사슬 알킬치환 스티렌류, 비닐크실렌, O-t-부틸스티렌, P-t-부틸스티렌 및 P-메틸 스티렌과 같은 핵알킬 치환 스티렌류;모노클로로 스티렌, 디클로로 스티렌, 트리부로모 스티렌 및 테트라 히드로 스티렌과 같은 활로겐화스티렌, P-히드록시 스티렌 및 O-메록시 스티렌이 있는데, 일반적으로 스티렌이 가장 많이 사용되고 있다.
(1)제 1단계;
제1반응기에서는, 반응기내 조건을 하기 식과 같이 유지시키면서 연속 과상 중합시킨다.
F1= F2+ F3--------------- (A)
F2÷ F1= 0.86 --------------- (B)
2.5 ≤ (V2÷F2) ≤ 3.0 --------------- (C)
(상기 식에서 F1은 스티렌 단량체가 반응기로 투입되는 전체유량,
F2는 스티렌 단량체가 제1반응기로 투입되는 전체유량,
F3는 스티렌 단량체가 제2반응기로 투입되는 전체유량,
V1은 제1반응기에서 반응기 내용적,
V2는 제1반응기에서 반응액이 점하는 내용적임.)
상기 제 1단계에서는 제1반응기의 교반기 회전수는 30회/분로 조절하며, 온도는 120-140℃로 유지시키면서 연속 괴상 중합을 진행시키며, 이때 투입되는 디비닐벤젠의 바람직한 투입양은 0.02-0.07중량%이다.
상기에서 F2/F1=0.86의 값을 벗어나면 제1,제2반응기의 중합률 조절이 어려울 뿐만 아니라, 반응온도, 체류 시간등의 조절에 문제가 발생한다.
상기에서 (V2÷F2) > 3.0이면 점도가 지나치게 높아져 교반기의 부하가 증가하여 운전이 어려울뿐만 아니라, 비상 상황 발생시 대처할 수 있는 시간이 부족해져서 위험하다.
상기에서 V1/V2< 2.5이면 원하는 고형분을 얻을 수 없으며 분자량이 저하되어 원하는 수지를 얻을 수 없다.
제1반응기에서 F2/F1=0.86, 2.5≤(V2÷F2)≤3.0, F1=F2+F3로 유지시키는 이유는 용제를 사용하지 않는 연속 괴상 중합에서 원할한 반응물의 이송과 평균분자량29만∼37만의 고강성 고분자량의 수지를 얻기 위해서이다.
제1반응기에서 디비닐벤젠의 투입량이 0.02중량% 미만이면 유동성과 분자량이 동시에 저하되어 성형 작업성이 떨어지며 고강성의 수지를 얻을 수 없으며, 0.07중량%를 초과하면 분자량이 너무 커져서 교반기의 부하가 증가하여 운전이 어려울뿐만 아니라, 반응물의 점도가 상승하여 이송이 어려워져서 공정의 안정도를 유지시킬 수 없다.
디비닐벤젠의 연속 투입비율을 0.02-0.07중량%로 유지시키는 이유는 분자량을 상승시킬 수 있으면서 생산성을 높게 유지하여 생산원가 절감을 달성할 수 있으며 성형 작업성이 우수한 고강성 열가소성 수지를 제조하기 위해서이다.
(2)제 2단계;
제1반응기에서 반응을 진행시킨 중합물을 제2반응기로 연속적으로 공급하여 연속 괴상 중합을 진행시킨다.
즉, 제2반응기에서는 반응기내 조건을 하기 식(D)의 조건으로 유지시키면서 연속 괴상 중합시킨다.
2.0 ≤ V3/V4≤ 2.7 ---------------- (D)
(삭기 식에서 V3는 제2반응기에서 반응기의 내용적.
V4는 제2반응기의 반응액이 점하는 내용적임)
상기에서는 반응기의 회전수는 20회/분으로 고정시키고 온도는 160-180℃로 유지시키면서 고형분이 65-85중량%가 되도록 연속 괴상 중합을 진행시킨다.
상기에서 V3/V4>2.7이면 고형분의 함량이 감소되어 생산성이 떨어지고 운전이 어려워지며, V3/V4<2.0이면 저분자량의 고형분의 생성이 증가되어 고강성 수지를 얻을 수 없으며 발열량이 증가하여 중합 온도 조절이 어려워진다.
상기에서 온도가 160℃미만이면 생산성이 감소되며, 180℃를 초과하면 고분자량의 고형분의 생성이 감소되어 원하는 고강성 수지를 얻을 수 없다.
