KR20120049827A - 연속 중합 장치 및 중합체 조성물 제조 방법 - Google Patents

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요시노리 사토
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Abstract

본 발명은, 고품질의 수지 조성물 수득에 적합한 중합 조성물을 보다 효과적으로 제조할 수 있는 신규의 연속 중합 장치를 제공하는 것이다.
연속 중합 장치에서, 완전 혼합식의 적어도 제 1 반응용기 및 제 2 반응용기 (10, 20) 이 사용된다. 각각의 반응용기 (10, 20) 는, 공급구 (11a, 21a) 및 반응용기의 상부에 위치된 배출구 (11b, 21b) 가 장착되었고; 제 1 반응용기 (10) 의 공급구 (11a) 는 원료 단량체 및 중합 개시제의 공급원 (1, 3) 에 연결되고; 제 1 반응용기 (10) 의 배출구 (11b) 는 제 2 반응용기 (20) 의 공급구 (21a) 에 연결된다.

Description

연속 중합 장치 및 중합체 조성물 제조 방법{CONTINUOUS POLYMERIZATION APPARATUS AND PROCESS FOR PRODUCING POLYMER COMPOSITION}
본 발명은 연속 중합 장치, 즉, 연속해서 중합을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 또한 상기 연속 중합 장치를 사용함으로써 실시된 중합체 조성물 생산 방법에 관한 것이다.
메타크릴릭 에스테르 중합체와 같은 수지 조성물은, 원료 중합체, 중합 개시제 등이 중합되도록 반응용기에 연속해서 공급되는, 연속 중합에 의하여 제조된 중합체 조성물로부터 수득된다. 상기 연속 중합 방법으로써, 연속 중합을 실시하기 위한 용매 (또는, 또한 후술되는 분산매) 를 사용하는 연속 용액 중합 공정, 및 연속 중합을 실시하기 위한 용매를 사용하지 않는 연속 괴상 중합 공정이 공지되었다.
연속 용액 중합 방법은, 용매의 사용이 저생산성을 야기하기 때문에 효과적이지 않다. 반대로, 연속 괴상 중합은, 중합이 용매의 사용 없이 실시되기 때문에, 효과적으로 중합체 조성물을 제조할 수 있는 이점을 가진다. 하지만, 실질적으로, 연속 괴상 중합은 연속 용액 중합과 비교하여, 반응 혼합물의 높은 점성 때문에 반응 제어가 힘들다는 것과 같은 다양한 문제점을 가지고, 반응용기의 내부 표면이 반응 시스템으로부터 열을 제거하기 위하여 냉각될 때, 중합체 조성물 및 따라서 수지 조성물의 질은 열화된다. 그리하여, 완전 혼합 방식의 반응용기를 사용하고, 반응용기로부터 기체 상 부분을 배제하도록 액체로 반응용기를 완전히 충전하고, 외부에 또는 외부로부터 열 이동 없는 단열 조건 하에서 연속 괴상 중합을 실시하는 방법이 제안된다 (JP 07-126308 A). 추가로, 상기 단열 조건을 보장하기 위하여, 반응용기의 외부 표면의 설정 온도에 상당하는 반응용기의 온도를 만들도록 원료 단량체의 공급량 및 중합 개시제의 공급량을 제어하는 연속 괴상 중합 장치가 제안된다 (JP 2006-104282 A).
최근에, 메타크릴릭 에스테르 중합체를 포함하는 수지 조성물의 적용은 더욱이 확장되었고, 고품질의 수지 조성물 (예컨대, 내열성 및 열 안정성과 같은 우수한 특성이 있고, 불순물과 덜 혼합된 수지 조성물) 의 수득에 적합한 중합체 조성물을 보다 효율적으로 생산하려는 요구가 증가하고 있다. 하지만, 종래의 연속 중합 장치 (JP 07-126308 A 및 JP 2006-104282 A) 가 요구를 충족하기 위해 항상 충분한 것은 아니다.
본 발명의 목적은 신규의 연속 중합 장치를 제공하는 것 및 중합체 조성물을 제조 방법을 제공하는 것이고, 이러한 방법은 상기 연속 중합 장치를 사용함으로써 실시될 수 있고 고품질의 수지 조성물의 수득에 적합한 중합체 조성물을 보다 효율적으로 제조할 수 있다.
본 발명자들은 연속 중합을 실시하는 것과 조합하여 완전 혼합식의 적어도 2 개의 반응용기를 사용하는 것을 고려하였다. 연속 용액 중합 방법으로서, 2 단계의 반응용기를 구비하는 장치, 예를 들어 대부분의 중합이 전자의 반응용기에서 실시되고 후자의 반응용기로부터 중합 개시제가 제거되면서 후자의 반응용기에서 중합이 실시되는 것 (JP 01-172401 A); 및 중합이 전자의 반응용기에서 어느정도 실시되고 용매는 중합을 실시하기 위하여 후자의 반응용기에 첨가되는 것 (JP 05-331212 A) 이 공지되어 있다. 하지만, 상기 장치들에서, 반응 시스템으로부터의 열의 제거는 환류 냉각 (반응용기에서의 원료 단량체 등이 반응 용기의 외부로 나가도록 기화되고, 냉간 응축을 거친 후 반응용기로 다시 회수됨) 에 의하여 실시되고, 이는 반응 시스템의 국부적인 또는 급속한 냉각을 초래하고, 이는 반응용기의 내부 표면에 부착되고 성장하는 겔을 야기시키고, 그 결과 겔화된 물질이 불순물로서 최종 중합체 조성물 내로 혼합되는 것과 같은 문제가 있다. 본 발명자들은, 고품질의 수지 조성물 획득에 적합한 중합체 조성물을 보다 효과적으로 제조할 수 있는 신규의 연속 중합 장치에 대하여 진심으로 고려하였고, 마침내 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 이하의 [1] 내지 [7] 을 제공한다.
[1] 완전 혼합 방식의 적어도 제 1 반응용기 및 제 2 반응용기를 구비하는 연속 중합 장치에 있어서,
각각의 반응 용기가, 반응용기의 상부에 위치되는 공급구 및 배출구를 갖고;
제 1 반응용기의 공급구가 원료 단량체 및 중합 개시제의 공급원에 연결되고;
제 1 반응용기의 배출구가 제 2 반응용기의 공급구에 연결되는 것을 특징으로 한다.
[2] 상기 [1] 에 따른 연속 중합 장치는, 제 1 반응용기 및 제 2 반응용기가 모두 연속 괴상 중합을 실시하는데 사용된다.
[3] 상기 [1] 또는 [2] 에 따른 연속 중합 장치, 상기 제 2 반응용기의 공급구 또는 제 2 반응용기에 장착된 다른 공급구가 추가의 중합 개시제의 공급원에 연결된다.
[4] 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 따른 연속 중합 장치는, 제 1 반응용기의 내부 용적이 제 2 반응용기의 내부 용적과는 상이하다.
[5] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 따른 연속 중합 장치는, 제 1 반응용기의 배출구는 온도 조절 수단이 장착된 연결 라인에 의하여 제 2 반응용기의 공급구에 연결된다.
[6] 상기 [5] 에 따른 연속 중합 장치는, 제 1 반응용기에는 제 1 반응용기의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 수단이 장착된다; 그리고
연결 라인의 온도 제어 수단은, 연결 라인의 온도가 온도 감지 수단에 의하여 감지된 제 1 반응용기의 온도와 실질적으로 동일한 온도에 있도록 제어된다.
[7] 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 따른 연속 중합 장치를 사용함으로써 실시된 중합체 조성물 제조 방법은,
제 1 반응용기 내의 단열 조건하에서 연속 중합을 받도록 원료 단량체 및 중합 개시제의 공급원으로부터 제 1 반응용기의 공급구를 통해 상기 제 1 반응용기에 원료 단량체 및 중합 개시제를 공급하고, 제 1 반응용기의 배출구로부터 최종 중간 조성물을 수득하는 제 1 중합 단계; 및
제 2 반응용기 내의 단열 조건하에서 연속 중합을 추가로 받도록 제 2 반응용기의 공급구를 통해 상기 제 2 반응용기에 중간 조성물을 공급하고, 제 2 반응용기의 배출구로부터 최종 중합체 조성물을 수득하는 제 2 중합 단계를 포함한다.
본 발명에 따라, 신규의 연속 중합 장치가 제공된다. 추가로, 본 발명에 따라, 중합체 조성물 제조 방법이 또한 제공되고, 이러한 방법은 상기 연속 중합 장치를 사용함으로써 실시될 수 있고, 고품질의 수지 조성물 수득에 적합한 중합체 조성물을 보다 효율적으로 제조할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 대한 연속 중합 장치의 개략도를 도시한다.
본 발명의 연속 중합 장치는 적어도 2 개의 반응용기를 구비하고, 연속 괴상 중합 및 연속 용액 중합 중 어떤 것과 같은 연속 중합은 각각의 반응용기에서 실시된다. 본 발명의 연속 중합 장치는, 연속 괴상 중합이 모든 반응용기에서 실시될 때 연속 괴상 중합 장치로서 이해될 수 있고, 연속 용액 중합이 모든 반응용기에서 실시될 때 연속 용액 중합 장치로서 이해될 수 있다. 하지만, 본 발명의 연속 중합 장치는 이에 제한되는 것이 아니라, 연속 괴상 중합이 하나의 반응용기 (예를 들어, 적어도 하나의 전자의 반응용기) 에서 실시되고, 연속 용액 중합이 다른 반응용기 (예를 들어, 적어도 하나의 후자의 반응용기) 에서 실시되는 장치일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태는 도 1 을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
상기 실시형태에서 연속 중합 장치는 적어도 제 1 반응용기 (10) 및 제 2 반응용기 (20) 를 구비한다. 상기 반응용기 (10 및 20) 는 둘 다 완전 혼합 방식의 반응용기이고, 상기 실시형태에서 연속 괴상 중합을 실시하기 위하여 사용된다.
