KR20140080466A - 높은 고형분 함량을 가지는 고분자 슬러리 및 이의 제조방법 - Google Patents

높은 고형분 함량을 가지는 고분자 슬러리 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 응집 단계와 숙성단계를 각각의 분리된 2단계로 진행시키지 않고 한 반응기에서 동시에 진행시키며, 상기 응집/숙성과 동시에 기계적인 힘을 이용하여 슬러리 단위 질량당 가해지는 에너지를 증가시킴으로써 높은 고형분 함량을 가지는 고분자 슬러리 분체의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 상기 슬러리 단위 질량당 가해지는 에너지를 증가시키는 방법은 투입되는 라텍스의 함량, 슬러리 배출구의 크기, 단위 시간 당 회전수(RPM) 조절을 통해 슬러리 내의 함수율을 낮추어 슬러리 탈수 성능을 개선시켜 건조 공정에 소비되는 많은 에너지를 획기적으로 절약할 수 있으며, 수지 내에 잔류되는 금속이온의 양을 감소시켜 수지에 열 안정성을 개선시킬 뿐만 아니라, 슬러리 함수율을 낮추어 높은 고형분 함량을 가지는 고분자 분체의 제조가 가능하다.

Description

높은 고형분 함량을 가지는 고분자 슬러리 및 이의 제조방법{Polymer slurry having high solid content, and method of preparing the same}
본 발명은 유화중합을 통하여 고분자 라텍스로부터 높은 고형분 함량을 가지는 고분자 슬러리와 이로부터 고분자 슬러리 분체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
유화중합을 이용하여 고분자 수지 분체를 얻는 방법은 고분자 라텍스를 응집-숙성-탈수-건조 등의 단계를 거쳐서 제조된다.
이 중에서 유화중합 고분자 라텍스의 응집은 유화제에 의해 안정된 라텍스 입자 하나하나를 다양한 응집제를 이용하여 화학적인 방법 혹은 강한 전단력을 주어 기계적인 힘으로 그 안정성을 깨뜨리는 과정이다.
응집제를 이용한 화학적인 방법은 라텍스의 안정성을 확보하기 위해 사용된 유화제의 종류에 따라 각기 다른 응집제를 사용하여 안정성을 깨뜨리며, 기계적인 방법은 강한 전단력에 의해 유화제 간의 반발력을 이겨내고 라텍스 입자와 입자가 뭉치도록 하는 것이다.
이 중에서 래피드 응집(rapid coagulation)은 고분자 라텍스에 응집제 수용액을 과량으로 투입하여 상기 유화제에 의해 정전기적 안정화를 깨뜨려 라텍스 내의 고분자 입자들이 서로 뭉치도록 하는 방법이다. 이러한 고분자 입자들이 뭉친 상태를 슬러리라고 하며, 상기 슬러리를 승온시켜 사슬 간 상호 침투에 의해 결합력이 강화되도록 하는 과정인 숙성(aging) 과정을 거치게 한다. 이렇게 물리적으로 비교적 강한 결합을 갖는 슬러리는 탈수 및 건조 과정을 거쳐 최종적으로 분말상으로 얻어지게 된다.
다음 도 1은 종래기술에 따른 고분자 라텍스 슬러리 분체를 제조하는 응집 공정 장치의 개략도를 나타낸 것이다. 상기 장치는 라텍스 저장탱크(1), 응집조(2), 숙성조(3), 탈수기(4), 및 건조기(5)를 포함하는 구성으로 이루어져 있다.
먼저 라텍스 저장 탱크(1)에 저장된 고분자 라텍스를 고분자 라텍스 투입 라인(11)을 통하여 응집조(2)에 첨가한 다음, 상기 고분자 라텍스에 응집제 수용액을 응집제 투입 라인(12)을 통하여, 또한 고형분 농도를 조절하기 위하여 물 공급라인(13)을 통하여 물을 응집조(12)로 첨가시킨다. 상기 첨가된 응집제 수용액은 유화제에 의한 정전기적 안정화를 깨뜨려 라텍스 내의 고분자 입자들을 뭉치게 만드는 응집 과정을 거치면 고분자 슬러리를 얻게 된다. 상기 응집된 고분자 슬러리는 숙성조(3)로 이송되어 높은 온도 하에서 40~90분 동안 체류시켜 숙성시키는 과정을 거친다. 최종 얻어진 슬러리는 탈수기(4)에서 탈수과정을 거쳐 건조기(5)에서 건조시킨 후, 최종 고분자 분체(15)를 얻게 된다. 상기 탈수기에서 첨가된 응집제는 배출(14)되게 된다.
상기와 같은 장치를 이용하는 경우, 높은 고형분 함량을 가지는 슬러리 제조 를 위해서는 높은 점도로 인해 슬러리를 교반시키기 어려울 뿐만 아니라 이송도 불가능하여 분체로의 회수가 매우 어렵다. 따라서 낮은 고형분 함량 하에서만 운전이 가능하다는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 개선하기 위해서 다단 연속 응집 및 숙성 공정을 제안하였다. 이 공정은 낮은 고형분 함량을 가지는 고분자 슬러리를 효과적으로 숙성할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 하지만 높은 고형분 함량을 가지는 슬러리에는 적용할 수 없으며, 여러 단계를 거쳐야 하기 때문에 공정의 효율성 측면에서도 다소 떨어진다.
