KR20040091624A - 퍼옥시이탄산 디알킬 용액의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염화비닐을 수성현탁 중합하는데 특히 적합한 단쇄 알킬을 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬 용액을 제조하는 이단계 방법에 관한 것이다. 이 방법에 따라서, 퍼옥시이탄산염의 제조단계(제일단계)에서 무기염을 사용하고 이를 불수용성 용매에 의한 추출(제이단계)에 의하여 계속하여 단리시킨다.
Description
염화비닐의 수성현탁 중합을 개시하는데 퍼옥시이탄산 디알킬을 사용하는 것은 알려져 있다. 디에틸과 디이소프로필 퍼옥시이탄산염과 같은 단쇄 알킬을 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬은 이들이 염화비닐 중합의 보통온도에서 높은 활성을 갖기 때문에 특별하게 인식되는 개시체를 구성한다. 그러나, 이들은 순수상태로 저장할 때, 매우 심각한 장애를 나타내기 때문에 불안정한 결점을 갖는다.
이러한 결점을 극복하기 위하여, 예를 들어 염화비닐에 용해된 할로포름산 알킬을 알칼리성 물에 용해된 과산화 수소와 같은 과산화 화합물과 반응시켜서 중합반응기("원위치에")에서 이들 퍼옥시이탄산염을 제조하는 것이 이미 제안되었다. 이러한 개시체의 "원위치" 제조방법은 중합반응기에 개시체를 자동으로 공급하지 못한다. 더불어, 이는 재생성(중합에 실제로 주입되는 개시체 양에 관한 정확도의 결점)과 생산효율(개시체의 "원위치" 합성에 각 중합주기의 선행이 필요)에 결합이 있다.
또한 중합반응기("타위치") 외부에서 중합하기 직전에 정확하게 필요되는 퍼옥시이탄산 디알킬의 양을 제조하는 것이 제안되었다.
이 제조는 펜탄 또는 헥산과 같은, 100℃ 이하의 비점을 바람직하게 갖는 물-혼화 휘발성 용매와 물의 존재하에서 할로포름산 알킬을 과산화 화합물과 반응시켜서 행한다. 여기서 얻은 개시체 용액은 전부(유기상과 수성상) 중합시에 연속 충전되는 중합반응기에 주입된다(솔베이 앤드 시에 명의의 영국특허 1 484 675). 이 방법은 개시체를 반응기에 자동으로 공급하지만 중합 직전에 충분하고 정확한 양의 개시체를 제조하는 것이 필요하다. 그외 예를 들어, 중합반응 속도를 개량하기 위하여 지연된 퍼옥시이탄산 디알킬의 주입에 유익한 방법이 제공되지 못했다. 더우기, 이는 상기 "원위치" 제조방법에 있어, 변환후 여러가지 "파쉬아이"를 함유하는 마무리된 물품을 가져오는 염화비닐 중합체를 생성시킨다.
본 발명은 단쇄 알킬을 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬 용액의 제조방법에 관한 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 염화비닐의 수성현탁 중합에 사용하는데 특히 적합한 퍼옥시이탄산 디알킬 용액을 제조하는 개량된 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 단쇄 알킬을 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬의 용액은 필수적으로 퍼옥시이탄산 디알킬과 용매(알칸디카르복실산 디알킬)로 구성된다. 그러므로, 이는 예를 들어 단량체와 같은 다른 중합성분에서 유리된다.
본 발명에 따른 액체이고 불수용성인 알칸디카르복실산 디알킬(이후 간단하게 "에스테르"라 한다)은 정상조건, 즉 상온과 대기압에서 액체이고 불수용성인 에스테르를 나타낸다.
일반적으로 액체 및 불수용성인 본 발명에 따른 에스테르는 100℃ 이상의 비점(정상조건 하에서)을 가지며, 대부분의 경우 이는 150℃ 이상이다.
에스테르의 예를 들면, C4-C10알칸디카르복실산에서와 C2-C12알칸올(선형 또는 분지형 포화지방족 알코올)에서 유도된 상술한 액체이고 불수용성인 에스테르가 있다. 이들을 예를 들면 디에틸과 디부틸 부탄디카르복실산염(석신산염), 디이소부틸과 디에틸헥실 헥산디카르복실산염(아디프산염), 디에틸과 디부틸 옥탄디카르복실산염(수베르산염) 및 디부틸, 디에틸부틸과 디에틸헥실 데칸디카르복실산염(세바크산염)이 있다.
