KR20090093962A - 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체를 저장, 수송, 및 사용하기 위해 경질이고 큰 형태로 전환하는 방법 - Google Patents

브롬화 음이온성 스티렌계 중합체를 저장, 수송, 및 사용하기 위해 경질이고 큰 형태로 전환하는 방법

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KR20090093962A
KR20090093962A KR1020097010822A KR20097010822A KR20090093962A KR 20090093962 A KR20090093962 A KR 20090093962A KR 1020097010822 A KR1020097010822 A KR 1020097010822A KR 20097010822 A KR20097010822 A KR 20097010822A KR 20090093962 A KR20090093962 A KR 20090093962A
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존 에프 발호프
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알베마를 코포레이션
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Abstract

본 발명은 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 과립/파스틸을 제조하고 제공한다. 그것은 냉각된 이동형 평면 부재에 근접한 매니폴드 또는 노즐에서 오리피스로부터 하향의 플러그 플로우를 형성하여 제조된다. 상기 부재는 냉각액에 대해 불투과성이다. 오리피스의 최저점과 평면 부재 사이에 간격이 존재한다. 용융된 중합체의 플러그의 일부는 (i) 상기 간격을 연결하거나, (ii) 오리피스로부터 자유롭게 떨어지고, 평면 부재를 따라 흘러내리며, 어떤 경우에서나 평면 부재 상에 개별 과립/파스틸을 형성하고, 거기에서 응고된다. 이동형 부재는 평면 부재의 아랫면에 적용되는 냉각액의 분무 또는 분사에 의해 냉각된다. 상기 과립/파스틸은 우수한 특성을 지닌다.

Description

브롬화 음이온성 스티렌계 중합체를 저장, 수송, 및 사용하기 위해 경질이고 큰 형태로 전환하는 방법 {CONVERTING BROMINATED ANIONIC STYRENIC POLYMER INTO HARDER AND LARGER FORM FOR STORAGE, SHIPMENT, AND USE}
본 발명은 순수한 브롬화 음이온성 폴리스티렌과 같은 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 새로운 형태에 관한 것이다. 본 발명은 또한 순수한 브롬화 음이온성 폴리스티렌과 같은 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 상기 새로운 형태를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 새로운 형태는 파스틸 (pastille), 향정 (pastil), 또는 과립으로 언급될 수 있다. 사용되는 명칭에 상관없이, 새로운 형태는 현재 시판되는 것보다 큰 크기를 갖는다는 것에 의해 특징화된다. 더욱이, 이러한 새로운 형태는 파쇄에 대한 우수한 내성을 갖는다, 즉, 그것은 높은 파쇄 강도를 갖는다. 게다가, 제조된 것은 본질적으로 먼지를 함유하지 않는다.
2005 년 12 월 15 일에 공개된 일반-소유 WIPO 공개 제 WO 2005/118245 A1 호에 명시된 바와 같이, 브롬화 음이온성 폴리스티렌과 같은 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 특징은 생성물을 펠렛화 (pelletize) 하는 경우, 상당량의 소립자 및 분말이 형성되는 경향이 있다는 것이다. 펠렛 또는 과립이 형성됨에 따라, 그의 미세 입자가 외부 결합제 등에 의해 함께 결합되지 않는 한, 소립자 및 통상적으로 "미분" 으로 언급되는 미세하게-분해된 분말로 쪼개지거나 되돌아가려는 경향이 있는 것으로 나타난다. 다양한 통상의 펠렛화 방법은 상기 특징으로 인해 미분을 본질적으로 함유하지 않는 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체를 제조하는데 적절하지 않다. 쉽게 인식될 수 있는 바와 같이, 상기 유형의 생성물 중 미분의 존재는 생성물의 외관을 불리하게 할뿐만 아니라, 더욱이 소비자에게도 바람직하지 않다.
미분을 본질적으로 함유하지 않는 순수한 펠렛화된 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체를 제조할 수 있는 방법은 WIPO 공개 제 WO 2005/118245 호에 기재되어 있다. 상기 방법은 A) 용융된 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 스트랜드 (strand) 를 형성하는 단계;
B) 상기 스트랜드를 냉각하고, 기공성 컨베이어 벨트 상에 공기를 강제로 아래로 향하게 흐르도록하여, 상기 스트랜드를 펠렛으로 쪼개는 단계;
C) 펠렛으로부터 미분을 제거하는 분립기에 상기 펠렛을 넣는 단계를 포함한다.
상기 과정을 수행하는데 있어서, 컨베이어 벨트 시스템은 공기가 벨트 상의 스트랜드 위에서 아래로 및 벨트 자체에 있는 구멍을 통해 아래로 향하도록 연속으로 흐르는, 기공성 벨트 밑에 있는 진공 장치로 제공된다. 뜨거운 중합체 스트랜드를 냉각하기 위한 물 분사 기계 장치가 위에 배치되고, 스트랜드를 냉각하는데 충분한 힘을 가하는 송풍기 (air blower) 가 아래로 향하게 배치된 컨베이어 벨트는 전형적으로 적어도 일부 스트랜드의 쪼개짐이 벨트에서 발생하도록 한다. 남아있는 쪼개지지 않은 스트랜드는 임의로, 벨트의 끝에서 빠져나온 비지지된 스트랜드에 따라 작용하는 중력으로 인해 컨베이어 벨트에 남겨지므로서, 전형적으로 적어도 일부가 쪼개진다.
