KR20130090730A - 높은 고형분을 가진 염화비닐계 수지 라텍스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초기에 투입되는 중합수를 줄인 후 중합을 진행하고 중합수의 투입 비율과 시점을 조절함으로써 라텍스에서 높은 고형분을 가지고 중합 시간의 단축 효과를 가져오며 최종적으로 분무 건조 공정 과정에서 획기적인 에너지 절감 효과를 나타내는 폴리염화비닐 라텍스에 관한 것이다.

Description

높은 고형분을 가진 염화비닐계 수지 라텍스{polyvinyl chloride resin latex having high total solid content}

본 발명은 염화비닐계 수지 라텍스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초기에 투입되는 중합수를 줄인 후 중합을 진행하고 중합수의 투입 비율과 시점을 조절함으로써 제조되며, 라텍스에서 높은 고형분을 가지고 중합 시간의 단축 효과를 가져오며 최종적으로 분무 건조 공정 과정에서 획기적인 에너지 절감 효과를 나타내는 폴리염화비닐 라텍스에 관한 것이다.

페이스트 염화비닐계 수지는 염화비닐 단량체 단독 또는 염화비닐 단량체와 이것과 공중합이 가능한 단량체의 혼합물(이것들을 합쳐서 염화비닐계 단량체라고 한다)을 수성 매체 중에서 유화제 그리고 유용성 중합개시제를 첨가하고 균질화한 뒤 미세 현탁 중합을 한다. 필요에 따라 고급 알코올, 고급 지방산 등의 보조 분산제를 이용해도 좋다.

다른 중합법으로 상기 염화비닐계 단량체를 수성 매체 중에서 유화제, 수용성 개시제를 첨가하고 유화중합이나 시드 유화 중합을 한다. 시드 유화 중합에서는 2가지 종류의 평균 입경이 다른 시드를 중합 초기에 투입하여 염화비닐 단량체가 시드와 반응하면서 성장하여 최종 라텍스 입자를 제조한다. 페이스트 염화비닐계 수지 중합에 있어서 사용된 염화비닐계 단량체는 일반적으로 80~98중량%가 페이스트 염화비닐계 수지로 되고, 나머지 미반응의 단량체는 제거하여 고형분 함량이 낮은 라텍스를 얻게 된다. 페이스트 염화비닐계 수지는 라텍스를 스프레이 드라이어에서 분무 건조를 통해 얻어진다. 건조 과정에서 라텍스 내의 50중량% 정도의 물을 증발시키기 위해 200℃의 높은 온도의 스팀이 필요하다. 비열이 높은 많은 양의 물을 증발시키기 위해 가격이 비싼 높은 온도의 많은 스팀 양이 필요로 하게 되기 때문에 고형분을 높이는 것은 에너지 절감에 매우 효과적이다. 종래에는 라텍스의 고형분을 높이기 위해 라텍스 농축 과정을 이용하는 방법들을 사용하고 있는데, 분리막을 이용해 물을 빼내 라텍스의 고형분을 높이는 방법이다. 하지만 위 농축 공정 방법은 초기 투자비가 높을 뿐만 아니라 3중량% 이상의 고형분을 높이기 어렵고, 분리막을 자주 교체 및 청소해야 하기 때문에, 유지 비용도 많이 들고 매우 비효율적이다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 본 발명의 목적은 높은 고형분을 가진 페이스트 염화비닐계 수지의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 목적은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성 될 수 있다.

본 발명에 따르면, 고형분 함량이 50% 이상인 염화비닐계 수지 라텍스를 제공한다.

본 발명은 페이스트 염화비닐 제조 방법에 관한 것으로 중합에 사용되는 중합수의 투입 비율과 시점을 조절하여서 높은 고형분을 가진 폴리염화비닐 라텍스를 제조하는 방법에 관한 내용이다.