중합에 사용되는 단쇄알킬을 갖는 본 발명에 따른 디알킬 퍼옥시이탄산 디알킬 용액은 저온(10℃ 이하)에서 위험없이 저장할 수 있고 이것은 활성의 아무런 손실 없이 수시간 동안 저장할 수 있다. 따라서, 이들은 여러 반응기에 공급하거나 또는 동일한 반응기에서 여러 중합주기에 공급하도록 충분한 양으로 계속 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 단쇄알킬을 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬은 알키기가 2 또는 3개의 탄소원자를 갖고, 에틸, 프로필 또는 이소프로필기 특히 에틸과 이소프로필기를 나타내는 퍼옥시이탄산염을 뜻한다. 특히 매우 바람직한 퍼옥시이탄산염은 퍼옥시이탄산 디에틸이다.
본 발명에 따른 디에틸 또는 디이소프로필 퍼옥시이탄산염은 아디프산에서와 C6-C10알칸올에서 유도된 헥산 디카르복실산염(아디프산염)의 용액형태로사용된다.
또한, 유기용액에서 퍼옥시이탄산 디알킬은 중합시작 후(늦게) 전체적으로 또는 부분적으로 주입할 수 있다. 단쇄 알킬을 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬의 부분을 늦게 사용하면 중합반응 속도를 개량하거나 또는 양호한 열 안정성을 나타내는 낮은 K값을 갖는 수지(이는 상승된 온도에서 생성된다)를 생성시키는 장점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 염화비닐의 수성현탁 중합에 사용할 수 있는 (특히 적합한) 단쇄 알킬을 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬 용액을 이단계로 제조하는 개량된 방법에 관한 것이다.
본 방법에 따라, 제일단계에서, 단쇄 알킬을 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬(상기한 바와 같은 것)은 수성 반응매체의 밀도를 증가시키는데 충분한 양으로 무기염의 존재하에 물에서 적당량의 할로포름산 알킬을 무기 과산화물과 반응시켜서 제조하고, 제 2 단계에서, 제조된 퍼옥시이탄산 디알킬을 수용성 용매에 의한 추출에 의하여 단리시켜서 이 용매에서 퍼옥시이탄산 디알킬 용액을 제조한다.
무기염은 최소한 1.05의 값으로 특히 최소한 1.10의 값으로 수성반응 매체의 밀도를 가져오는데 충분한 양으로 사용하는 것이 유리하다. 더우기, 무기염의 양을 적당하게 채택하여 수성반응 매체의 염포화 농도를 초과하지 않도록 해야한다.
퍼옥시이탄산 디알킬의 제조단계에 사용된 염의 성질은 특별히 한정되어 있는 것은 아니다. 원칙적으로 퍼옥시이탄산 디알킬의 형성반응에 간섭하지 않고 반응조건 하에 침전하지 않는 무기염이 적합하다. 예를 들면, 할로겐화물은 이러한 염이 비제한적은 예로서 언급되는 바와 같이, 특히 알카리 및 알카리 토류금속 염화물이 있다. 알카리 금속 염화물을 사용하는 것이 바람직하며, 특히 염화나트륨을 사용하는 것이 유리하다.
조밀한 수성매체에서 퍼옥시이탄산염의 제조를 행하는 것은 결과적으로 용액에서 퍼옥시이탄산염의 단리효능을 개량하는 것이다.
제일단계의 필수적인 특징은 수성반응 상의 밀도를 증가시키는데 충분한 양으로 무기염을 사용하는 것이다.
대부분의 경우, 반응온도는 -10℃ 내지 10℃ 사이에 있는 값이다. 퍼옥시이탄산염의 제조는 일반적으로 수분의 반응 후에 완료되며; 반응기간은 일반적으로 10분을 초과하지 않고 대부분의 경우 5분을 초과하지 않는다.
할로포름산 알킬은 대체로 클로로포름메이트가 유리하다. 무기 과산화물은 대체로 칼슘 또는 나트륨 과산화물 또는 수성 과산화 수소이다. 후자의 경우에, 수산화칼슘 또는 수산화나트륨과 같은 염기를 수성반응 매체에 주입하는 것이 적합하다.