상업 활동에 적절한 효과적인 방법을 수행하는 동안, 상기 방법에는 몇몇 단점이 존재한다. 그 중 하나는 컨베이어 벨트에서 뜨거운 스트랜드를 냉각시키기 위해서는 대량의 물이 필요하다는 것이다. 필요하지 않은 경우에도, 포장하기 전에 펠렛을 건조시키는 것이 바람직하고, 이는 실질적으로 작동하는데 포함되는 장치 및 작동 비용에 추가된다. 더욱이, 사용되는 방법은 평균적으로 목적한 것보다 작은 펠렛을 형성하는 경향이 있다. 그리고 더욱이, 그것은 훨씬 우수한 파쇄 강도를 갖고, 먼지를 함유하지 않거나 본질적으로 함유하지 않는 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체 생성물을 형성하는 경우 유리하다.
발명의 요약
제조하는 동안 과립 또는 파스틸을 물 또는 다른 액체와 접촉시키지 않고, 그에 따라 포장하기 전에 과립을 건조시킬 필요가 없는 바람직한 특성을 갖는, 본질적으로 먼지를 함유하지 않는 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 과립의 새로운 형태를 제조할 수 있는 방법 기술이 발견되었다. 선행 기술에 따라 제조될 수 있었던 가장 우수한 펠렛과 비교하여, 이제 보다큰 평균 입자 크기 및 증가된 파쇄 강도를 갖는 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 과립의 새로운 형태를 제조하고 제공할 수 있다. 이러한 새로운 과립은 통상적으로 고체 반구 형태를 갖는다, 즉, 그들은 통상적으로 평평하고, 원형인 평면의 최저 표면을 갖는 돔의 형태를 갖는 고체이다. 상기 형상으로 인해, 작은 조각, 먼지 등을 형성하고 깨지도록 하는 경향이 있는 표면 불규칙성 또는 돌출부는 있다고 하더라도 아주 적다.
그의 구현예 중 하나에서, 본 발명은 또한 시판되는 펠렛의 단점 모두는 아니더라도 대부분이 없는 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 새로운 과립 또는 파스틸을 제조하는 새로운 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 냉각된 이동형 평면 부재 (member) 와 근접한 노즐 또는 부재에서 하나 이상의 오리피스 (orifice) 로부터 아래로 향하는 플러그 플로우 (plug flow) 를 형성하는 것을 포함하고, 여기서, 상기 평면 부재는 냉각액에 대해 불투과성이고, 상부 및 하부 표면을 가짐에 따라 오리피스의 하부와 상기 상부 표면 사이에 간격이 존재하고, 그 결과 용융된 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 플러그의 적어도 일부는 (i) 상기 간격을 연결하고, 상기 평면 부재의 상부 표면 상에 분리된 개별 과립 또는 파스틸을 형성하거나, (ii) 오리피스의 하부로부터 자유롭게 떨어지고, 상기 평면 부재의 상부 표면을 따라 흘러내리고, 상기 이동형 평면 부재의 상부 표면 상에 개별 과립 또는 파스틸을 형성하며, 상기 이동형 평면 부재는 상기 평면 부재의 하부 표면과 접촉하는 냉각액의 분무 또는 분사에 의해 냉각된다. 바람직한 냉각액은 이동형 벨트의 상부의 아랫면에 분사 노즐에 의해 적용되는 냉각수이다.
본 발명의 다른 구현예는 통상적으로 (i) 약 50 중량% 이상 (즉, 약 50 중량% 또는 그 초과) 의 브롬 함량, (ii) 하기의 실시예 2 에 기재된 시험 방법을 사용하여 측정된, 0.2 인치 이상의 평균 입자 길이, 및 1 인치 당 40 파운드 이상, 바람직하게는 1 인치 당 45 파운드 이상의 평균 파쇄 강도를 갖는, 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 반구형 고체 과립 또는 파스틸 (바람직하게는 순수한 브롬화 폴리스티렌의 반구형 고체 과립 또는 파스틸) 이다.
본 발명의 특징 및 상기 및 다른 구현예는 다음의 설명 및 첨부된 청구범위로부터 훨씬 더 명확해질 것이다.
본 발명의 구현예의 추가 상세한 설명
본 발명의 한 구현예에 따라서, 통상적으로 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 반구형 과립 또는 파스틸을 제조하는 방법이 제공된다. 상기 구현예의 방법은 용융된 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체를 (바람직하게는, 매니폴드 또는 노즐에 대부분이 측면으로 배치된 하향 배치된 작은 오리피스를 통해) 매니폴드 (manifold) 또는 노즐에서 아래로 향하도록 배치된 하나 이상의 작은 오리피스 내로 아래로 향하도록 흐르게 하거나 주입하고, 그 결과 용융 중합체의 작은 방울이 매니폴드 또는 노즐의 아랫면으로부터 빠져나오거나 확산되는 것을 포함한다. 이러한 작은 방울은 (i) 매니폴드 또는 노즐로부터 냉각된 이동형 평면 부재의 냉각된 상부 표면에 개별적으로 흘러내리거나, 개별적으로 흘러내리도록 유도되고, 그에 따라 통상적으로는 통상의 형태로 응고된 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 반구형 과립 또는 파스틸을 형성하거나, (ii) 매니폴드 또는 노즐과 냉각된 이동형 평면 부재의 냉각된 상부 표면 사이의 작은 간격을 돌아다니고, 그에 따라 상기 매니폴드 또는 노즐로부터 상기 냉각 상부 표면 상에 통상적으로 반구형인 과립 또는 파스틸로 분리되고, 통상의 형태로 응고된다.