또한 응집제의 분할 투입을 통하여 응집속도를 조절함으로써 생성되는 최종 입자의 분체 특성을 개선시키는 완속 응집(slow coagulation) 공정을 제안하였다. 이는 에너지 장벽이 존재하는 2차 웰 영역에서 응집이 일어나므로 응집속도가 느리고 입자가 재배열이 이루어질 여지가 있어, 규칙적인 충진에 의한 구형 입자의 제조가 가능하다. 하지만 전체적인 응집제의 사용량은 래피드 응집과 비슷하며, 단지 분할 투입을 실시하여 응집시키는 방법일 뿐이다. 따라서 과량의 응집제에 의한 폐수 발생을 막을 수 없으며, 1차 응집조의 경우 래피드 응집 대비 소량의 응집제를 투입하므로 슬러리의 점도가 상승하여 흐름성 확보를 위하여 래피드 응집 대비 물을 더 첨가해야 하는 단점을 가지고 있으며, 래피드 응집에 비해 높은 함수율을 갖는 단점도 있다.
위의 두 가지 방법 모두 응집 후 만들어지는 고분자 라텍스 슬러리의 흐름성은 고형분 함량, 슬러리의 입도 분포 및 슬러리의 내포수 함량 등에 영향을 받는데, 특히 고형분 함량에 많은 영향을 받는다. 슬러리의 고형분 함량이 어느 정도 이상이 되면 슬러리의 흐름성이 급격이 악화되어 한 덩어리가 되므로, 운전이 불가능하게 된다.
따라서 슬러리의 흐름성을 원활하게 하기 위해 응집 과정 시 추가적으로 과량의 물을 첨가해야 한다. 과량의 물의 첨가는 슬러리를 응집 온도 및 숙성 온도로 승온시킬 때 발생하는 에너지 비용을 상승시키며, 탈수 과정에도 과량의 폐수를 발생시켜 후처리 비용을 상승시킨다. 또한 직접 스팀을 이용하지 못하고, 매질인 물에 응축시켜 슬러리에 에너지를 전달함으로 그 효율이 떨어지는 문제가 있다.
지금까지의 제조방법에 따라 고분자 라텍스로부터 제조된 고분자 슬러리는 그 함수율이 약 30% 이상이고, 탈수 공정을 거치는 경우 약 15% 전후의 함수율을 가지며, 최종 건조 단계를 거쳐 분체 상의 고분자 수지를 얻게 된다. 이 경우, 슬러리 자체의 함수율이 높기 때문에 동일한 탈수 단계를 거치더라도 최종 슬러리의 함수율을 최소화시키는 데 한계가 있다. 따라서 통상적으로 탈수 단계 이후 압착을 통한 별도의 설비를 이용하여 수분의 함량을 낮추는 공정을 추가적으로 이용하고 있다.
이에 본 발명에서는 유화중합을 이용하여 고분자 라텍스로부터 고분자 슬러리 분체를 제조함에 있어, 고분자 라텍스를 응집, 숙성시켜 얻어진 슬러리의 함수율을 조절할 수 있으면서 동시에 가능한 낮은 함수율을 갖도록 제조할 수 있는 고분자 수지의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 고분자 라텍스를 응집과 숙성을 동시에 수행할 수 있는 반응기를 사용하면서, 상기 고분자 라텍스의 응집과 숙성 공정에서 상기 슬러리 단위 질량당 가해지는 에너지를 증가시키는 방법, 즉 투입되는 라텍스의 함량(반응기 내에 머무르는 체류시간), 슬러리 배출구의 크기, 단위시간당 회전수(RPM) 등의 조절을 통해 라텍스로부터 얻어지는 고분자 슬러리 내의 수분 함량을 낮출 수 있었다. 본 발명에 따르면 동일한 탈수 공정을 거쳐 제조된 고분자 수지의 수분 함량을 종래에 비해 현저하게 낮출 수 있어 건조 시 소모되는 에너지를 줄일 수 있는 것을 그 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 슬러리 내의 함수율을 최소화시켜 높은 고형분 함량을 가지는 고분자 슬러리를 제조할 수 있는 고분자 수지와 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 응집 및 숙성 시 높은 점도를 가지는 슬러리를 제조하고 그 장치 내에서 추가적으로 기계적인 힘을 가함으로써 동일한 탈수 공정을 거치더라도 더 낮은 함수율은 갖는 고분자 수지를 제조할 수 있다.
또한, 응집과 숙성 일체형 반응기 내에서 응집과 동시에 기계적인 힘을 이용하여 탈수 전 슬러리의 함수율을 낮추는 효과를 가진다.
이렇게 슬러리의 함수율을 낮추는 것은 대량으로 생산되는 공정의 특성 상 1~2%의 함수율을 낮추는 것 만으로도 실제 고분자 분체에 미치는 효과는 매우 크다.