특히, 염기로서 수산화나트륨(이는 부산물로 염화나트륨의 형성을 유도한다)의 존재하에 과산화나트륨 또는 과산화수소와 클로로포름산 알킬을 사용하는 것이 유리하고, 더우기 수성 상을 조밀하게 하는데 무기염으로서 염화나트륨을 사용하는 것이 유리하다. 이 경우에 연속회수된 염수성 상(추출에 의하여 퍼옥시이탄산 디알킬 용액의 단리 후)은 결점없이 재순환(임의로 희석한 후)하여 새로운 양의 퍼옥시이탄산 디알킬 용액을 제조할 수 있다.
이 공정은 수성상을 조밀화하는데 사용하는 무기염을 실제적으로 감소시키고퍼옥시이탄산 디알킬의 제조 후 염 수성상의 제거에 관련되는 주변환경 문제를 감소시키거나 제거하는 두가지 장점을 갖는다.
퍼옥시이탄산 디알킬의 추출의 제이단계에 사용된 수용성 용매의 성질은 특별히 한정되어 있지 않다. 상온과 대기압에서 불수용성인 용매, 특히 이들 조건에서 물에서 용해도가 0.5 g/ℓ 이하, 특히 0.3 g/ℓ 이하인 용매를 나타낸다.
퍼옥시이탄산 디알킬을 추출하는데 사용할 수 있는 용매의 비제한적 예를 들면, 폴리염화비닐의 통상적인 가소제에서 선택한 불수용성 유기 화합물이 있다. 언급된 이러한 용매의 비제한적인 예를 들면, 방향족 폴리카르복실산(디부틸 또는 디에틸헥실 프탈산염과 같은 것), 에폭시카르복실산 알킬(에폭시스테아르산 옥틸 같은 것), 에폭시화 오일(에폭시화 대두유 같은 것) 또는 염화비닐의 수성현탁 중합에 사용된 퍼옥시이탄산 디알킬용액의 설명배경으로 상기에서 정의한 알칸디카르복실산 디알킬의 에스테르가 있다.
특히 이는 1 이하 바람직하기로는 0.95 이하의 상대밀도를 갖는 것이 유리하다.
특히 바람직한 용매는 C4-C8알칸디카르복실산에서와 C6-C10알칸올에서 유도된 알칸디카르복실산 디알킬에서 선택하는 것이 바람직하다. 특히 매우 바람직한 용매는 아디프산에서와 C6-C10알칸올에서 유도된 헥산디카르복실산염(아디프산염)에서 선택하는 것이다. 우수한 결과는 아디프산 디에틸헥실(대기압에서 비점: 214℃, 상온에서 수용성: 0.2 g/ℓ, 밀도: 0.9222)로 얻는다.
추출에 사용된 용매는 한정되어 있지 않다. 이는 특히 선택된 용매에서 퍼옥시이탄산 디알킬의 용해도에 따름을 알 수 있다. 이 양은 퍼옥시이탄산 디알킬 용액의 최종 농도가 약 15∼40 중량%, 특히 25∼35 중량%가 되도록 하는 것이 유리하다.
퍼옥시이탄산 디알킬 용액 제조의 제이단계, 즉 제일단계에서 제조된 퍼옥시이탄산 디알킬의 추출에 의한 단리는 공지되어 있는 적합한 방법으로 행한다.
추출용매는 퍼옥시이탄산 디알킬의 제조반응이 종료된 후 수성반응 혼합물에 첨가하는 것이 유리하고, 상을 안정되도록 하여 상청액 유기상을 수성반응 상과 분리하여 순수한 퍼옥시이탄산염 용액을 회수한다.
퍼옥시이탄산염의 형성반응 말기후에만 추출용매를 수성반응 혼합물에 첨가하는 것이 필수적이다. 실제, 용매가 반응 초기에 존재하면, 이의 존재는 반응을 완만하게 하고 최종적으로 생성된 퍼옥시이탄산염 용액의 순도에 영향을 미치는 효과를 갖는다. 그러므로, 실제 용매를 첨가하면 반응 시작 약 5분 후 가장 일찍 일어난다.
특히 매우 바람직하고 유리한 구성에 따라서, 15∼40 중량%의 퍼옥시이탄산 디알킬을 함유하는 단쇄 알킬(디에틸, 디프로필 또는 디이소프로필과 같은 것)을 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬 용액은, 제조방법의 제일단계에서 수성 상의 밀도를 증가시키기 위하여 무기염으로 염화나트륨을 사용하고, 제이단계에서 퍼옥시이탄산 디알킬 용액을 생성시키는 추출용매로서 C6-C10-아디프산 알칸올, 특히 아디프산 디에틸헥실을 사용하여 제조한다.