상기 (i) 에서, 용융된 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 작은 방울은 매니폴드 또는 노즐의 하부로부터 냉각된 이동형 평면 표면으로 자유롭게 흘러내리고, 통상적으로 반구형 고체를 형성한다는 것을 발견하였다. 상기 (ii) 의 경우에서, 작은 방울은 매니폴드 또는 노즐의 하부와 냉각된 이동형 평면 표면 사이를 연결한 다음 이동으로 인해 매니폴드 또는 노즐로부터 분리되고, 그에 따라 통상적으로 반구형 고체를 형성한다. 평면 부재 상에서 이동 기간은 본 발명의 통상적으로 반구형 고체를 평면 부재의 표면에 유지하면서, 응고시키기에 충분히 길어야만 한다.
이동형 평면 부재는 액체 냉각 유체에 대해 불투과성이고, 노즐로부터 평면 부재의 아랫면으로 통상적으로 위로 향하도록 액체 냉각 유체, 바람직하게는 냉각수를 분무 또는 분사에 의해 적용하므로서 냉각되므로, 따라서 그들로부터 열을 전달하여 과립 또는 파스틸이 냉각된다. 평면 부재는 액체-불투과성 열전도물질의 시트 형태일 수 있고, 상기 시트는 통상적으로 수평 평면, 예를 들어, 반대 직선 방향의 교대로 앞뒤, 연속 원형 경로, 또는 다른 유사한 길로 이동하도록 유도된다. 바람직하게는, 평면 부재는 액체-불투과성 열전도물질, 바람직하게는 금속 또는 금속 합금의 순환 벨트이다. 컨베이어 벨트의 방식으로 롤러에서 이동하는 물-불투과성인 유연성 스틸 벨트의 형태인 순환 벨트는 예를 들어, 적절한 열 전도성인, 액체 불투과성 순환 벨트로서 제공된다.
브롬화 음이온성 스티렌계 중합체
본 발명에 따라 새롭고, 통상적으로 반구형 형태의 중합체는 하나의, 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체 또는 하나 이상의 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 블렌드, 즉, (i) 브롬화된 하나 이상의 음이온성으로 제조된 스티렌계 동종중합체, 또는 (ii) 브롬화된 두 개 이상의 스티렌계 단량체의 하나 이상의 음이온성으로 제조된 공중합체, 또는 (iii) (i) 및 (ii) 모두이다. 상기 중합체의 브롬 함량은 약 50 중량% 이상이어야만 한다. 바람직한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체, 특별히 브롬화 음이온성 폴리스티렌은 약 60 중량% 이상의 브롬 함량을 갖고, 더욱 바람직한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체, 특별히 브롬화 음이온성 폴리스티렌은 약 64 중량% 이상의 브롬 함량을 갖는다. 더욱 바람직한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체, 특별히 브롬화 음이온성 폴리스티렌은 약 67 중량% 이상의 브롬 함량을 갖는다. 브롬화 음이온성 폴리스티렌과 같은 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 브롬 함량은 좀처럼 약 71-72 중량% 를 초과하지는 않을 것이다. 브롬 농도의 특히 바람직한 범위는 약 67 내지 약 71 이다.
본 발명의 모든 구현예에서, 본 발명의 과립 또는 파스틸을 형성하는데 사용되는 가장 바람직한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체는 순수한 브롬화 음이온성 폴리스티렌이다.
용어 "순수한" 은 과립 또는 파스틸을 제조하는 상기 방법을 수행하는 동안 또는 그에 앞서, 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체에 첨가되는 추가 성분, 예컨대, 결합제 (예를 들어, 왁스 또는 기타 중합체성 또는 올리고머성 물질), 무기염 등이 없음을 의미한다. 대신에, 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체는 그의 제조 후에 브롬화 중합체에 남아있는 잔류 불순물만을 함유한다.
당업자에게 잘 알려진 바와 같이 음이온성 스티렌계 중합체가 "리빙 중합체" 와 같이 형성되어, 다른 중합 방법으로부터 형성된 것과는 상이한 분자 말단기를 갖는다는 점에서, 음이온성 스티렌계 중합체는 자유 라디칼 촉매 또는 양이온성 촉매를 사용하여 형성된 스티렌계 중합체와는 구조적으로 상이하다.