보다 상세하게는, 제 1 반응용기 (10) 는 공급구 (11a) 및 배출구 (11b) 를 갖고, 바람직하게는, 반응용기의 외부 표면의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 수단으로서의 재킷 (13) 및 반응용기의 내부에서 성분을 혼합하기 위한 혼합기 (14) 를 추가로 갖는다. 유사하게는, 제 2 반응용기 (20) 는 공급구 (21a) 및 배출구 (21b) 를 갖고, 바람직하게는, 반응용기의 외부 표면의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 수단으로서 반응용기의 외부 표면을 둘러싸는 재킷 (23) 및 반응용기 내부에서 성분을 혼합하기 위한 혼합기 (24) 를 추가로 갖는다. 배출구 (11b 및 21b) 는 각각의 반응용기의 상부에 위치된다. 반면에, 상기 실시형태가 이에 제한되지 않지만, 공급구 (11a 및 21a) 는 각각의 반응용기의 하부의 적절한 위치에 통상적으로 위치될 수 있다. 각각의 상기 반응용기 (10 및 20) 에는 반응용기의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 수단으로서 온도 센서 (T) 가 장착될 수 있다.
제 1 반응용기 (10) 및 제 2 반응용기 (20) 는 서로 동일한 내부 용적 또는 상이한 내부 용적을 가질 수 있다. 제 1 반응용기의 내부 용적 및 제 2 반응용기의 내부 용적을 서로 상이하게 형성함으로써, 평균 체류 시간에 있어서 제 1 반응용기 (10) 및 제 2 반응용기 (20) 를 효과적으로 구별할 수 있다.
혼합기 (14 및 24) 는 반응용기 내의 완전 혼합 조건을 실질적으로 달성하기 위한 부재이다. 상기 혼합기는 어떠한 적절한 혼합 블레이드 (blade) 를 구비할 수 있고, 예컨대, MIG 임펠러 (impeller), MAXBLEND 임펠러 (스미토모 중공업에 의해 제조된 등록상표), 패들 (paddle) 임펠러, 이중 나선형 리본 임펠러, FULLZONE 임펠러 (코벨코 에코-솔루션스 컴패니 리미티드에 의해 제조된 등록상표) 등의 블레이드를 구비할 수 있다. 반응용기 내의 혼합 효과를 증대시키기 위하여, 배플 (baffle) 을 포함하는 반응용기를 제공하는 것이 바람직하다. 하지만, 상기 실시형태는 이에 제한되는 것이 아니라, 완전 혼합 조건이 반응용기에서 실질적으로 달성될 수 있는 한, 혼합기 (14 및 24) 를 대신하여 어떠한 적절한 구성을 가질 수 있다.
통상적으로, 반응용기 (10 및 20) 가 높은 혼합 효율을 가질 때, 보다 바람직하다. 하지만, 혼합 작동에 의하여 불필요한 열량이 반응용기에 추가되는 것을 방지하는 것을 고려하여, 혼합 전력을 필요 이상으로 하지 않는것이 바람직하다. 혼합 전력은 상세하게는 제한되지 않지만, 바람직하게는 0.5 kW/m3 내지 20 kW/m3 이며, 보다 바람직하게는 1 kW/m3 내지 15 kW/m3 이다. 반응 시스템의 점도가 높아질수록 (혹은 반응 시스템에서의 중합체의 성분비가 높아질수록), 혼합 전력을 보다 크게 설정하는 것이 바람직하다.
도면에 도시된 바와 같이, 제 1 반응용기 (10) 의 공급구 (11a) 는 각각의 펌프 (5 및 7) 에 의하여 원료 단량체 탱크 (원료 단량체의 공급원) (1) 및 중합 개시제 탱크 (중합 개시제 및, 필요하다면, 원료 단량체의 공급원) (3) 에 원료 단량체 공급 라인 (9) 을 통하여 연결된다. 상기 실시형태에서, 원료 단량체 및 중합 개시제의 공급원은 원료 단량체 탱크 (1) 및 중합 개시제 탱크 (3) 이지만, 원료 단량체 및 중합 개시제의 공급원의 수, 원료 단량체 및 중합 개시제의 형태 (예컨대, 혼합물의 경우 혼합물의 조성) 등은, 원료 단량체 및 중합 개시제가 제 1 반응용기 (10) 에 적절하게 공급될 수 있는 한, 특별히 제한되지 않는다. 상기 실시형태에 대해 불필요할지라도, 다른 공급구 (11c) 는 제 1 반응용기 (10) 에 장착되고, 상기 공급구 (11c) 는 도 1 에서 점선으로 도시된 바와 같이 펌프 (7) 에 의하여 중합 개시제 탱크 (3) 에 연결될 수 있다. 제 1 반응용기 (10) 의 배출구 (11b) 는 연결 라인 (15) 을 통하여 제 2 반응용기 (20) 의 공급구 (21a) 에 연결된다. 제 2 반응용기 (20) 의 배출구 (21b) 는 배출 라인 (25) 까지 연결된다. 따라서, 제 1 반응용기 (10) 및 제 2 반응용기 (20) 는 연속하여 연결된다. 제 1 반응용기 (10) 의 배출구 (11b) 와 제 2 반응용기 (20) 의 공급구 (21a) 사이의 연결 라인 (15) 에는 펌프가 없는 것이 바람직하다.
상기 실시형태에 대하여 불필요할지라도, 제 2 반응용기 (20) 는 펌프 (19) 에 의하여 중합 개시제 탱크 (추가의 중합 개시제 및, 필요하다면 원료 단량체의 공급원) (17) 에 연결될 수 있다. 상기 실시형태에서, 추가의 중합 개시제의 공급원은 중합 개시제 탱크 (17) 이지만, 추가의 중합 개시제의 공급원의 수, 중합 개시제의 형태 (예컨대, 혼합물의 경우 혼합물의 조성) 등은, 추가의 중합 개시제가 제 2 반응용기 (20) 에 적절하게 공급될 수 있는 한, 특별히 제한되지 않는다. 중합 개시제 탱크 (17) 및 펌프 (19) 가 존재하는 경우, 제 2 반응용기 (20) 의 공급구 (21a) 는 도 1 에서 실선으로 도시된 바와 같이 연결 라인 (15) 을 통하여 펌프 (19) 에 의해 중합 개시제 탱크 (17) 에 연결될 수 있거나, 제 2 반응용기 (20) 에는, 상기 공급구 (21c) 가, 예컨대 도 1 의 점선에 의하여 도시된 바와 같이, 펌프 (19) 에 의하여 중합 개시제 탱크 (17) 에 연결되도록 다른 공급구 (21c) 가 장착될 수 있다.
펌프 (5 및 7), 및 존재한다면, 펌프 (19) 는 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는, 원료 단량체 탱크 (1) 및 중합 개시제 탱크 (3) 로부터의 유속, 및 존재한다면, 중합 개시제 탱크 (17) 로부터의 유속을 일정한 값으로 설정할 수 있는 펌프이다. 보다 구체적으로는, 다수의 왕복 펌프가 바람직하고, 이중 무맥동 정량 펌프 (pulsation-free controlled-volume pump) 및 삼중 무맥동 정량 펌프와 같은 무맥동 정량 펌프가 더 바람직하다. 이러한 펌프를 사용함으로써, 제 1 반응용기 (10) 로의 원료 단량체 및 중합 개시제의 공급량 (또는, 또한 후술되는 공급 유속) 및, 필요하다면, 제 2 반응용기 (20) 로의 중합 개시제 (또는 원료 단량체 및 중합 개시제) 의 추가의 공급량을 제어하는 것이 가능하다.
추가로, 상기 실시형태에 대하여 불필요할지라도, 제 2 반응용기 (20) 의 공급구 (21a) 에 제 1 반응용기 (10) 의 배출구 (11b) 를 연결하기 위한 연결 라인 (15) 에는, 이 연결 라인 (15) 의 온도를 제어하기 위한 온도 조절 수단으로서, 연결 라인 (15) 의 외부 표면을 둘러싸는 재킷 등 (도면에 도시되지 않음) 이 바람직하게는 장착된다. 이로 인해, 제 1 반응용기 (10) 의 온도 및/또는 제 2 반응용기 (20) 의 온도 등에 따라 연결 라인 (15) 의 온도 (보다 상세하게는, 연결 라인의 외부 표면의 온도, 및 따라서 연결 라인 내의 온도) 를 제어하는 것이 가능하다. 제 1 반응용기 (10) 에 상기 실시형태에서와 같이 제 1 반응용기 (10) 의 온도를 감지하는 온도 감지 수단으로서 온도 센서 (T) 가 장착된 경우, 연결 라인 (15) 의 재킷 (온도 조절 수단) 은, 연결 라인 (15) 의 온도가 상기 온도 센서 (T) 에 의하여 감지되는 제 1 반응용기 (10) 의 온도와 실질적으로 동일한 온도에 있도록 제어될 수 있다.