본 발명에 따른 퍼옥시이탄산 디알킬의 제조방법은 저장시에 순수하고 안정한 용액을 고수율로 제공한다. 이들 용액은 위험 없이 운반할 수 있고 도관에서 침적문제를 일으키지 않는다.
다음 실시예는 본 발명을 예시한 것이다.
실시예 1
퍼옥시이탄산 디에틸 용액의 제조
10℃ 이하로 냉각된 1000ℓ의 교반되는 반응기에 5℃로 사전 냉각된 180g/kg (이는 510kg의 탈염수와 112kg의 NaCl 이다)을 함유하는 622kg의 염화나트륨 수용액을 주입한다. 다음 350 g/kg을 함유하는 20.4kg의 클로로포름산 에틸과 8.5kg의 과산화수소를 연속적으로 주입하고, 끝으로 200 g/kg을 함유하는 36.1ℓ의 수산화나트륨 수용액을 매우 서서히 주입하여 10℃ 이하의 온도로 유지한다. 수성반응 혼합물의 밀도는 1.11로 된다. NaOH 용액의 주입이 끝난 후 34.5kg의 아디프산 디에틸헥실을 주입하고, 5℃로 미리 냉각시킨다. 반응혼합물을 15분 동안 교반시키고 5℃로 냉각시킨 후, 교반을 중지한다. 수성상(조밀한 상)을 안정시킨 후 분별한 다음 유기상을 회수한다. 이렇게 제조된 아디프산 디에틸헥실에 용해시킨 퍼옥시이탄산 디에틸 용액은 5℃에서 저장한다. 이의 퍼옥시이탄산 디에틸 함량(분석에 의하여 측정)은 287 g/kg이다.
Claims (7)
- 제일단계에서, 수성반응 혼합물의 밀도를 증가시키는데 충분한 양으로 첨가된 무기염의 존재하에 할로포름산 알킬을 무기 과산화물과 반응시켜서 알킬기가 2 또는 3개의 탄소원자를 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬을 제조하고, 제이단계에서 상기 제조된 퍼옥시이탄산 디알킬을 불수용성 용매에 의한 추출에 의하여 단리하여 이 용매에 용해한 퍼옥시이탄산 디알킬 용액을 생성시킴을 특징으로 하는, 알킬기가 2 또는 3개의 탄소원자를 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬 용액의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 수성반응 매체의 밀도를 최소한 1.05의 값이 되도록 하는데 충분한 양으로 무기염을 사용함을 특징으로 하는 알킬기가 2 또는 3개의 탄소원자를 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬 용액의 제조방법.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 무기염이 염화나트륨임을 특징으로 하는 알킬기가 2 또는 3개의 탄소원자를 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬 용액의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 불수용성 용매를 통상의 폴리염화비닐용 가소제에서 선택하는 불수용성 유기 화합물에서 선택함을 특징으로 하는 알킬기가 2 또는 3개의 탄소원자를 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬 용액의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서, 불수용성 용매를 C4-C8알칸디카르복실산에서와 C6-C10알칸올에서 유도된 알칸디카르복실산 디알킬에서 선택함을 특징으로 하는 알킬기가 2 또는 3개의 탄소원자를 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬 용액의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 불수용성 용매를 아디프산에서와 C6-C10알칸올에서 유도된 헥산디카르복실산염(아디프산염)에서 선택함을 특징으로 하는 알킬기가 2 또는 3개의 탄소원자를 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬 용액의 제조방법.
- 제일단계에서, 수성 반응혼합물의 밀도를 증가시키는데 충분한 양의 무기염의 존재 하에 할로포름산 알킬을 무기 과산화물과 반응시켜서, 알킬기가 2 또는 3개의 탄소원자를 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬을 제조하고 제이단계에서, 통상의 폴리염화비닐용 가소제에서 선택한 불수용성 유기 화합물에서 선택한 불수용성 용매로 상기 제조된 퍼옥시이탄산 디알킬을 추출하여 단리시켜서 이 용매에 용해한 퍼옥시이탄산 디알킬 용액을 생성시킴을 특징으로 하는 알킬기가 2 또는 3개의 탄소원자를 갖는 퍼옥시이탄산 디알킬 용액의 제조방법.
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