본 발명에 따라 새로운 과립 또는 파스틸을 제조하는데 사용되는 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체를 형성하기 위해 브롬화되는 음이온성 스티렌계 중합체는 하나 이상의 음이온성 동종중합체 및/또는 하나 이상의 비닐 방향족 단량체의 음이온성 공중합체이다. 바람직한 비닐 방향족 단량체는 하기의 화학식을 갖는다:
H2C=CR-Ar
(식 중, R 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 4 의 알킬기이고, Ar 은 탄소수 6 내지 10 의 방향족기 (알킬-고리 치환된 방향족기를 포함) 임). 상기 단량체의 예는 스티렌, α-메틸스티렌, 오르토-메틸스티렌, 메타-메틸스티렌, 파라-메틸스티렌, 파라-에틸스티렌, 이소프로페닐톨루엔, 비닐나프탈렌, 이소프로페닐나프탈렌, 비닐비페닐, 비닐안트라센, 디메틸스티렌, 및 tert-부틸스티렌이다. 폴리스티렌은 바람직한 반응물이다. 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체가 두 개 이상의 비닐 방향족 단량체의 음이온성 공중합체의 브롬화에 의해 제조되는 경우, 스티렌은 단량체 중 하나이고, 상기 스티렌이 50 중량% 이상, 바람직하게는 약 80 중량% 이상의 공중합성 비닐 방향족 단량체를 포함하는 것이 바람직하다. 하나 이상의 브롬화 스티렌계 단량체의 올리고머화 또는 중합에 의해 제조된 올리고머 또는 중합체와 구별되는 바와 같이, 본원에서 사용되는 용어 "브롬화 음이온성 스티렌계 중합체" 및 "브롬화 음이온성 폴리스티렌" 은 음이온성 폴리스티렌과 같이 이전에 존재하는 음이온성 스티렌계 중합체 또는 스티렌과 하나 이상의 다른 비닐 방향족 단량체의 음이온성 공중합체의 브롬화에 의해 제조되는 브롬화 음이온성 중합체를 언급하고, 상기 올리고머 또는 중합체의 특성은 많은 양상에서 브롬화 음이온성 폴리스티렌과는 상당히 상이하다는 것을 주목해야만 한다. 또한, 단량체 (들) 중합체 (들) 에 관한 용어 "비닐방향족" 및 "스티렌계" 는 본원에서 교환가능하게 사용된다.
음이온성 스티렌계 중합체의 방향족 팬던트 성분은 알킬 치환 또는 브롬 또는 염소 원자에 의해 치환될 수 있으나, 대부분의 경우에서는 치환되지 않을 것이다. 본 발명의 실시에서 사용되는 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체를 제조하는데 사용되는 음이온성 스티렌계 중합체는 통상적으로 약 2000 내지 약 50000 의 범위의 중량 평균 분자량 (Mw), 및 1 내지 약 10 의 범위의 다분산도 (polydispersity) 를 가질 것이다. 본 발명의 실시에서 사용되는 바람직한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체는 약 3000 내지 약 10000 의 범위의 중량 평균 분자량 (Mw) 및 1 내지 약 4 의 범위의 다분산도를 갖는 음이온성 스티렌계 중합체로부터 제조되고, 이러한 범위는 가장 바람직하게는 각각 약 3500 내지 약 4500, 및 1 내지 약 4 이다.
Mw 및 다분산도 값은 모두 하기에 기재될 겔투과 크로마토그래피 (GPC) 기술을 근거로 한다.
음이온성 폴리스티렌과 같은 음이온성 스티렌계 중합체의 제조 방법은 당업계에 알려져 있고, 문헌에 보고되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 3,812,088 호; 제 4,200,713 호; 제 4,442,273 호; 제 4,883,846 호; 제 5,391,655 호; 제 5,717,040 호; 및 제 5,902,865 호를 참조하고, 그의 개시는 본원에서 참조로서 인용된다. 특별히 바람직한 방법은 2003 년 12 월 2 일에 등록된 일반-소유 미국 특허 제 6,657,028 호에 기재되어 있고, 개시된 방법은 본원에서 참조로서 인용된다.
브롬화 음이온성 스티렌계 중합체를 제조하는데 사용될 수 있는 브롬화 방법은 미국 특허 제 5,677,390 호; 제 5,686,538 호; 제 5,767,203 호; 제 5,852,131 호; 제 5,916,978 호; 및 제 6,207,765 호에 개시되어 있고, 그의 개시가 본원에서 참조로서 인용된다.
본 발명의 과립 또는 파스틸을 제조하는데 사용되는 바람직한 브롬화 음이온성 폴리스티렌의 통상적인 특성은 하기를 포함한다:
외관/형태 - 백색 분말
브롬 함량 - 67 내지 71 중량%
용융 흐름 지수 (220 ℃, 2.16 kg) - 4 내지 35 g/10 분
Tg (℃) - 162
비중 (23 ℃ 에서) - 2.2
TGA (TA 기기 모델 2950, 10°C/분. 질소 하):
1% 의 중량 손실, ℃ - 342
5% 의 중량 손실, ℃ - 360
10% 의 중량 손실, ℃ - 368
50% 의 중량 손실, ℃ - 393
90% 의 중량 손실, ℃ - 423
개시 물질로서 브롬화 음이온성 폴리스티렌과 같은 분말 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체를 사용하는 대신에, 스티렌계 중합체 브롬화 설비 시설에서 제조되는 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체 용액을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 상기 용액은 승온에서 용매를 제거하여, 브롬화 음이온성 폴리스티렌의 용융물과 같은 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 용융물을 잔류시키는 방법으로 처리된다. 상기 용융물은 본 발명의 과립 또는 파스틸을 형성하는데 사용되는 장치에 공급물로 직접적으로 사용될 수 있다.
필요하거나 바람직한 경우, 문헌에 보고된 임의의 신뢰할 만한 방법이 상기 분석 또는 특성을 측정하는데 사용될 수 있다. 임의로 불확실하거나 논의가 필요한 경우에는, 하기의 방법을 추천한다:
1) 브롬 함량 - 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체는 테트라히드로푸란 (THF)과 같은 용매에서 우수하거나 적어도 만족할만한 용해도를 갖기 때문에, 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체에 대한 브롬의 총함량을 측정하는 것은 통상의 X-선 형광 기술을 사용하여 쉽게 수행된다. 분석되는 시료는 희석된 시료, 즉, 60 mL 의 THF 중 0.1 ± 0.05 g 의 브롬화 음이온성 폴리스티렌이다. XRF 분석기는 Phillips PW1480 분석기 일 수 있다. THF 중 브로모벤젠의 표준 용액은 보정 표준으로서 사용된다.