본 발명에 따른 페이스트 염화비닐계 수지용 염화비닐계 시드의 제조방법은 초기에 투입되는 중합수를 줄인 후 중합을 진행하고 중합의 전환율이 75% 시점에서 초기에 줄인 중합수를 일정량을 일정시간 동안 투입한다. 따라서 본 발명은 중합 말기에 발생하는 겔 효과에 의한 히트 킥을 줄여줄 뿐만 아니라 라텍스의 중합 안정성도 부여할 수 있게 하고 라텍스의 고형분을 4% 이상 높일 수 있게 되었다. 또한 본 발명은 초기 중합수를 줄임으로써 염화비닐 단량체와 부원료 농도의 증가로 반응성을 강하게 하여 중합 시간 단축의 효과도 얻을 수 있었다. 최종적으로 본 발명은 스프레이 드라이어를 이용한 건조 공정 과정에서 획기적인 에너지 절감을 가능하게 하였다.

본 발명에 따르면, 고형분 함량이 50중량% 이상인 염화비닐계 수지 라텍스를 제공한다. 보다 구체적으로는 고형분 함량이 50% 내지 65%인 염화비닐계 수지 라텍스를 제공한다.

상기 염화비닐계 수지 라텍스는, 분무건조(spray drying)에 의한 페이스트 염화비닐계 수지의 제조에 사용된다.

상기 염화비닐계 수지 라텍스는, 중합수를 중합개시 전 투입되는 단량체 총 100중량부를 기준으로 30 내지 65중량부 투입하여 중합하고, 이후 중합전환율 65 내지 85%에서 5 내지 15중량부를 투입하여 제조된다.

너무 적은 양의 중합수를 사용할 경우 열 제어 능력이 떨어져 반응 컨트롤이 어렵고 라텍스의 안정성 저하를 유발할 수 있으며, 너무 많은 양의 중합수를 사용하게 되면 고형분 함량의 상승을 기대하기 어렵다. 중합 말기에 투입되는 중합수는 말기 온도 상승을 방지하기 위해 5phm 이상의 중합수를 투입한다.

또한, 상기 염화비닐계 수지 라텍스는, 초기에 중합수 67 내지 93중량%를 투입하고, 중합 전환율 65 내지 85%에 7 내지 33중량%를 투입하여 제조된다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

페이스트 염화비닐계 수지는 염화비닐 단량체 단독 또는 염화비닐 단량체와 이것과 공중합이 가능한 단량체의 혼합물(이것들을 합쳐서 염화비닐계 단량체라고 한다)을 수성 매체 중에서 유화제, 그리고 유용성 중합개시제를 첨가하고 균질화한 뒤 미세 현탁 중합을 한다. 필요에 따라 고급 알코올, 고급 지방산 등의 보조 분산제를 이용해도 좋다. 다른 중합법으로 상기 염화비닐계 단량체를 수성 매체 중에서 유화제, 수용성 개시제를 첨가하고 유화중합이나 시드(seed) 유화중합을 한다. 시드 유화 중합법에서는 2가지 종류의 평균 입경이 다른 시드를 중합 초기에 투입하여 염화비닐 단량체가 시드와 반응하면서 성장하여 최종 라텍스 입자를 제조한다. 제1 시드는 염화비닐계 단량체, 유화제, 유용성 개시제를 첨가하고 로터-스타터(rotor-stator) 타입의 균질기 펌프를 이용해 균질화한 후 중합하여 제조한 것으로 평균 입경이 0.4~1.5㎛ 정도이고, 제2 시드는 유화중합으로 제조하며 평균 입경이 0.1~0.4㎛ 정도이다. 이 경우에도 필요에 따라 고급 알코올, 고급 지방산 등의 보조 분산제를 이용해도 좋다. 페이스트 염화비닐계 수지 중합에 있어서 사용된 염화비닐계 단량체는 일반적으로 80~98중량%가 페이스트 염화비닐계 수지로 되고, 나머지 미 반응의 단량체는 제거한다. 중합 후의 페이스트 염화비닐계 수지의 라텍스를 분무 건조를 통해 얻어진다. 건조할 때 일반적으로 탈수 여과 등을 행하지 않기 때문에 유화제 등의 원료는 수지 중에 잔류한다. 본 발명은 시드 유화 중합(Microsuspension Seeded Polymerization)에서 에너지 절감을 위해 높은 고형분을 가진 폴리염화비닐 라텍스를 제조하는 방법에 관한 내용이다.