도 1 을 참조하여 전술된 각각의 부재는, 그 부재의 작동을 제어장치가 제어할 수 있도록 제어 장치 (도면에 도시되지 않음) 에 적절하게 연결되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 각각의 재킷 (온도 조절 수단 ) (13 및 23) 에 대하여 설정된 반응용기의 외부 표면의 온도를 각각의 제 1 반응용기 (10) 및 제 2 반응용기 (20) 에 관하여 온도 센서 (온도 감지 수단) (T) 에 의해 감지되는 반응용기의 온도와 대응시키도록 하기 위하여, 장치는 펌프 (5 및 7) 의 작동으로 제 1 반응용기 (10) 로의 원료 단량체 및 중합 개시제의 공급량을 조절함으로써 또는 재킷 (13 및 23) 에 대하여 설정된 반응용기의 외부 표면의 온도를 조절함으로써 제어가능하고; 또한, 중합 개시제 탱크 (17) 및 펌프 (19) 가 존재하는 경우, 장치는 펌프 (19) 의 작동으로 제 2 반응용기 (20) 로의 중합 개시제 (또는 원료 단량체 및 중합 개시제) 의 추가의 공급량을 조절함으로써 제어가능하다. 추가로, 연결 라인 (15) 의 온도를 온도 센서 (온도 감지 수단) (T) 에 의하여 감지되는 제 1 반응용기 (10) 내의 온도와 실질적으로 동등하게 하기 위하여, 장치는 연결 라인 (15) 을 둘러싸는 재킷 (온도 조절 수단, 도면에 도시되지 않음) 에 대하여 설정된 연결 라인 (15) 의 외부 표면의 온도를 조절함으로써 제어가능하다. 연결 라인 (15) 의 온도가 이 연결 라인 (15) 을 감지하기 위한 온도 감지 수단에 의하여 실제로 측정되는 것이 바람직하다. 하지만, 제 1 반응용기 (10) 에서의 중합 반응 조건에 따라 몇몇의 경우에서, 모든 공급된 중합 개시제가 소비된 것과 같은 몇몇의 원인 때문에, 배출구 (11b) 로부터 나온 중간 조성물 (후술됨) 이 연결 라인 (15) 에서 중합 반응을 진행시키지 않고, 즉, 중합 반응열이 연결 라인 (15) 에서 발생되지 않는다. 상기 경우에서, 연결 라인 (15) 을 둘러싸는 재킷의 온도는 제 1 반응용기 (10) 의 온도와 실질적으로 동일한 온도로 설정되고, 그 결과 연결 라인 (15) 의 온도는 제 1 반응용기 (10) 의 온도와 실질적으로 동일한 온도가 될 수 있고, 연결 라인 (15) 을 둘러싸는 재킷의 온도와 실질적으로 동일한 온도로서 연결 라인 (15) 의 온도를 고려하는 것은 허용가능하다.
재킷 (13 및 23) 은, 열 매체 공급 경로 (도면에 도시되지 않음) 로부터 증기, 온수, 유기 열 매체 등을 도입함으로써 반응용기 (10 및 20) 의 열을 적절하게 가열하고 유지하기 위하여 반응용기 (10 및 20) 각각의 거의 전체를 둘러싼다. 재킷 (13 및 23) 의 온도는 도입되는 열 매체의 온도 또는 압력으로 적절하게 조절될 수 있다. 재킷 (13 및 23) 내로 도입된 열 매체는 열 매체 배출 경로 (도면에 도시되지 않음) 로부터 제거된다. 재킷 (13 및 23) 의 온도 및/또는 압력은 열 매체 배출 경로에 위치한 온도 센서 (도면에 도시되지 않음) 와 같은 센서에 의하여 감지된다. 온도 센서와 같은 센서의 위치 지점은 특별히 제한되지 않지만, 예컨대, 열 매체 공급 경로 상에, 또는 재킷 (13 및 23) 내에 위치될 수 있다. 연결 라인 (15) 에 재킷이 장착될 때, 연결 라인 (15) 의 재킷은 상기 재킷 (13 및 23) 에 대하여 유사한 구조를 가질 수 있다.
반응용기 (10 및 20) 의 중합 반응을 위하여, 일정한 품질을 가진 중합체를 획득하는 것을 고려하여 각각의 반응기 (10 및 20) 에서 통상적으로 일정한 온도로 실시해야 한다. 그러므로, 전술된 온도 조절 수단 (재킷 (13 및 23)) 은 이전에 설정된 일정한 온도에서 제어되고, 그 결과 반응기 (10 및 20) 내의 온도는 통상적으로 일정한 온도에서 각각 유지될 수 있다.
전술된 온도 조절 수단 (재킷 (13 및 23)) 의 설정 온도는, 후술된 공급 유속 제어 수단으로 보내져, 단량체 공급 수단 (펌프 (5)) 및/또는 개시제 공급 수단 (펌프 (7) 및, 존재한다면, 펌프 (19)) 으로 공급 유속을 제어할 것인지 아닌지를 결정하기 위한 자료로서 사용된다. 전술된 온도 조절 수단 (재킷 (13 및 23)) 의 설정 온도는 전술된 열 매체의 온도 또는 압력을 제어함으로써 조절될 수 있다.
공급 유속 제어 수단에 대하여, 공급 유속 제어 수단의 예는 CPU, ROM, RAM 등이 장착된 제어 장치 (도면에 도시되지 않음) 가 있다.
제어 장치의 ROM 은 펌프 (5 및 7) 및, 존재한다면, 펌프 (19) 등을 제어하는 프로그램 저장 장치이다. 제어 장치의 RAM 은, 상기 프로그램을 실행하기 위하여 온도 센서 (T) 에 의해 감지된 반응 용기 (10 및 20) 의 온도의 자료, 재킷 (13 및 23) 의 설정 온도의 자료, 존재한다면, 연결 라인 (15) 의 재킷의 설정 온도의 자료 등을 일시적으로 저장하기 위한 장치이다.
제어 장치의 CPU 는, 반응 용기 (10 및 20) 로의 원료 단량체 및/또는 중합 개시제의 공급 유속이 단량체 공급 수단 (펌프 (5)) 및/또는 개시제 공급 수단 (펌프 (7) 및, 존재한다면, 펌프 (19)) 에 의하여 조절되도록, 반응 용기 (10 및 20) 내의 온도의 자료 및 상기 RAM 에 저장된 재킷 (13 및 23) 의 설정 온도의 자료와 같은 자료를 근거로 하여 ROM 내에 저장된 프로그램을 실행한다. 연결 라인 (15) 에 온도 조절 수단으로서 재킷이 장착된 경우, 제어 장치의 CPU 는, 연결 라인 (15) 의 재킷의 설정 온도가 제어될 수 있도록, 반응 용기 (10 및 20) 내의 온도 자료 및 상기 RAM 에 저장된 연결 라인 (15) 의 재킷 (도면에 도시되지 않음) 의 설정 온도의 자료와 같은 자료에 근거하여 ROM (상기 프로그램의 일부 또는 상기 프로그램과 다른 프로그램일 수 있음) 에 저장된 프로그램을 실행한다.
공급 유속 제어 수단 (제어 장치) 에 의한 제어의 예는 후술될 것이다.
온도 센서 (T) 에 의하여 감지된 반응 용기 (10) 내의 온도가 온도 조절 수단으로서의 재킷 (13) 의 설정 온도를 초과할 때, CPU 는, 예컨대 펌프 (7) 를 제어하도록 ROM 의 프로그램을 실행시켜, 반응 용기 (10) 내로의 중합 개시제의 공급 유속을 감소시킨다. 중합 개시제 탱크 (17) 및 펌프 (19) 가 존재하는 경우, 펌프 (19) 가 중합을 실시하기 위하여 반응 용기 (20) 에 중합 개시제를 공급하는 동안, 온도 센서 (T) 에 의하여 감지된 반응용기 (20) 내의 온도가, 온도 조절 수단으로서의 재킷 (23) 의 설정 온도를 초과할 때, CPU 는, 예컨대 펌프 (19) 를 제어하도록 ROM 내의 프로그램을 실행시켜, 반응 용기 (20) 내로의 중합 개시제의 공급 유속을 감소시킨다. 상기 제어를 실시함으로써, 반응용기 (10 및/또는 20) 내에서 발생된 중합 열이 감소될 수 있고, 이로 인해 반응용기 (10 및/또는 20) 의 온도를 저하시킬 수 있다.
한편으로는, 반응용기 (10) 내의 온도가 재킷 (13) 의 설정 온도보다 낮을 때, CPU는, 예컨대 펌프 (7) 를 제어하도록 ROM 내의 프로그램을 실행시켜, 반응용기 (10) 로의 중합 개시제의 공급 유속을 증가시킨다. 중합 개시제 탱크 (17) 및 펌프 (19) 가 존재하는 경우, 펌프 (19) 가 중합을 실시하기 위해 반응용기 (20) 로 중합 개시제를 공급하는 동안, 반응용기 (20) 의 온도가, 재킷 (23) 의 설정 온도보다 낮을 때, CPU는, 예컨대 펌프 (19) 를 제어하도록 ROM 의 프로그램을 실행시켜, 반응용기 (20) 로의 중합 개시제의 공급 유속을 증가시킨다. 상기 제어를 실시함으로써, 반응용기 (10 및/또는 20) 내에서 발생된 중합 열이 증가될 수 있고, 이로 인해 반응용기 (10 및/또는 20) 의 온도를 상승시킬 수 있다.
예컨대, 반응용기 (10 및 20) 내에서 중합 반응을 위한 펌프 (7) 및, 존재한다면, 펌프 (19) 에 대한 제어가 반응기 (10 및 20) 내의 전체 공급 유속의 현저한 감소를 초래할 때, 중합 개시제의 유속을 감소시키도록 펌프 (7) 및, 존재한다면, 펌프 (19) 를 제어할 뿐만 아니라, 동시에 원료 단량체의 유속을 증가시키도록 펌프 (5) 를 제어하는 것이 바람직하다.
추가로, 제어의 다른 예로서, 이하의 제어가 언급된다. 즉, 온도 센서 (T) 에 의하여 감지된 반응용기 (10) 의 온도가 온도 조절 수단으로서의 재킷 (13) 의 설정 온도를 초과할 때, 펌프 (5) 는 원료 단량체의 유속을 증가시키도록 제어되고, 그 결과 반응용기 (10) 내로의 중합 개시제의 상대 유속이 감소된다. 상기 제어를 수행함으로써, 반응용기 (10) 의 온도는 또한 하강될 수 있다.