2) 중량 평균 분자량 및 다분산도 - 음이온성 스티렌계 중합체의 Mw 값은 Waters model 510 HPLC 펌프, 및 검출기로서, Waters 굴절률 검출기, Model 410 및 정밀 광산란 검출기, Model PD2000 또는 동등한 장치를 사용하는 GPC 에 의해 수득된다. 컬럼은 Waters, Styragel, 500A, 10,000 및 100,000 A 이다. 오토샘플러는 Shimadzu, Model Sil 9A 이다. 폴리스티렌의 표준 (Mw = 185,000) 은 통상적으로는 광산란 데이타의 정확도를 검증하기 위해 사용된다. 사용되는 용매는 테트라히드로푸란, HPLC 등급이다. 사용되는 시험 방법은 10 mL 의 THF 중 0.015-0.020 g 의 시료를 용해시키는 것을 포함한다. 상기 용액의 분취액을 여과하고, 50 L 를 컬럼에 주입한다. PD 2000 광산란 검출기에 대한 정밀 검출기로 제공되는 소프트웨어를 사용하여 분리된 것을 분석한다. 기기는 중량 평균 분자량 및 또한 수 평균 분자량에 관한 결과를 제공한다. 따라서, 다분산도 값을 수득하기 위해, 중량 평균 분자량 값을 수 평균 분자량 값으로 나눈다.
과립 또는 파스틸의 제조
본 발명의 다른 구현예에서, 본 발명의 과립 또는 파스틸을 하기의 단계를 포함하는 방법으로 제조하였다:
A) 용융 중합체의 작은 방울이 매니폴드 또는 노즐의 아랫면으로부터 빠져나오고 확산되도록, 바람직하게는 매니폴드에서 대부분 측면으로 배치된 하향 배치된 작은 오리피스 또는 대부분의 노즐을 통해, 매니폴드 또는 노즐에서 아래로 향하도록 배치된 하나 이상의 작은 오리피스에 용융된 순수한 브롬화 스티렌계 중합체를 제공하거나, 상기 오리피스로 용융된 순수한 브롬화 스티렌계 중합체를 주입하는 단계, 및
B1) 작은 방울을 매니폴드 또는 노즐과 접촉시키면서 냉각액에 대해 불투과성인 냉각된 이동형 순환 스틸 컨베이어 벨트와 우선 접촉시킨 다음, 냉각액에 대해 불투과성인 냉각된 이동형 순환 스틸 컨베이어 벨트 상에 용융된 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체로부터 분리된 과립 또는 파스틸로서 작은 방울을 분리하는 단계로, 상기 벨트의 상부는 작은 방울의 하향 이동에 대해 횡방향으로 이동하고, 냉각 매질을 벨트의 상부의 아랫면에 연속으로 적용하여 (i) 작은 방울이 벨트와 접촉하고, (ii) 벨트 상에 형성된 분리된 과립 또는 파스틸이 적어도 부분적인 응고를 시작하는 영역에 도달하는 이동형 벨트의 상부의 연속 부분이 냉각 매질의 벨트 상부의 아랫면에의 상기 적용에 의해 열을 전도하여 냉각되는 단계; 또는
B2) 작은 방울이 매니폴드 또는 노즐로부터 분리되고, 냉각액에 대해 불투과성인 냉각된 이동형 순환 스틸 컨베이어 벨트에 흘러내리며, 거기에서 분리된 과립 또는 파스틸로 응고되는 단계로, 상기 벨트의 상부는 작은 방울의 하향 이동에 대해 횡방향으로 이동하고, 냉각 매질을 벨트의 상부의 아랫면에 연속으로 적용하여 (i) 작은 방울이 벨트와 접촉하고, (ii) 벨트 상에 형성된 분리된 과립 또는 파스틸이 적어도 부분적인 응고를 시작하는 영역에 도달하는 이동형 벨트의 상부의 연속 부분이 냉각 매질의 벨트 상부의 아랫면에의 상기 적용에 의해 열을 전도하여 냉각되는 단계.
하나의 상기 구현예에서, 방법은 A) 및 B1) 을 사용하여 수행된다. 즉, 상기 구현예에서 B2) 는 사용되지 않는다. 다른 상기 구현예에서, 상기 경우에서 즉, B1) 을 사용하지 않는 것을 의미하는 방법은 A) 및 B2) 를 사용하여 수행된다. A) 를 사용하는 것 이외에, B1) 및 B2) 가 교대 또는 랜덤 방식으로 발생하는 방법을 수행할 수 있다.
본 발명의 특징은 상기 방법을 실시하는데 사용될 수 있는 장치가 시판되었다는 것이다. 예를 들어, Kaiser Steel Belt Systems GmbH 는 다양한 분자량 범위의 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체를 사용하는데 적절한 장치를 제공할 수 있다. 상기 장치에 사용되는 기술로 인해, 상기 장치에 의해 제조된 과립은 통상적으로 파스틸 또는 향정으로 언급된다. 그러나, 본 발명의 목적을 위해, 본 발명의 입자는 상기 언급된 통상적으로 대체로 잘-정의된 형태를 갖기 때문에, 과립 또는 파스틸로서 고안된다.