본 발명은 초기에 투입되는 중합수를 줄인 후 중합을 진행하고 중합의 전환율이 65 내지 85% 시점에서 초기에 줄인 중합수를 일정량을 일정시간 동안 투입한다. 따라서 위 발명은 중합 말기에 발생하는 겔 효과(gel effect)에 의한 히트 킥(heat kick)을 줄여 줄 뿐만 아니라 라텍스의 중합안정성도 부여할 수 있게 하고 최종적으로 라텍스의 고형분을 높일 수 있게 된다.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

[실시예]

본 중합

비교예 1

500L 고압반응기에 초기 중합수 85phm(per hundreds monomers), 염화비닐 단량체 100phm을 투입한 후 반응기의 온도를 57.5℃로 승온시키고 시드 유화중합을 시작하여 반응기 압력이 3.5kg/cm³에 도달한 시점에서 반응을 종결하였다. 이렇게 하여 염화비닐계 라텍스를 분무 건조기로 건조하여 염화비닐계 수지를 수득하였다.

비교예 2

상기 비교예 1에서 초기 투입된 중합수의 양이 75phm인 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 중합하였다.

실시예 1

500L 고압반응기에 초기 중합수 65phm, 염화비닐 단량체 100phm을 투입한 후 반응기의 온도를 57.5℃로 승온시키고 시드 유화중합을 시작하였다. 중합 시작 후 전환율 75% 시점에서 10phm의 중합수를 연속 투입하고 반응기 압력이 3.5kg/cm3인 시점에서 반응을 종결하였다. 이렇게 하여 염화비닐계 라텍스를 분무 건조기로 건조하여 염화비닐계 수지를 수득하였다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 초기 투입된 중합수의 양이 60phm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 중합하였다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 초기 투입된 중합수의 양이 55phm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 중합하였다.

실시예 4

상기 실시예 1에서 초기 투입된 중합수의 양이 40phm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 중합하였다.

[시험예]

상기 실시예 및 비교예의 폴리염화비닐 라텍스의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었으며, 사용된 측정방법은 다음과 같다.

1) 고형분(Total Solid Content, TSC)

오븐에서 150℃, 30분간 가열하여 남은 고형분의 무게 변화를 측정하였다.

중합 처방 및 결과

	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
초기 중합수(kg)	85	75	65	60	55	40
말기 중합수(kg)	0	0	10	10	10	10
전체 중합수(kg)	85	75	75	70	65	50
최대 온도(℃)	72.1	89.1	61.1	63.8	66.2	83.4
최대 압력(kg/cm3)	8.8	10.9	8.6	8.5	8.7	9.2
고형분(%)	49.6	52.1 (비정상 슬러리)	52.5	54.1	55.7	56.7

상기 실시예 1 내지 4에 의한 염화비닐계 수지 라텍스는 비교예 1 내지 2에 비하여, 중합수의 투입 총량이 감소할 뿐만 아니라, 최대 라텍스의 고형분을 7% 이상 높일 수 있게 되어 최종 라텍스의 건조에 들어가는 스팀 비용을 획기적으로 줄일 수 있었다. 총 중합수의 양은 같고 말기 중합수를 투입하지 않은 비교예 2는 반응 말기 온도와 압력이 크게 상승하여 비정상적인 슬러리 상태로 얻어졌다. 상기에서 알 수 있듯이 반응 말기 중합수의 투입은 반응 말기 중합안정성을 높일 뿐만 아니라 정상적인 라텍스를 얻기 위해서 필요하다.

Claims (4)

1. 고형분 함량이 50% 내지 65%인 염화비닐계 수지 라텍스.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 염화비닐계 수지 라텍스는, 분무건조에 의한 페이스트 염화비닐계 수지의 제조에 사용되는 것을 특징으로 하는 염화비닐계 수지 라텍스
3. 제 1항에 있어서,
   상기 염화비닐계 수지 라텍스는, 중합수를 중합개시 전 투입되는 단량체 총 100 중량부를 기준으로 30 내지 65중량부 투입하여 중합하고, 이후 중합전환율 65 내지 85%에서 5 내지 15중량부를 투입하여 제조됨을 특징으로 하는 염화비닐계 수지 라텍스.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 염화비닐계 수지 라텍스는, 초기에 중합수 67 내지 93중량%를 투입하고, 중합 전환율 65 내지 85%에 7 내지 33중량%를 투입하여 제조됨을 특징으로 하는 염화비닐계 수지 라텍스.