원료 단량체의 공급 유속 및 중합 개시제의 유속의 비는 발생된 중합체의 종류, 사용된 중합 개시제의 종류 등에 따라 적절하게 설정될 수 있다.
또한, 원료 단량체의 공급 유속 및/또는 중합 개시제의 공급 유속의 증가도 또는 감소도는 발생된 중합체의 종류, 사용된 중합 개시제의 종류 등에 따라 적절하게 설정될 수 있다. 하지만, 개시제 공급 수단에 의하여 반응용기 (10 및 20) 로 공급되는 것이 중합 개시제가 아니라, 중합 개시제를 포함하는 원료 단량체인 경우, 중합 개시제를 포함하는 원료 단량체에서의 중합 개시제의 성분비를 고려하여 중합 개시제의 공급 유속을 제어하는 것이 필요하다.
추가로, 제어의 또 다른 예로서, 이하의 제어는, 연결 라인 (15) 에 온도 제어 수단으로서의 재킷이 장착된 경우에 대하여 주목된다. 즉, 온도 센서 (T) 에 의하여 감지되는 반응용기 (10) 의 온도가, 예컨대 ±5 ℃ 이상의 온도만큼 연결 라인 (15) 의 온도 (편리하게, 연결 라인 (15) 의 재킷의 설정온도) 와 다르면, 연결 라인 (15) 의 재킷의 설정온도는, 연결 라인 (15) 의 온도 (편리하게, 연결 라인 (15) 의 재킷의 설정온도) 가 반응용기 (10) 의 온도와 실질적으로 동일한 온도가 되도록 조절된다.
추가로, 상기 실시형태에 대하여 불필요할지라도, 예열기 (31) 및 탈휘발화 압출기 (33) 는 배출 라인 (25) 의 하류에 위치될 수 있다. 예열기 (31) 와 탈휘발화 압출기 (33) 사이에 압력 조절 밸브 (도면에 도시되지 않음) 가 제공될 수 있다. 탈휘발화 후에 압출된 대상은 배출 라인 (35) 으로부터 배출된다.
예열기 (31) 로서, 점성액을 가열할 수 있는 한, 임의의 적절한 가열기가 사용될 수 있다. 탈휘발화 압출기 (33) 로서, 단일 또는 다중 스크루 탈휘발화 압출기가 사용될 수 있다.
추가로, 탈휘발화 압출기 (33) 로부터 분리된 휘발성 성분 (주로, 미반응 원료를 포함함) 으로 부터 분리되고 회수되는 원료 단량체를 저장하기 위한 회수 탱크 (37) 가 제공될 수 있다.
이어서, 상기 장치를 사용함으로써 실시된 중합체 조성물을 생산하는 방법이 설명될 것이다. 이 실시형태에서, 메타크릴릭 에스테르 단량체의 연속 중합을 실시하는 경우, 다른 말로 하면, 메타크릴릭 에스테르 중합체를 생산하는 경우를 예로써 설명하지만, 본 발명은 여기에 제한되지 않는다.
· 준비
처음에는, 원료 단량체, 중합 개시제 등이 준비된다.
이어서 원료 단량체, 메타크릴릭 에스테르 단량체가 상기 실시형태에 사용된다.
메타크릴릭 에스테르 단량체의 예는
- 알킬 메타크릴레이트 (알킬기가 1 ~ 4 개의 탄소를 가짐) 단독, 또는
- 80 중량 % 이상의 알킬 메타크릴레이트 (알킬기가 1 ~ 4 개의 탄소를 가짐) 와 이와 함께 공중합 가능한 20 중량 % 이하의 다른 비닐 단량체의 혼합물이 있다.
알킬 메타크릴레이트 (알킬기가 1 ~ 4 개의 탄소를 가짐) 의 예는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, n-프로필 메타크릴레이트, 이소프로필 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, 2급- 부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트 등을 포함한다. 이들 중에서, 메틸 메타크릴레이트가 바람직하다. 전술된 알킬 메타크릴레이트의 예는 단독으로 또는 적어도 2 종을 조합하여 사용될 수 있다.
공중합 가능한 비닐 단량체의 예는, 벤질 메타크릴레이트 및 2-에틸헥실 메타크릴레이트 (전술된 알킬 메타크릴레이트 (알킬기가 1 ~ 4 개의 탄소를 가짐) 제외) 와 같은 메타크릴산 에스테르; 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 및 2-에틸헥실 아크릴레이트와 같은 아크릴산 에스테르; 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 이타콘산, 말레산 무수물, 및 이타콘산 무수물과 같은 불포화 카복실산 또는 이들의 산 무수물; 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 아크릴레이트, 모노글리세롤 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 2-하이드록시프로필 메타크릴레이트 및 모노글리세롤 메타크릴레이트와 같은 하이드록시기 함유 단량체; 아크릴아마이드, 메타크릴아마이드, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 디아세톤아크릴아마이드, 및 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트와 같은 질소 함유 단량체; 알릴 글리시딜 에테르, 글리시딜 아크릴레이트, 및 글리시딜 메타크릴레이트와 같은 에폭시기 함유 단량체; 스티렌 및 α-메틸스티렌과 같은 스티렌기 단량체를 포함한다.
중합 개시제로서, 예컨대, 라디칼 (radical) 개시제가 상기 실시형태에서 사용된다.
라디칼 개시제의 예는, 아조비스이소브티로니트릴, 아조비스디메틸발레로니트릴, 아조비스시클로헥산니트릴, 1,1'-아조비스 (1-아세톡시-1-페닐에탄), 디메틸 2,2'-아조비스이소부틸레이트, 및 4,4'-아조비스-4-시아노발레르산과 같은 아조 화합물; 벤조일 퍼옥사이드, 라우릴 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 카프릴릴 퍼옥사이드, 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드, 이소부틸 퍼옥사이드, 아세틸 사이클로헥실설포닐 퍼옥사이드, t-부틸 페록시피발레이트, t-부틸 페록시네오데카노에이트, t-부틸 페록시네오헵타노에이트, t-부틸 페록시-2-에틸헥사노에이트, 1,1-디(t-부틸페록시)사이클로헥산, 1,1-디(t-부틸페록시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 1,1-(t-헥실페록시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 이소프로필 페록시디카보네이트, 이소부틸 페록시디카보네이트, s-부틸 페록시디카보네이트, n-부틸 페록시디카보네이트, 2-에틸헥실 페록시디카보네이트, 비스(4-t-부틸사이클로헥실) 페록시디카보네이트, t-아밀 페록시-2-에틸헥사노에이트, 1,1,3,3-테트라메틸 부틸 페록시-에틸헥사노에이트, 1,1,2-트리메틸 프로필 페록시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸 페록시 이소프로필 모노카보네이트, t-아밀 페록시 이소프로필 모노카보네이트, t-부틸 페록시-2-에틸헥실 카보네이트, t-부틸 페록시 알릴 카보네이트, t-부틸 페록시 이소프로필 카보네이트, 1,1,3,3-테트라메틸 부틸 페록시 이소프로필 모노카보네이트, 1,1,2-트리메틸 프로필 페록시 이소프로필 모노카보네이트, 1,1,3,3-테트라메틸 부틸 페록시 이소노네이트, 1,1,2-트리메틸 프로필 페록시-이소노네이트, 및 t-부틸 페록시벤조에이트와 같은 유기 과산화물을 포함한다.
상기 중합 개시제는 단독 또는 적어도 2 종을 조합하여 사용될 수 있다.
중합 개시제는 발생된 중합체 및 사용된 원료 단량체의 종류에 따라 선택된다. 예컨대, 본 발명이 특별히 제한되지는 않지만, 중합 온도에서 일분 이하의 반감기를 갖는 라디칼 중합 개시제가 바람직하다. 중합 온도에서 반감기가 최대 1분일 때, 반응속도는 적합하고, 따라서 개시제는 연속 중합 장치의 중합 반응에 적합하다.
중합 개시제 (라디칼 개시제) 의 공급량은 특별히 제한되지 않지만, 원료 단량체 (마침내 반응용기 (10) 에 공급된 원료 단량체) 에 관하여 통상적으로 0.001 ~ 1 중량 % 이다. 중합 개시제 탱크 (17) 및 펌프 (19) 가 중합 개시제 탱크 (3) 및 펌프 (7) 에 더하여 존재하는 경우, 중합 개시제는 제 1 반응용기 (10) 및 제 2 반응용기 (20) 로 별도로 공급될 수 있다. 중합 개시제 탱크 (17) 가 원료 단량체 및 중합 개시제의 혼합물을 펌프 (19) 에 의해 제 2 반응용기 (20) 로 공급할 때, 제 1 반응용기 (10) 및 제 2 반응용기 (20) 에 공급된 중합 개시제의 전체 공급량은, 제 1 반응용기 (10) 에 마침내 공급된 원료 단량체 및 제 2 반응용기 (20) 에 추가적으로 공급된 원료 단량체의 합에 관하여 상기 범위 내에서 만들어진다.
전술된 원료 단량체 및 중합 개시제에 더하여, 어떠한 적절한 다른 성분(들), 예컨대, 사슬 이동제, 부타디엔 및 스티렌-부타디엔 고무 (styrene-butadiene rubber; SBR) 와 같은 고무 중합체 등이 사용될 수 있다. 사슬 이동제는 발생된 중합체의 분자량을 조절하기 위하여 사용된다.