Kaiser Steel Belt Systems 에 의해 제조된 파스틸화 장치는 이제 몇몇 상이한 작동 시스템으로 이용할 수 있다. 파스틸화 시스템 ZN 에서, 수직으로 배치된 노즐에서 작동하는 수직으로 배치된 편심 구동 니들 (needle) 은 노즐 오리피스에서 형성된 용융물 젯트로부터의 용융물의 하향 흐름을 방해한다. 방해된 흐름은 이동형 순환 열전도 벨트의 상부 표면에 근접하고, 노즐 오리피스의 최저점으로부터 벨트의 상부 표면에 대한 간격을 확장하는 경향이 있다. 벨트의 상기 움직임은 오리피스로부터 용융물을 분리하고, 따라서 벨트에서 이동하는 개별 과립 또는 파스틸을 형성한다. 과립 또는 파스틸을 이동시키는 벨트의 하부에 있는 워터 제트는 벨트를 냉각하는 물을 직접 분사하고, 거기에 배치된 과립 또는 파스틸을 간접적인 열 전도를 통해 냉각시킨다. 상기 시스템은 비교적 낮은 점도 범위를 갖는 용융물, 예를 들어, 통상적으로 시판되는 것보다 낮은 점도의 브롬화 음이온성 폴리스티렌을 사용하도록 고안된다. 파스틸화 시스템 GS 에서는 이동형 열전도 벨트 상에 용융물의 일부를 아래로 향하도록 밀어넣기 위해 실린더 및 편심 구동 피스톤을 사용하는 것을 제외하고, ZN 시스템과 동일한 원리가 사용된다. 상기 시스템은 약간 더 점성인 물질을 사용하도록 고안되었다. 그러나, 다시 통상적으로 시판되는 브롬화 음이온성 폴리스티렌의 점도는 시스템 GS 에서 쉽게 사용될 수 있는 것보다 높다. Kaiser Steel Belt Systems 에 의해 제공되는 세 번째 시스템은 본 발명의 실시에서 현재 시판되는 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체로 사용하기 위해 매우 적절한 파스틸화 시스템 Rollomat® 이다. 상기 세 번째 시스템은 기어 펌프와 유사한 회전 시스템이고, 다시 한번 용융물은 증가된 힘이 가해지는 상기 경우에서 아래에 놓인 이동형 벨트 상에 있는 회전 시스템으로부터 아래로 향하도록 유출된다. 각 시스템에서, 용융물은 연결이 파괴되고 벨트에서 이동하는 개별 과립 또는 파스틸의 수득물이 형성되기 전에, 이동형 벨트의 상부 표면과 노즐의 최저점 사이의 공간을 이동한다는 것이 제조자에 의해 알려져 있다. 상기 장치에 관한 추가 세부사항에 대해, Kaiser SBS GMBH, Magdeburger Str. 17, D-47800 Krefeld, Germany, e-mail: info@KAISER-SBS.de; www.KAISER-SBS.de 로부터 통상적으로 이용가능한, "KAISER Steel Belt Systems - From Melt to Solid" 표제의 2 쪽의 브로셔를 참조해야만 한다. 더욱이, 세 번째 시스템의 양상은 미국 특허 제 5,198,233 호 및 제 5,378,132 호에 개시되는 것으로 나타난다.
본 발명의 다른 양상은 본 발명의 방법 기술 및 본 발명의 실시에 사용되는 것과 동일한 장치가 다량 (50 중량% 초과) 의 음이온성 스티렌계 중합체와 소량 (50 중량% 미만) 의 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 같은 상이한 열가소성 중합체의 브롬화로 이루어지는 성분의 혼합물로부터 형성된 과립 또는 파스틸을 제조하는데 사용될 수 있다는 것을 발견한 것이다. 지금까지의 상이한 방법 및 장치는 한편으로는 순수한 브롬화 음이온성 폴리스티렌을 펠렛화하는데, 다른 한편으로는 순수한 브롬화 음이온성 폴리스티렌과 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 같은 다른 열가소성 중합체의 블렌드를 펠렛화하는데 사용되어야만 했다. 그러나, 본원에 기재된 방법을 사용하는 경우, (I) 브롬화 음이온성 폴리스티렌과 같은 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체와 (II) 브롬화 음이온성 폴리스티렌과 상용성인 하나 이상의 열가소성 중합체의 블렌드는 동일한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체와 실질적으로 동일한 방법으로 그자체로 가공될 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 방법은 50 중량% 초과의 (I) 및 50 중량% 미만의 (II), 바람직하게는 70 중량% 이상의 (I) 및 30 중량% 이하의 (II), 더욱 바람직하게는 80 중량% 이상의 (I) 및 20 중량% 이하의 (II) 를 함유하는 블렌드를 형성하는데 적용될 수 있다. 통상적으로, 바로 앞에 기재된 비율의 블렌드 90 중량% 이상, 바람직하게는 95 중량% 이상은 (I) 및 (II) 로 이루어지고, 나머지는 만약에 존재한다면 난연성 열가소성 중합체에 통상적으로 사용되는 하나 이상의 첨가제, 예컨대, 열 안정화제, 항산화제, 가공 보조제, 난연성 상승제, 윤활제, 이형제, 및 유사한 기능성 첨가제이다.
과립 또는 파스틸을 형성하는데 있어서 유사한 점도의 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체와의 혼합물로 사용될 수 있는 열가소성 중합체의 비제한 예는 비-할로겐화 스티렌계 중합체, 폴리올레핀, 작용기-치환된 폴리올레핀 중합체, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리술폰, 폴리페닐렌 옥사이드와 같은 열가소성 중합체, 및 폴리카르보네이트-ABS, 폴리부틸렌 테레프탈레이트-ABS, 및 폴리페닐렌 옥사이드-폴리스티렌 블렌드와 같은 열가소성 중합체의 블렌드 또는 합금을 포함한다.