제 2반응기에서 2.0≤V3/V4≤2.7, F=F2+F3, 160-180℃를 유지시키는 이유는 생산성을 높임과 동시에 고분자량의 폴리스티렌을 얻기 위해서이다.
제1반응기 또는 제2반응기에서는 분자량 조절제와 같은 기타의 첨가제를 첨가할 수 있으며 이는 이 분야의 당업자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다. 예를들면 이형제, 대전방지제, 산화방지제등을 각각의 용도에 따라 적절히 첨가될 수 있다. 제2반응기에서 중합반응이 완료된 반응물은 승온기, 휘발조등을 거치면서 미반응 단량체를 제거시킨후 펠렛 형태로 절단된다. 이 펠렛 형태의 최종의 수지 제조물은 평균분자량이 29만-37만이고, 인장강도는 550-590Kg/㎠ 이며 성형작업성(Cycle Time)은 50-55초인 것이 바람직하다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 구체화 할 것이며, 다음의 실시예는 어디까지나 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기재된 것이지 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
제1반응기에서 중합은 반응기의 내용적을 V1, 반응액이 점하는 내용적을 V2, 원료용액(스티렌 단량체)이 제1반응기에 투입되는 유량을 F2, 제2반응기에 투입되는 유량을 F3,원료용액이 제1, 제2반응기에 투입되는 전체유량을 F1으로 했을때 (F2÷F1)=0.86, (V2÷F2)=2.7, F1=F2+F3조절하였다.
여기에 0.04중량%의 디비닐벤젠을 연속 투입한다.
이때 교반기 회전수를 30회/분으로, 중합온도를 125℃로 연속 괴상 중합을 한다.
제1반응기의 중합물을 제1반응기의 공급유량과 동일하게 제2반응기로 연속 공급한후 제2반응기에서 반응기의 내용적을 V3, 반응액이 점하는 내용적을 V4, 원료용액(스티렌 단량체)이 제2반응기에 투입되는 유량을 F3로 했을때 V3/V4=2.3, F1=F2+F3로 유지시켰다. 반응기의 교반 회전수는 20회/분으로 고정시키고 반응 온도는 170℃로 유지시켰다.
제2반응기에서는 이형제(ZN-ST)가 최종 펠레트내 500PPM이 되도록 별도의 탱크에서 스티렌 단량체에 5중량% 농도로 용해시킨후 연속 투입했다.
제2반응기에서 얻어진 최종 중합물을 탈휘공정으로 연속 공급한후 240℃까지 승온시켜 미반응 단량체등 휘발성분을 제거시킨후 펠렛 형태로 제조하였다.
이 실시예에서 얻어진 펠렛 형태의 수지에 대해서 분자량 및 인장 강도를 측정하고 상기 수지를 사출기에 적용하여 사출을 진행하면서 1회 사출시의 작업성(CYCLE TIME)을 비교하였다.
실시예 2
디비닐벤젠의 투입농도를 0.06wt%로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 시행하였다.
실시예 3
제1반응기의 체류시간을 조절하여 제1반응기의 내용적(V1) 및 스티렌 단량체가 제1반응기에 투입되는 전체유량(F2)을 변경시켜 (V2÷F2)=3.0으로 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일 방법으로 시행하였다.
실시예 4
제2반응기의 체류시간을 조절하여 제2반응기의 내용적(V3) 및 제2반응기의 반응액이 점하는 내용적(V4)을 변경시켜 V3/V4=2.7로 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 시행하였다.
실시예 5
제2반응기의 온도를 177℃로 조절한 것 외에는 실시예1과 동일한 방법으로 시행하였다.
실시예 1∼5에 대한 작업조건 및 물성 평가 결과를 표1에 나타내었다.
비교예 1
디비닐벤젠의 투입농도를 0.01중량%로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 시행하였다.
비교예 2
디비닐벤젠의 투입농도를 0.08중량%로 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 시행하였다.
비교예 3
체류시간을 조절하여 제1반응기의 내용적(V1) 및 스티렌 단량체가 제1반응기로 투입되는 전체유량(F2)의 비율을 변경하여 (V2÷F2)=3.3으로 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일방법으로 시행하였다.
비교예 4
제2반응기의 체류시간을 조절하여 제2반응기의 내용적(V3) 및 제2반응기의 반응액이 점하는 내용적(V4)을 변경하여 V3/V4=1.5로 하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 시행하였다.
비교예 5
제2반응기의 온도를 185℃로 조절한 것 외에는 실시예1과 동일한 방법으로 시행하였다.