사슬 이동제에 대하여, 단일작용성이거나 다중작용성 사슬 이동제가 사용될 수 있다. 더 상세하게, 사슬 이동제의 예는, n-프로필 메르캅탄, 이소프로필 메르캅탄, n-부틸, 티-부틸 메르캅탄, 엔헥실 메르캅탄, n-옥틸, 2-에틸헥실 메르캅탄, n-부틸 메르캅탄, t-부틸 메르캅탄, n-헥실 메르캅탄, n-옥틸 메르캅탄, n-에틸헥실 메르캅탄, n-도데실 메르캅칸 및 t-도데실 메르캅탄과 같은 알킬 메르캅탄; 페닐 메르캅탄 및 티오크레졸 (thiocresol) 과 같은 방향성 메르캅탄; 18 이하의 탄소를 포함하는 메르캅탄, 예컨대 에틸렌 티오글리콜; 에틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 트리메틸롤프로판 (trimethylolpropane), 펜타에리스리톨 (pentaerythritol), 디펜타에리스리톨 (dipentaerythritol), 트리 펜타에리스리톨 (tripentaerythritol) 및 소르비톨 (sorbitol) 과 같은 폴리알콜류; 하이드록실기가 티오글리콜산 또는 3-메르캅토프로피오닉산 (3-mercaptopropionic acid), 1,4-디히드로나프탈렌, 1,4,5,8-테트라하이드로나프탈렌, β-테르피넨, 테르피놀렌, 1,4-시클로헥사디엔, 수소황화물과 에스테르화 되는 것등을 포함한다. 사슬 이동제의 예들은 단독 또는 적어도 2 종을 조합하여 사용될 수 있다.
사슬 이동제의 공급량은, 사용된 사슬 이동제의 종류 등에 따라 변하기 때문에, 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 메르캅탄을 사용하는 경우, 사슬 이동제의 공급량은 원료 단량체 (반응용기 (10) 에 마침내 공급된 원료 단량체) 에 관하여 바람직하게는 0.01 ~ 3 중량 %, 보다 바람직하게는 0.05 ~ 1 중량 % 이다.
원료 단량체 탱크 (1) 에서, 전술된 원료 단량체 (1 종 또는 2 종 이상의 혼합물) 는 적절하게 (이러한 경우가 있을 수 있다면, 사슬 이동제와 같은 다른 성분과 함께) 준비된다 . 중합 개시제 탱크 (3) 에서, 전술된 중합 개시제는 필요하다면 원료 단량체로 적절하게 (이러한 경우가 있을 수 있다면, 사슬 이동제와 같은 다른 성분과 함께) 준비된다. 중합 개시제 탱크 (3) 는 중합 개시제 단독으로 또는 원료 단량체 및 중합 개시제 (이러한 경우가 있을 수 있다면, 사슬 이동제와 같은 다른 성분을 추가로 포함할 수 있음) 의 혼합물의 형태를 저장할 수 있다. 중합 개시제 탱크 (17) 를 사용하는 경우, 중합 개시제 탱크 (17) 에서, 전술된 중합 개시제는 필요하다면 원료 단량체로 적절하게 (이러한 경우가 있을 수 있다면, 사슬 이동제와 같은 다른 성분과 함께) 준비된다. 중합 개시제 탱크 (17) 는 중합 개시제 단독으로 또는 원료 단량체 및 중합 개시제 (이러한 경우가 있을 수 있다면, 사슬 이동제와 같은 다른 성분을 추가로 포함할 수 있음) 의 혼합물의 형태를 저장할 수 있다. 하지만, 중합 개시제 탱크 (17) 가 펌프 (19) 에 의하여 공급구 (21c) 에 연결될 경우, 중합 개시제를 단독으로 저장하는 것은, 중합 개시제가 반응용기 (20) 에 단독으로 공급되기 때문에, 반응용기 (20) 내의 중합 반응의 국부 진행에 대한 문제를 일으킨다. 이에 반해서, 원료 단량체 및 중합 개시제의 혼합물의 형태를 저장하는 것은, 중합 개시제가 사전에 원료 중합체의 부분과 혼합되기 때문에, 상기 문제를 해결할 수 있다.
· 제 1 중합 단계
원료 단량체 및 중합개시제의 공급원으로서의 원료 단량체 탱크 (1) 및 중합 개시제 탱크 (3) 로부터 공급구 (11a) 를 통해 원료 단량체 및 중합 개시제가 제 1 반응용기 (10) 에 공급된다. 보다 상세하게는, 원료 단량체는 펌프 (5) 에 의하여 원료 단량체 탱크 (1) 로부터 공급되고, 중합 개시제 (바람직하게는, 여기서 중합 개시제라고 또한 간단히 일컬어지는, 원료 단량체 및 중합 개시제의 혼합물) 는 펌프 (7) 에 의하여 중합 개시제 탱크 (3) 로부터 공급되고, 원료 단량체 및 중합개시제는 공급구 (11a) 에 의하여 제1 반응용기 (10) 내로 원료 공급 라인 (9) 을 통하여 함께 합쳐진다. 또한, 중합 개시제는, 도 1 에서 점선으로 도시된 바와 같이, 펌프 (7) 에 의한 중합 개시제 탱크 (3) 로 부터 공급구 (11a) 에 의해 제 1 반응용기 (10) 에 공급될 수 있다.
제 1 반응용기 (10) 에 중합 개시제를 공급하기 위하여, 원료 단량체 및 중합 개시제의 혼합물이 중합 개시제 탱크 (3) 에서 준비되고 중합 개시제 탱크로부터 공급될 때, A : B 의 비율을 80 : 20 ~ 98 : 2 의 범위 내로 조절하는 것이 바람직하고, 여기서 A 는 원료 단량체 탱크 (1) 로부터의 원료 단량체의 공급 유속 (kg/h) 을 나타내고, B 는 중합 개시제 탱크 (3) 로부터의 원료 단량체 및 중합 개시제의 혼합물 (중합 개시제의 성분 비가 0.002 ~ 10 중량 % 인 것) 의 공급 유속 (kg/h) 을 나타낸다.
제 1 반응용기 (10) 로 공급된 원료 단량체 및 중합 개시제의 온도는 특별히 제한되지 않는다. 하지만, 이는 반응용기 내의 열균형 손실에 의하여 중합 온도를 변화시킬 수 있는 하나의 인자이고, 따라서 반응용기 (10) 로의 공급 이전에 가열기/냉각기 (도면에 도시되지 않음) 에 의하여 적절하게 상기 온도를 조절하는 것이 바람직하다.
전술된 바와 같이 제 1 반응용기 (10) 로 공급된 원료 단량체 및 중합 개시제는, 제 1 반응용기 (10) 의 단열 조건 (반응용기의 외측에 또는 외측으로부터 실질적으로 열의 이동이 없는 조건) 하에서, 상기 실시형태의 연속 중합, 연속 괴상 중합 (바꾸어 말하면, 용매 없는 중합) 을 받게 된다. 상기 제 1 중합 단계는 어느정도 중합 반응을 처리하기만 하면 되고, 중간 조성물은 제 1 반응용기 (10) 의 배출구 (11b) 로부터 수득된다.
제 1 중합 반응에서, 연속중합은, 반응용기가 반응 혼합물로 충전되는 동안 실질적으로 가스 상은 존재하지 않는 조건 (이하 완전 충전된 조건이라 함) 하에서 실시될 수 있다. 이는 연속 괴상 중합에 특히 적합하다. 완전 충전된 조건은, 겔이 반응용기의 내부 표면에 점착하고 성장하는 것, 및 상기 겔이 반응 혼합물에 혼합되어 결과적으로 얻어지는 중합체 조성물의 질을 열화시키는 문제점을 사전에 방지할 수 있다. 추가로, 완전 충전된 조건은 반응용기의 모든 내부 용적을 반응 공간으로서 사용하는 것을 가능하게 하고, 이로 인해 고생산성이 달성될 수 있다.
제 1 반응용기 (10) 의 배출구 (11b) 가 반응용기의 상부에 위치하기 때문에, 완전 충전된 조건은 제 1 반응용기 (10) 에 간단히 공급하고 연속해서 제 1 반응용기 (10) 로부터 수득함으로써 편리하게 달성된다.
제 1 중합 단계에서 추가로, 연속 중합은 단열 조건하에서 실시된다. 이는 연속 괴상 중합에 특히 적합하다. 단열 조건은, 겔이 반응용기의 내부 표면에 점착하고 성장하는 것, 및 상기 겔이 반응 혼합물에 혼합되어 결과적으로 얻어지는 중합체 조성물의 질을 열회시키는 문제를 사전에 방지할 수 있다. 추가로, 단열 조건은 중합 반응이 안정화되는 것을 가능하게 하고, 폭주 반응을 방지하기 위한 자기제어성을 불러일으킬 수 있다.
단열 조건은 제 1 반응용기 (10) 의 내측의 온도 및 제 1 반응용기 (10) 의 외부 표면의 온도를 서로에 대하여 거의 동등하게 만듦으로써 달성될 수 있다. 보다 상세하게는, 이는 전술된 제어 장치 (도면에 도시되지 않음) 의 사용으로, 재킷 (온도 조절 수단) (13) 에 대하여 설정된 제 1 반응용기의 외부 표면의 온도 및 온도 센서 (온도 감지 수단) (T) 에 의하여 감지되는 제 1 반응용기 (10) 의 온도가 서로에 대하여 상응하도록 펌프 (5 및 7) 를 작동시켜 제 1 반응용기 (10) 로의 원료 단량체 및 중합 개시제의 공급량을 조절함으로써 달성될 수 있다. 이는 반응용기 내로 여분의 열량을 추가하기 때문에, 반응용기의 외부 표면의 온도를 반응용기의 온도보다 훨씬 높게 설정하는 것은 바람직하지 않다. 반응용기의 온도와 반응용기의 외부 표면의 온도 차이가 더 작을수록, 더 좋다. 보다 상세하게는, ±5℃ 범위 내로 온도차이를 조절하는 것이 바람직하다.
중합열 및 혼합열과 같은 제 1 반응용기 (10) 에서 생성된 열은 제 1 반응용기 (10) 로부터의 중간 조성물의 수득시에 통상적으로 운반된다. 중간 조성물에 의하여 운반된 열량은 이 중간 조성물의 유속 및 비열, 및 중합 반응의 온도에 의하여 결정된다.