본 발명의 방법을 수행하는데 사용되는 작동 조건은 하기와 같다:
a) 사용되는 가공 온도는 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체가 용융 상태인 온도이나, 상기 중합체의 열분해를 유발하도록 높지는 않다. 브롬화 음이온성 폴리스티렌은 약 3000 내지 약 40000 범위의 중량 평균 분자량을 갖고, 약 150 ℃ 내지 약 320 ℃ 범위의 용융 중합체의 온도가 전형적이다.
b) 이동형 평면 부재 (예를 들어, 순환 스틸 벨트) 의 속도는 분리된 개별 파스틸이 이동형 벨트 상에서 형성되는 속도로 조정된다.
c) Kaiser Steel Belt Systems 로부터 이용가능한 시스템 중 하나와 같은 현재 시판되는 장치를 사용하는 경우, 시스템은 파스틸화된 브롬화 음이온성 중합체의 용융 점도를 사용하기에 적절하도록 선택되어야만 한다.
d) 이동형 평면 부재의 표면 아래에 적용되는 냉각수 또는 기타 냉각액은 평면 부재로부터 제거되기 전에, 이동하는 과립 또는 파스틸이 완전히 응고되도록 냉각시키기에 충분히 낮게 제공되어야만 한다. 약 4 내지 약 50 ℃ 범위의 온도가 통상적이다.
하기의 실시예는 예증의 목적으로 존재한다. 이것은 본 발명에 개시된 주제 만을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
실시예 1
Rollormat® 파스틸화 시스템 (Kaiser Steel Belt Systems) 을 사용하여, 약 68 % 의 브롬 함량, 및 220 ℃ 및 2.16 kg 하중에서 4 내지 35 g/10 분의 용융 흐름 지수를 갖는 브롬화 음이온성 폴리스티렌을 파스틸화하였다. 이어서, 균일한 파스틸을 형성하고, 수냉 이동 스틸 벨트에서 응고시켰다. 물리적 특성을 측정하기 위해 상기 파스틸 시료를 수집하였다.
실시예 2
실시예 1 에 기재된 방법으로 제조된, 랜덤으로 선택된 13 개의 파스틸의 길이 및 선택된 파스틸의 파쇄 강도를 모두 측정하는 시험을 수행하였다. 상기 시험에 사용되는 장치는 Sintech 1/S 기기였다. 사용되는 방법은 하기의 단계를 포함하였다:
1) 시험할 시료에서 13 개의 파스틸을 랜덤으로 선택하고, 각 파스틸의 평평한 바닥으로부터 그의 돔의 최고점까지의 길이를 측정하는 단계;
2) 파스틸의 평평한 표면을 50 파운드 하중의 셀이 부착된 기기의 가동 크로스헤드 바로 밑에 파스틸 돔의 최고점을 갖도록 스틸판 위에 놓으므로서, 파스틸을 기기의 고정 비패드형 스틸판 위에 놓는 단계. 하중 셀에 부착된 것이 파스틸 돔의 최고점과 직접 접촉할 것인 그의 최저점 상의 평평한 원통형 축인 단계;
3) 크로스헤드를 돔의 최고점의 0.002 인치 내로 낮추는 단계;
4) 최대 하중이 기록되고, 1 인치 당 파운드의 파쇄 강도가 측정되는 지점에서, 파스틸이 파쇄될 때까지 기기의 전동 스크류 구동에 의해 1 분당 0.2 인치 의 속도로 크로스헤드를 낮추는 단계.
시험할 파스틸의 시료로부터 랜덤으로 선택되는 13 개의 파스틸 각각에 대해 개별적으로 상기 과정을 반복하였다. 시험할 파스틸 각각의 최대 하중 (파운드) 을 길이 (인치) 로 나누어, 13 개의 경우 각각에 대한 각각의 파쇄 강도를 측정하였다.
13 개의 개별 시험의 결과, 시험에서 수득된 평균값, 수득된 값의 표준편차, 및 수득된 최소 및 최대 값을 표 1에 요약하였다. 표 1 에서, 과립 또는 파스틸은 공간 절약을 위해 간단하게는 파스틸로 언급하였다. 사용되는 약자 및 그의 전체 의미는 하기와 같다; in. 는 인치 를 나타냄; lbs 는 파운드 force 를 나타냄; Avg. 는 평균값을 나타냄; Std. Dev. 은 표준 편차를 나타냄; Min. 은 최소값을 나타냄; 및 Max. 는 최대값을 나타냄.
표 1
비교예 A
비교를 위해, 펠렛이 돔 형태가 아니므로, 펠렛을 수평 위치에서 가장 긴 치수를 갖도록 조정하여 기기에 놓는 것을 제외하고, 13 개의 랜덤하게 선택된 실시예 2 와 동일한 시판되는 브롬화 음이온성 폴리스티렌의 시판되는 펠렛을 실시예 2 와 동일한 시험 방법으로 시험하였다. 상기 펠렛을 2005 년 12 월 15 일에 공개된 WO2005/118245 에 기재된 방법으로 제조하였다. 결과를 표 2 에 요약하였다.