비교예1-5에 대한 작업조건 및 물성 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
작업 조건 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
제 1 반응기에서 반응액이 점하는 내용적/스티렌 단량체가 제 1 반응기에 투입되는 유량(V2/F2) 2.7 2.7 3.0 2.7 2.7
디비닐벤젠의 투입유량(중량%) 0.04 0.06 0.04 0.04 0.04
제 2 반응기의 내용적/제2반응기의 점하는용적(V3/V4) 2.3 2.3 2.3 2.7 2.3
제 2 반응기의 온도(℃) 170 170 170 170 177
평 가 평균분자량 (Mw/1,000) 340 385 350 320 330
인장강도 (kg/㎠) 560 590 580 560 570
Cycle Time(Sec.) 50 55 48 48 50
작업 조건 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
제 1 반응기에서 반응액이 점하는 내용적/스티렌 단량체가 제 1 반응기에 투입되는 유량(V2/F2) 2.7 2.7 3.3 2.7 2.7
디비닐벤젠의 투입유량(중량%) 0.01 0.08 0.04 0.04 0.04
제 2 반응기의 내용적/제2반응기의 점하는용적(V3/V4) 2.3 2.3 2.3 1.5 2.3
제 2 반응기의 온도(℃) 170 170 170 170 185
평 가 평균분자량 (Mw/1,000) 280 420 400 410 275
인장강도 (kg/㎠) 520 600 590 590 515
Cycle Time(Sec.) 55 62 60 63 52
[물성 평가 방법]
본 발명의 실시예 및 비교실시예에서 나타난 물성은 다음의 방법에 의하여 측정하였다.
*인장강도 : ASTM D638에 의하여 측정하였다.(속도:20MM/MIN)
*성형 작업성(CYCLE TIME) : 6.0 OZ 동신유압 사출기에 의하여 측정하였다.
*분자량 : 최종 펠레트중 시료 5㎎을 채취하여 THF 5㎖를 혼합하여 SHAKER에 놓고 30분간 흔들어 완전히 용해한 후 이 용액을 SPECTRA-PHYSICS ANALYTICAL사의 GEL PERMEATION CHROMATOGRAPH에 의하여 측정하였다.
상기 실시예 및 표 1의 결과를 통하여 확인되는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법은 일정 비율의 디비닐벤젠을 투입하고 반응기를 2개로 분리시켜 각각 반응기의 작업 조건을 유지시키면서 연속 괴상 중합시킨 결과 최종 수지의 생산성, 유동성 및 강성이 향상된 이점을 갖는다.

Claims (3)

  1. (1)제1반응기에서, 반응기내 조건을
    F1= F2+ F3--------------- (A)
    F2÷ F1= 0.86 --------------- (B)
    2.5 ≤ (V2÷F2) ≤ 3.0 --------------- (C)
    (상기 식에서 F1은 스티렌 단량체가 반응기로 투입되는 전체유량,
    F2는 스티렌 단량체가 제1반응기로 투입되는 전체유량,
    F3는 스티렌 단량체가 제2반응기로 투입되는 전체유량,
    V1은 제1반응기에서 반응기 내용적,
    V2는 제1반응기에서 반응액이 점하는 내용적임.)
    상기 식 (A)∼(C)으로 유지 시키면서 연속 괴상 중합시키는 단계;
    (2)제2반응기에서, 반응기내 조건을
    2.0 ≤ V3/V4≤ 2.7 ---------------- (D)
    (삭기 식에서 V3는 제2반응기에서 반응기의 내용적.
    V4는 제2반응기의 반응액이 점하는 내용적임)
    상기 식 (D)의 조건으로 유지 시키면서 연속 괴상 중합시키는 단계;
    (3)제2반응기로부터 생성된 중합물로부터 미반응 단량체를 제거시킨후, 평균분자량이 29만-37만이고 인장 강도가 550-590Kg/㎠ 이며 성형 작업성(Cycle Time)은 50-55초인 펠렛 형태의 최종 수지를 수득하는 단계
    로 구성된 것을 특징으로 하는 고강성 열가소성 수지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1반응기에 0.02-0.07중량%의 디비닐벤젠을 연속 투입하는 것을 특징으로하는 고강성 열가소성 수지의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 제1반응기의 온도를 120-140℃로 하고 제2반응기의 온도를 160∼180℃로 하여 중합시키는 것을 특징으로 하는 고강성 열가소성 수지의 제조방법.
KR1019990061697A 1999-12-24 1999-12-24 성형 작업성이 우수한 고강성 열가소성 수지의 제조방법 KR100558253B1 (ko)

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