제 1 중합 단계에서의 연속 중합의 온도는 제 1 반응용기 (10) 의 온도 (온도 센서 (T) 에 의하여 감지됨) 로서 이해된다. 상기 온도는 정적 상태에 도달할 때까지 다양한 조건에 따라 변하고, 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 약 100 ~ 180 ℃ 이다.
제 1 중합 단계에서의 연속 중합의 압력은 제 1 반응용기 (10) 의 압력으로 이해된다. 상기 압력은 반응 용기에서 원료 단량체의 가스가 발생되는 것을 방지하기 위해 반응 용기의 온도에서 원료 단량체의 증기압 이상의 압력이고, 통상적으로 게이지 압력으로 약 1.0 ~2.0 MPa 이다.
제 1 중합 단계에서의 연속 중합을 받는 기간은 제 1 반응용기 (10) 에서의 평균 체류 시간으로서 이해된다. 평균 체류 시간은 중간 조성물에서의 중합체의 생산성 등에 따라 설정될 수 있고, 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 15 분 ~ 6시간이다. 상기 평균 체류 시간은 제 1 반응용기 (10) 로의 원료 단량체 등의 공급량 (공급 유속) 을 변화시키도록 펌프 (5 및 7) 를 사용함으로써 조절될 수 있다. 하지만, 평균 체류 시간은 대부분 제 1 반응용기 (10) 의 내부 용적에 따르기 때문에, 제 1 반응용기 (10) 의 내부 용적 및 제 2 반응용기 (20) 의 내부용적의 설계 방법이 후술된 바와 같이 중요하다.
전술된 바와 같이, 중간 조성물은 제 1 반응용기 (10) 의 배출구 (11b) 로부터 수득된다. 수득된 중간 조성물은 발생된 중합체 및 반응하지 않은 원료 단량체를 포함하고, 또한, 반응하지 않은 중합 개시제, 중합 개시제의 분해된 물질 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 실시형태가 이에 제한되지 않지만, 중간 조성물의 중합률은, 예컨대 5 ~ 80 중량 % 이다. 중간 조성물의 중합률은 중간 조성물 내의 중합체의 성분비에 통상적으로 상응한다.
· 제 2 중합 단계
제 2 중합 단계는 제 1 중합 단계에 잇따라 연속하여 실시된다.
전술된 바와 같이 얻어진 중간 조성물은 제 1 반응용기의 배출구 (11b) 로부터 얻어진 후에, 제 2 반응용기 (20) 에 연결 라인 (15) 을 통해 공급구 (21a) 로부터 공급된다. 그런 다음, 중간 조성물은, 제 2 반응용기 (20) 의 단열 조건하에서, 연속 중합, 본 실시형태에서는 연속 괴상 중합을 추가로 받게 된다. 상기 제 2 중합 단계는 중합 반응이 원하는 중합 속도로 진행하도록 하고, 중합체 조성물 (또는 중합 시럽) 은 제 2 반응용기 (20) 의 배출구 (21b) 로부터 수득된다.
이하, 제 2 중합 단계는 주로 제 1 중합 단계와는 상이한 점에 관하여 설명될 것이고, 다르게 설명하지 않는 한 제 1 중합 단계에 대한 설명과 유사한 설명이 적용된다.
상기 실시형태에 불필요할지라도, 중합 개시제 탱크 (17) 및 펌프 (19) 가, 필요하다면, 사용될 수 있다. 중합 개시제 탱크 (17) 및 펌프 (19) 를 사용하는 경우, 추가의 (또는 별도의) 중합 개시제 (바람직하게는, 원료 단량체 및 중합 개시제의 혼합물) 는 펌프 (19) 에 의해 중합 개시제 탱크 (17) 로부터 연결 라인 (15) 을 통해 공급구 (21a) 또는 다른 공급구 (21c) 에 의하여 제 2 반응용기 (20) 로 공급되고, 이로 인해 중간 조성물에는 추가의 중합 개시제가 첨가된다. 중합 개시제 탱크 (17) 로부터 제 2 반응용기 (20) 에 공급된 중합 개시제의 온도는 특별히 제한되지 않는다. 하지만, 이는 반응용기의 열 균형을 손실함으로써 중합 온도를 변화시킬 수 있는 하나의 인자이고, 따라서 반응 용기 (20) 로의 공급 이전에 가열기/냉각기 (도면에 도시되지 않음) 에 의하여 적절하게 상기 온도를 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시형태에 불필요하지만, 연결 라인 (15) 이 온도 조절 수단으로서 재킷을 갖춘 경우, 연결 라인 (15) 의 온도 및 제 1 반응용기 (10) 의 온도가 서로에 대하여 실질적으로 상응하도록 연결 라인 (15) 의 재킷의 설정 온도를 조절하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 제 2 반응용기 (20) 에 대한 중간 조성물의 공급 온도는 조절될 수 있고, 제 2 중합 단계에서 연속 중합은 공급온도를 일정하게 유지함으로써 보다 안정하게 실시될 수 있다. 연결 라인 (15) 의 온도를 제 1 중합 단계의 중합 온도와 동등한 온도로 조절하는 것은 바람직하고, 이로 인해 연결 라인 (15) 에서 중간 조성물의 압력 및 점성의 변화는 감소될 수 있고, 제 2 반응용기 (20) 로의 중간 조성물의 공급은 더 안정하게 실시될 수 있다.
제 2 반응용기 (20) 로 중합 개시제를 공급하기 위하여, 원료 단량체 및 중합 개시제의 혼합물이 중합 개시제 탱크 (3 및 17) 에서 준비되고 중합 개시제 탱크 (3 및 17) 로 부터 공급될 때, A : (B1 + B2) 의 비를 80 : 20 ~ 98 : 2 의 범위 내로, B1 : B2 의 비를 10 : 90 ~ 90 : 10 의 범위 내로 조절하는 것은 바람직하고, 여기서 A 는 원료 단량체 탱크 (1) 로부터의 원료 단량체의 공급 유속 (kg/h) 을 나타내고, B1 는 중합 개시제 탱크 (3) 로 부터의 원료 단량체 및 중합 개시제의 혼합물 (중합 개시제의 성분비가 0.002 ~ 10 중량 % 임) 의 공급 유속 (kg/h) 을 나타내고, B2 는 중합 개시제 탱크 (17) 로부터의 원료 당량체 및 중합 개시제의 혼합물 (중합 개시제의 성분비가 0.002 ~ 10 중량 % 임) 의 공급 유속 (kg/h) 을 나타낸다.
또한 제 2 중합 단계에서, 연속 중합은 완전 충전된 조건하에서 실시될 수 있다. 이는 연속 괴상 중합에 특히 적합하다. 완전 충전된 조건은, 겔이 반응용기의 내부 표면에 점착하고 성장하는 것, 및 상기 겔이 반응 혼합물에 혼합되어 결과적으로 얻어지는 중합체 조성물의 질을 열화시키는 문제점을 사전에 방지할 수 있다. 추가로, 완전 충전된 조건은 반응용기의 모든 내부 용적을 반응 공간으로서 사용하는 것을 가능하게 하고, 이로 인해 고생산성이 달성될 수 있다.
제 2 반응용기 (20) 의 배출구 (21b) 가 반응용기의 상부에 위치하기 때문에, 완전 충전된 조건은 제 2 반응용기 (20) 에 간단히 공급하고 연속해서 제 2 반응용기 (20) 로부터 수득함으로써 편리하게 달성된다.
또한, 제 2 중합 단계에서 추가로, 연속 중합은 단열 조건하에서 실시된다. 이는 연속 괴상 중합에 특히 적합하다. 단열 조건은, 겔이 반응용기의 내부 표면에 점착하고 성장하는 것, 및 상기 겔이 반응 혼합물에 혼합되어 결과적으로 얻어지는 중합체 조성물의 질을 열회시키는 문제를 사전에 방지할 수 있다. 추가로, 단열 조건은 중합 반응이 안정화되는 것을 가능하게 하고, 폭주 반응을 방지하기 위한 자기제어성을 불러일으킬 수 있다.
단열 조건은 제 2 반응용기 (20) 의 내측의 온도 및 제 2 반응용기 (20) 의 외부 표면의 온도를 서로에 대하여 거의 동등하게 만듦으로써 달성될 수 있다. 보다 상세하게는, 이는 전술된 제어 장치 (도면에 도시되지 않음) 의 사용으로, 재킷 (온도 조절 수단) (23) 에 대하여 설정된 제 2 반응용기 (20) 의 외부 표면의 온도 및 온도 센서 (온도 감지 수단) (T) 에 의하여 감지되는 제 2 반응용기 (20) 의 온도가 서로에 대하여 상응하도록 펌프 (5 및 7), 존재한다면, 펌프 (19) 를 작동시켜 제 2 반응용기 (20) 로의 원료 단량체 및 중합 개시제의 공급량을 조절함으로써 달성될 수 있다. 반응용기의 외부 표면의 온도를 반응용기의 온도보다 훨씬 높게 설정하는 것은, 반응용기 내로 여분의 열량을 추가하기 때문에, 바람직하지 않다. 반응용기의 온도와 반응용기의 외부 표면의 온도 차이가 더 작을수록, 더 좋다. 보다 상세하게는, ±5℃ 범위 내로 온도차이를 조절하는 것이 바람직하다.
중합열 및 혼합열과 같은 제 2 반응용기 (20) 에서 발생된 열은 제 2 반응용기 (20) 로 부터 중간 조성물을 수득하면서 통상적으로 운반된다. 중간 조성물에 의하여 운반된 열량은 중간 조성물의 유속 및 비열, 중합 반응의 온도에 의하여 결정된다.