표 2
단수 또는 복수에 상관없이, 명세서 또는 그의 청구항 어디에서든지 화학명 또는 화학식으로 언급되는 성분은 그것이 화학명 또는 화학 유형으로 언급되는 다른 물질 (예를 들어, 다른 성분, 용매 등) 과 접촉하기 전에 존재하는 것으로 확인된다. 화학 변화, 변형 및/또는 반응은 상기 개시에 따라 언급된 조건 하에 특정 성분과 함께 수행되는 자연스러운 결과이므로, 상기 변화, 변형 및/또는 반응은 임의로 수득된 혼합물 또는 용액에서 임의로 발생한다고 하더라도 문제되지 않는다. 그러므로, 상기 성분은 목적한 작업을 수행하는 것 또는 목적한 조성물을 형성하는 것과 관련하여 함께 수행될 요소로 확인된다. 또한, 이하의 청구항이 물질, 성분 또는 요소를 현재 시제로 언급하더라도 ("포함한다", "~ 이다" 등), 본 발명의 개시에 따라, 그것이 하나 이상의 다른 물질, 성분 및/또는 요소와 처음으로 접촉, 배합 또는 혼합되기 직전에 존재하는 것과 같은 물질, 성분 또는 요소인 것을 참조해야 한다. 따라서, 본 발명의 개시 및 당업자에 따라 수행되는 접촉, 배합 또는 혼합 작업을 하는 과정 동안, 물질, 성분 또는 요소가 화학 반응 또는 변형을 통해 그의 원래 본질을 잃을 수 있다는 사실은 실제로 중요하지 않다.
본 명세서의 임의의 부분에 언급되는 각각의 및 모든 특허 또는 출원은 본원을 완전히 설명하기 위해 본 발명의 개시에 전체가 참조로서 인용된다.
본 발명은 그의 실시에서 상당히 변형될 여지가 있다. 그러므로, 상기 설명은 상기 제시된 특정 예시에 대해 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지는 않으며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야만 한다.

Claims (15)

  1. 냉각된 이동형 평면 부재 (member) 와 근접한 매니폴드 (manifold) 또는 노즐에서 하나 이상의 오리피스 (orifice) 로부터 아래로 향하는 플러그 플로우 (plug flow) 를 형성하는 것을 포함하는, 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 과립 또는 파스틸을 제조하는 방법으로서, 상기 평면 부재가 냉각액에 대해 불투과성이고, 상부 및 하부 표면을 가짐에 따라 오리피스의 하부와 상기 상부 표면 사이에 간격이 존재하고, 그 결과 용융된 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 플러그의 적어도 일부가 (i) 상기 간격을 연결하고, 상기 평면 부재의 상부 표면 상에 분리된 개별 과립 또는 파스틸을 형성하거나, (ii) 오리피스의 하부로부터 자유롭게 떨어지고, 상기 평면 부재의 상부 표면을 따라 흘러내리고, 상기 평면 부재의 상부 표면 상에 개별 과립 또는 파스틸을 형성하며, 이동형 부재가 상기 평면 부재의 하부 표면과 접촉하는 냉각액의 분무 또는 분사에 의해 냉각되는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이동형 평면 부재가 냉각액에 대해 불투과성인 순환 벨트인 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 순환 벨트가 스틸 벨트인 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 용융된 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 상기 플러그의 적어도 일부가 상기 간격을 연결하고, 상기 평면 부재의 상부 표면 상에 분리된 개별 과립 또는 파스틸을 형성하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 용융된 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 상기 플러그의 적어도 일부가 오리피스의 하부로부터 자유롭게 떨어지고, 상기 평면 부재의 상부 표면을 따라 흘러내리고, 상기 평면 부재의 상부 표면 상에 개별 과립 또는 파스틸을 형성하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, (a) 용융된 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 상기 플러그의 적어도 일부가 상기 간격을 연결하고, 상기 평면 부재의 상부 상에 분리된 개별 과립 또는 파스틸을 형성하거나; (b) 용융된 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 상기 플러그의 적어도 일부가 오리피스의 하부로부터 자유롭게 떨어지고, 상기 평면 부재의 상부 표면을 따라 흘러내리고, 상기 평면 부재의 상부 표면 상에 개별 과립 또는 파스틸을 형성하며; (a) 및 (b) 가 교대 또는 랜덤 방식으로 발생하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각액의 분무 또는 분사가 냉각수의 분무 또는 분사인 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 냉각수의 분무 또는 분사가 분리된 개별 과립 또는 파스틸이 상기 평면 부재의 상부 표면 상에 형성되는 영역 밑에 있는 상기 평면 부재의 하부 표면에 적용되는 방법.
  9. (i) 약 50 중량% 이상의 브롬 함량, (ii) 0.2 인치 이상의 평균 입자 길이, 및 1 인치 당 40 파운드 이상의 평균 파쇄 강도를 갖는 순수한 브롬화 음이온성 스티렌계 중합체의 응고된 과립 또는 파스틸.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 브롬 함량이 약 60 중량% 이상인 응고된 과립 또는 파스틸.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 브롬 함량이 약 67 내지 약 71 중량% 인 응고된 과립 또는 파스틸.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 평균 파쇄 강도가 1 인치 당 45 파운드 이상인 응고된 과립 또는 파스틸.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 평균 파쇄 강도가 1 인치 당 45 파운드 이상인 응고된 과립 또는 파스틸.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 평균 파쇄 강도가 1 인치 당 45 파운드 이상인 응고된 과립 또는 파스틸.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 통상적으로 돔 형태의 형상을 갖는 응고된 과립 또는 파스틸.
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