제 2 중합 단계에서의 연속 중합의 온도는 제 2 반응용기 (20) 의 온도로서 이해된다. 상기 온도는, 예컨대 약 100 ~ 200 ℃ 이다. 제 2 중합 단계의 온도는 제 1 중합 단계의 온도와 동등할 수 있지만, 바람직하게는 이보다 크다.
제 2 중합 단계에서의 연속 중합의 압력은 제 2 반응용기 (20) 의 압력으로서 이해된다. 상기 압력은 일반적으로 게이지 압력으로 약 1.0 ~ 2.0 MPa 이고, 제 1 중합 단계의 압력과 동등할 수 있다.
제 2 중합 단계에서의 연속 중합을 받는 기간은 제 2 반응용기 (20) 의 평균 체류 시간으로서 이해된다. 평균 체류 시간은 중합체 조성물에서의 중합체의 생산성 등에 따라 설정될 수 있고, 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 15 분 ~ 6시간이다. 제 2 중합 단계의 평균 체류 시간은 제 1 중합 단계의 평균 체류 시간에 동등할 수 있지만, 바람직하게는 제 1 중합 단계의 평균 체류 시간과 다르다. 제 2 중합 단계의 평균 체류 시간은 제 2 반응용기 (20) 로의 원료 단량체 등의 공급량 (공급 유속) 을 변화시키기 위하여 펌프 (5 및 7), 존재한다면, 펌프 (19) 를 사용함으로써 조절될 수 있다. 하지만, 평균 체류 시간은 대부분 제 2 반응용기 (20) 의 내부 용적에 따르기 때문에, 제 1 반응용기 (10) 의 내부 용적 및 제 2 반응용기 (20) 의 내부용적의 설계 방법이 후술된 바와 같이 중요하다.
전술된 바와 같이, 중합체 조성물은 제 2 반응용기 (20) 의 배출구 (21b) 로 부터 수득된다. 얻어진 중합체 조성물은 발생된 중합체를 포함하고, 또한 반응하지 않은 원료 단량체, 반응하지 않은 중합 개시제, 중합 개시제의 분해된 물질 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 실시형태가 이에 제한되지 않지만, 중합체 조성물의 중합률은, 예컨대 30 ~ 90 중량 % 이다. 중합체 조성물의 중합률은 중합체 조성물에서의 중합체의 성분비에 통상적으로 상응한다. 중합률이 높을수록, 중합체의 생산성이 더 높아지지만, 또한 중간 조성물로부터 중합체 조성물까지의 조성물의 점성도 높아지고, 혼합을 위해 필요한 힘이 커지게 된다. 중합률이 낮을수록, 중합체의 생산성이 낮아지고, 반응되지 않은 원료 단량체를 회수하기 위한 부하가 커지게 된다. 따라서, 적절한 중합률을 목표치 또는 지표로서 설정하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 다음의 경향은 관찰된다: 중합 온도가 높을수록, 얻어진 중합체의 교대배열성이 낮아지고, 마침내 획득된 수지 조성물의 내열성이 낮아진다. 따라서, 높은 내열성을 갖는 수지 조성물의 수득을 고려하여 낮은 온도에서 중합을 실시하는 것이 보다 바람직하다. 하지만, 연속 중합이 종래의 연속 중합 장치 (JP 07-126308 A 및 JP 2006-104282 A) 의 사용에 따라 낮은 온도에서 오직 일 단계로 실시될 때, 원하는 중합률을 달성하기 위하여 장시간을 필요로 하고, 그에 따라, 긴 평균 체류 시간을 달성하기 위해서는 큰 반응용기 및 큰 공간을 필요로 하고, 그 결과 이는 비효율적이다. 추가로, 평균 체류 시간이 불필요하게 길 때, 이합체 및 삼합체와 같은 많은 양의 소중합체가 발생되고, 중합체 조성물로부터 얻어진 수지 조성물의 내열성을 저하시키는 문제가 생긴다.
추가로, 중합 개시제의 양은 중합 온도 및 평균 체류 시간과 같은 다른 조건에 따라 결정될 수 있다. 중합 개시제의 양이 많아질 때, 불안정한 중합 개시 엔드 (중합체 엔드) 의 더 많은 양이 중합체 조성물에 남고, 그 결과 마침내 얻어지는 수지 조성물의 열 안전성이 저하되는 경향이 있다.
대조적으로, 상기 실시형태와 같이 2 단계의 연속 중합을 실시함으로써, 중합 반응 조건, 보다 상세하게는, 온도, 시간 (평균 체류 시간), 중합 개시제의 양 (원료 단량체에 대한 중합 개시제의 비) 등은 제 1 중합 단계 및 제 2 중합 단계에 대하여 별도로 설정될 수 있다.
예컨대, 상기 실시형태에서, 비교적 낮은 온도에서 제 1 중합 단계의 연속 중합을 실시하고 비교적 높은 온도에서 제 2 중합 단계의 연속 중합을 추가로 실시할 수 있다. 보다 상세하게는, 제 2 반응용기에 추가된 추가의 중합 개시제는, 제 1 중합 단계의 연속 중합의 온도보다 더 높은 제 2 중합 단계의 연속 중합의 온도를 유발할 수 있다. 그 결과, 상기 실시형태는, 저온에서 일 단계의 연속 중합을 실시하는 경우에 비해 더 작은 공간에서 효과적으로 실시될 수 있고, 고온에서 일 단계의 연속 중합을 실시하는 경우에 비해 고내열성의 수지 조성물을 얻기에 보다 적합한 중합체 조성물을 얻을 수 있다.
추가로, 예컨대, 상기 실시형태에서, 제 2 중합 단계에서 연속 중합을 받는 기간과 제 1 중합 단계에서 연속 중합을 받는 기간을 차별화할 수 있다. 보다 상세하게는, 제 1 반응용기의 내부 용적 및 제 2 반응용기의 내부 용적을 서로 상이하게 디자인하는 것은 제 2 반응용기의 평균 체류 시간과 제 1 반응용기의 평균 체류 시간을 차별화할 수 있다. 원료 단량체와 함께 제 2 반응용기에 추가된 추가의 중합 개시제는 제 2 반응용기의 평균 체류 시간과 제 1 반응용기의 평균 체류 시간을 또한 차별화할 수 있다. 제 1 반응용기의 평균 체류 시간이 제 2 반응용기의 평균 체류 시간보다 더 길 때, 중합 개시제는 더 적은 양으로 제 1 반응용기에 공급될 수 있고, 그 결과 고 열 안전성의 수지 조성물 수득에 적합한 중합체 조성물이 얻어질 수 있다. 반면, 제 2 반응용기의 평균 체류 시간이 제 1 반응용기의 평균 체류 시간보다 더 길 때, 중합 개시제는 더 적은 양으로 제 2 반응용기에 공급될 수 있고, 그 결과 고 열 안정성의 수지 조성물 수득에 적합한 중합체 조성물이 얻어질 수 있다.
중합 반응 조건을 각각의 제 1 중합 단계 및 제 2 중합 단계에 대하여 설정하는 방법은, 발생된 중합체, 사용된 원료 단량체 및 중합 개시제, 내열성, 열 안전성 및 원하는 생산성 등에 따라 변경될 수 있다.
·탈휘발화 단계
전술된 바와 같이, 제 2 반응용기 (20) 의 배출구 (21b) 로부터 수득된 중합체 조성물 (중합 시럽) 은 발생된 중합체 뿐만 아니라, 반응하지 않은 원료 단량체 및 중합 개시제 등을 포함할 수도 있다. 상기 실시형태가 이에 제한되지 않지만, 상기 단량체 조성물은, 바람직하게, 예컨대 원료 단량체를 분리하고 회수하기 위한 탈휘발화를 받을 수 있다.
보다 상세하게는, 중합체 조성물은 배출 라인 (25) 을 통하여 예열기 (31) 로 옮겨진다. 예열기 (31) 내의 중합체 조성물에는, 반응하지 않은 원료 단량체로 주로 구성된 휘발성 성분을 휘발시키기 위하여 필요한 열량의 일부 또는 전부가 첨가된다. 그런 다음, 중합체 조성물은 압력 조절 밸브 (도면에 도시되지 않음) 에 의하여 탈휘발화 압출기 (33) 로 옮겨지고, 휘발성 성분은 탈휘발화 압출기에서 적어도 부분적으로 제거되고, 남겨진 압출된 대상은 펠릿으로 형성되어 배출 라인 (35) 으로부터 배출된다. 이로 인해, 메타크릴릭 에스테르 중합체를 포함하는 수지 조성물은 펠릿의 형태로 생성된다.
상기 중합체 조성물을 이동시키기 위한 방법으로서, JP 4-48802 B 에서 설명된 방법이 바람직하다. 탈휘발화 압출기를 사용하는 방법으로서, 예컨대 JP 3-49925 A, JP 51-29914 B, JP 52-17555 B, JP 1-53682 B, JP 62-89710 A 등에서 설명된 방법이 바람직하다.
추가로, 전술된 탈휘발화 압출기에서의 중합체 조성물의 탈휘발화 동안 또는 후에, 중합체 조성물 또는 압출된 대상에는, 필요하다면, 수지 조성물 내로 혼합시키기 위하여, 고급 알코올 및 고급 지방산 에스테르, 자외선 흡수제, 열 안정제, 착색제, 대전 방지제 등과 같은 윤활제가 추가될 수 있다.
탈휘발화 압출기 (33) 에서 제거된 휘발성 성분은 반응하지 않은 원료 단량체로 주로 구성되고 불순물; 예를 들면, 원료 단량체에 원래 함유된 불순물, 필요하다면 사용된 첨가제, 중합의 과정에서 발생된 휘발성 부산물, 이합체 및 삼합체와 같은 소중합체, 중합 개시제의 분해된 물질 등을 포함한다. 통상적으로, 다량의 불순물은 수득된 수지 조성물을 착색시키고, 이는 바람직하지 않다. 그런 다음, 탈휘발화 압출기 (33) 에서 제거된 휘발성 성분 (전술된 바와 같이 반응하지 않은 원료 단량체로 주로 구성되고 불순물을 포함함) 은 단량체 회수 칼럼 (도면에 도시되지 않음) 을 통하여 통과될 수 있고, 단량체 회수 칼럼 내에서 증류, 흡착 등에 의하여 처리되어, 전술된 휘발성 성분으로부터 불순물이 제거된다. 따라서, 반응하지 않은 원료 단량체는 고순도로 회수될 수 있고, 그 결과 중합용 원료 단량체로서 적합하게 재사용될 수 있다. 예컨대, 연속 증류는, 반응하지 않은 원료 단량체를 단량체 회수 칼럼의 상부로부터 증류액으로서 고순도로 회수하기 위하여 단량체 회수 칼럼에서 실시되고, 이는 회수 탱크 (37) 에서 일단 저장된 후에, 원료 단량체 탱크 (1) 로 이동되어 재생될 수 있거나, 회수 탱크 (37) 에서의 저장 없이 원료 단량체 탱크 (1) 로 이동되어 재생될 수 있다. 반면에, 단량체 회수 칼럼으로부터 제거된 불순물은 쓰레기로서 처리된다.
회수된 원료 단량체가 회수 탱크 (37) 및/또는 원료 단량체 탱크 (1) 에서의 중합 반응을 유발하지 않도록, 중합 개시제는, 예컨대 원료 단량체에 관하여 2 ~ 8 중량 ppm 의 비로 회수 탱크 (37) 또는 원료 단량체 탱크 (1) 내에서 존재하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 이에 더하여, 회수 탱크 (37) 또는 원료 단량체 탱크 (1) 내의 기상의 산소 농도는 2 ~ 8 용적 % 로 설정된다. 회수된 원료 단량체가 장시간 동안 회수 탱크 (37) 내에서 보존되는 것을 원한다면, 회수 탱크를 저온, 예컨대 0 ~ 5 ℃ 로 보존하는 것이 바람직하다.
상기 실시형태에서, 제 1 반응용기 및 제 2 반응용기가 모두 연속 괴상 중합을 실시하도록 사용된 연속 괴상 중합 장치가 설명된다. 하지만, 본 발명의 연속 중합 장치는 이에 제한되지 않고, 제 1 반응용기 및 제 2 반응용기 중 하나 또는 둘 다는 연속 용액 중합을 실시하도록 사용될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 용매가 용액 중합을 위하여 사용되기 때문에, 연속 중합 장치에는, 도 1 을 참조하여 전술된 연속 중합 장치와 유사한 형상 이외에, 용매 탱크 및 용액 중합을 실시하기 위한 특정한 반응용기에 용매를 공급하기 위한 용매 탱크와 관련된 공급 라인 및 펌프 (공급 수단) 가 장착된다. 용매 탱크 및 이 용매 탱크와 관련된 공급 라인 및 펌프 (공급 수단) 는 특별히 제한되지 않고, 종래에 사용된 것과 유사한 것이 사용될 수 있다. 용매는, 원료 단량체 및/또는 중합 개시제와 혼합된 후에 용액 중합을 실시하기 위한 특정한 반응용기로 공급될 수 있거나, 용액 중합을 실시하기 위한 특정한 반응용기로 직접적으로 공급될 수 있다. 상기 특정한 반응용기에서, 중합 단계는, 용매가 중합 반응에 사용된다는 점을 제외하고, 도 1 을 참조하여 전술한 중합 단계에 유사하게 (단열 조건하에서) 실시된다. 용매에 대하여, 용매는 용액 중합 반응 등의 원료 단량체에 따라 적절하게 선택되고, 특별히 제한되지 않지만, 용매의 예는 톨루엔, 크실렌, 에틸 벤젠, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 알코올, 에틸 알코올, 옥테인, 데케인, 사이클로 헥세인, 데칼린, 부틸 아세테이트, 펜틸 아세테이트 등을 포함한다. C : D 의 비는, 예컨대 70 : 30 ~ 95 : 5 이고, 바람직하게는 80 : 20 ~ 90 : 10 이지만, 이에 제한되지 않고, 여기서 C 는 용액 중합을 실시하기 위한 특정 반응용기에 대한 원료 단량체의 공급 유속 (kg/h) 을 나타내고, D 는 상기 특정 반응용기에 대한 용매의 공급 유속 (kg/h) 을 나타낸다.
본 발명의 연속 중합 장치 및 중합체 조성물 생산 공정은 본 발명의 실시형태를 통하여 자세하게 전술된다. 본 발명에 따라, 신규의 연속 중합 장치가 제공되고, 상기 연속 중합 장치의 사용은 적어도 제 1 반응용기 및 제 2 반응용기를 사용하여 연속해서 적어도 2 개의 단계로 중합을 실시할 수 있고, 그 결과 중합 반응 조건, 보다 상세하게는, 온도, 시간 (평균 체류 시간), 중합 개시제의 양 (원료 단량체에 대한 중합 개시제의 비) 등은 제 1 중합 단계 및 제 2 중합 단계에 대하여 개별적으로 설정될 수 있다. 이로 인해, 종료시에 획득된 수지 조성물에 포함된 중합체의 교대배열성을 제어할 수 있고, 고내열성 및 열 안정성을 가진 수지 조성물 수득에 적합한 중합체 조성물을 보다 효과적으로 생산할 수 있다.
하지만, 본 발명은 상기 실시형태에 제한되지 않고, 다양한 변경이 만들어 질 수 있다. 예컨대, 3 개 이상의 반응용기는 연속하여 3 개 이상의 단계에서 중합을 실시하도록 사용될 수 있다. 추가로, 본 발명의 중합체 조성물 생산 공정은, 본 발명의 연속 중합 장치를 사용하여 연속해서 공정을 실시하는 것이 바람직할지라도, 배쓰 (bath) 방법으로 실시될 수 있다.
산업의 응용 가능성
본 발명은, 메타크릴릭 에스테르 중합체를 가진 수지 조성물의 획득에 적합한 중합체 조성물의 생산에 사용된다.
본 출원은, "연속 중합 장치 및 중합체 조성물 제조 방법" 이라는 제목으로, 2010 년 11 월 8 일자로 출원된 일본 특허 출원 제 2010 - 249892 호를 우선권 주장한다. 상기 출원 내용은 전체적으로 이를 참조함으로써 본원에 포함된다.
1 : 원료 단량체 탱크 (원료 단량체 공급원)
3 : 중합 개시제 탱크 (중합 개시제 및, 필요하다면, 원료 단량체 공급원)
5 : 펌프
7 : 펌프
9 : 원료 단량체 공급 라인
10 : 제 1 반응용기
11a : 공급구
11b : 배출구
11c : 다른 공급구
13 : 재킷 (온도 조절 수단)
14 : 혼합기
15 : 연결 라인
17 : 중합 개시제 탱크 (추가의 중합 개시제 및, 필요하다면, 원료 단량체 공급원)
19 : 펌프
20 : 제 2 반응용기
21a : 공급구
21b : 배출구
21c : 다른 공급구
23 : 재킷 (온도 조절 수단)
24 : 혼합기
25 : 배출 라인
31 : 예열기
33 : 탈휘발화 압출기
35 : 배출 라인
37 : 회수 탱크
T : 온도 센서 (온도 감지 수단)

Claims (7)

  1. 완전 혼합 방식의 적어도 제 1 반응용기 및 제 2 반응용기를 포함하는 연속 중합 장치에 있어서,
    상기 각각의 반응용기는, 이 반응용기의 상부에 위치된 공급구 및 배출구를 갖고;
    제 1 반응용기의 공급구는 원료 단량체 및 중합 개시제의 공급원에 연결되고;
    제 1 반응용기의 배출구는 제 2 반응용기의 공급구에 연결된 것을 특징으로 하는 연속 중합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반응용기 및 제 2 반응용기가 모두 연속 괴상 중합을 실시하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 연속 중합 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 2 반응용기의 상기 공급구 또는 제 2 반응용기에 장착된 다른 공급구는 추가의 중합 개시제의 공급원에 연결된 것을 특징으로 하는 연속 중합 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 반응용기의 내부 용적은 제 2 반응용기의 내부 용적과는 상이한 것을 특징으로 하는 연속 중합 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 반응용기의 배출구는 온도 조절 수단이 장착된 연결 라인에 의하여 제 2 반응용기의 공급구에 연결된 것을 특징으로 하는 연속 중합 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 반응용기에는 제 1 반응용기의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 수단이 장착되고;
    연결 라인의 온도 조절 수단은, 연결 라인의 온도가 온도 감지 수단에 의하여 감지된 제 1 반응용기의 온도와 실질적으로 동일한 온도에 있도록 조절되는 것을 특징으로 하는 연속 중합 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 연속 중합 장치를 사용함으로써 실시된 중합체 조성물을 생산하기 위한 제조 방법으로서,
    제 1 반응용기 내의 단열 조건하에서 연속 중합을 받도록 원료 단량체 및 중합 개시제의 공급원으로부터 제 1 반응용기의 공급구를 통해 상기 제 1 반응용기에 원료 단량체 및 중합 개시제를 공급하고, 제 1 반응용기의 배출구로부터 최종 중간 조성물을 수득하는 제 1 중합 단계; 및
    제 2 반응용기 내의 단열 조건하에서 연속 중합을 추가로 받도록 제 2 반응용기의 공급구를 통해 상기 제 2 반응용기에 중간 조성물을 공급하고, 제 2 반응용기의 배출구로부터 최종 중합체 조성물을 수득하는 제 2 중합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중합체 조성물을 생산하기 위한 제조 방법.
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