도 1은 종래기술에 따른 고분자 라텍스 슬러리 분체를 제조하는 응집 공정 장치의 개략도이다.
본 발명의 높은 고형분 함량을 가지는 고분자 수지의 제조방법은 응집 단계와 숙성단계를 각각의 분리된 2단계로 진행시키지 않고 한 반응기에서 동시에 진행시키며, 상기 응집/숙성과 동시에 기계적인 힘을 이용하여 슬러리 단위 질량당 가해지는 에너지를 증가시키는 것으로 구성된 것을 그 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 유화중합을 이용하여 고분자 라텍스로부터 고분자 수지 분체를 제조함에 있어, 고분자 라텍스의 응집 및 숙성 두 단계의 공정을 한 단계로 압축시킨 신규 고안된 장치를 이용하여 진행시키되, 상기 응집 및 숙성 시 기계적인 힘을 더 가하여 초기 슬러리가 내포하는 수분의 함량을 줄여 동일한 탈수 공정을 거치더라도 낮은 함수율을 가지는 슬러리를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 사용한 신규 고안된 장치 및 이를 이용한 고분자 라텍스 수지 분체의 제조방법은 본 출원인이 기 출원한 2009-0072597 특허에 상세히 설명되어 있으며, 상기 특허의 명세서 및 청구항에 기재된 모든 내용은 그대로 본 발명에 포함된다.
본 발명에서 슬러리의 함수율을 낮추고자 시도한 방법은 고분자 라텍스의 응집과 숙성 과정에서 상기 슬러리에 기계적인 힘을 가하는 방법이다. 여기서 기계적인 힘이란 슬러리 단위 질량당 가해지는 에너지(J/g)로 표현할 수 있으며, 상기 에너지가 높아질수록 슬러리의 함수율이 낮아진다. 여기서 에너지의 크기는 응집과 숙성이 일어나고 있는 반응기 내부의 가해지는 힘을 측정하여 이를 통해 생산되는 슬러리 내의 고형분의 무게로 나누어 줌으로써 그 에너지의 크기를 산출하였다. 이는 제조된 슬러리가 반응기 내에 얼마나 꽉 찼는가에 따라 다르게 나타나며, 반응기 내에 꽉찬 정도, 즉 필링(filling)에 따라 기계적인 힘은 점점 커지는 것을 확인하였다. 따라서, 반응기 내부가 슬러리로 최대한 필링되는 경우 슬러리 단위 질량당 가해지는 에너지가 증가되어 응집과 숙성과정을 거친 슬러리의 함수율은 낮아지게 된다.
그러나, 본 발명과 같은 원리를 이용하는 경우 라텍스의 고형분 함량이 30% 이상, 바람직하기로는 30~60%인 경우에만 가능하다. 라텍스의 고형분 함량이 상기 미만인 경우에는 점도가 너무 낮기 때문에, 슬러리의 단위 질량당 가해지는 에너지를 증가시킨다 하더라도 함수율을 원하는 수준으로 조절하기 어렵다.
본 발명에서 슬러리의 단위 질량당 가해지는 에너지를 증가시킬 수 있는 제1방법은 응집과 숙성 과정에서 투입되는 라텍스의 양을 증가시키는 것이다. 상기 응집과 숙성이 진행되는 반응기는 반응물의 교반을 위해 일정한 교반기가 부착되어 있고, 상기 반응물들은 일정한 방향으로 교반되면서 응집과 숙성이 끝난 다음에는 다음 공정을 위해 배출되도록 되어 있다. 따라서, 투입되는 라텍스의 함량을 증가시키는 경우 반응기는 반응된 반응물로 최대한 채워지게 되고, 이때 슬러리의 단위 질량당 가해지는 에너지는 증가되어 응집과 숙성을 거친 슬러리의 함수율은 떨어지게 된다.
상기 반응기로 투입되는 라텍스의 함량은 라텍스가 반응기 내에 머무르는 체류시간으로 나타낼 수 있으며, 상기 체류시간은 라텍스의 함량이 증가될수록 짧아진다. 즉, 체류시간은 일정한 부피를 유지하는 반응기에 투입되는 라텍스 함량으로 나눈 값으로, 상기 반응기의 부피는 일정하게 유지되므로 라텍스 함량이 증가될수록 체류시간은 짧아진다. 따라서, 본 발명과 같은 효과를 나타내기 위해서는 상기 체류시간이 1분~10분 사이인 것이 바람직하다.
통상 고분자 라텍스를 응집 및 숙성시켜 고분자 슬러리로 제조함에 있어, 응집은 수초 내에 이루어지고, 나머지 대부분의 시간은 상기 슬러리의 함수율을 최소화시키기 위해 충분한 숙성 시간이 요구된다. 즉, 숙성을 얼마나 충분히 시키느냐에 따라 슬러리의 함수율이 결정되기 때문에, 숙성에 따른 시간과 에너지가 많이 필요하고 어려움이 따른다.
다음 도 1과 같이 종래 응집-숙성 과정이 별도로 나누어진 탱크 타입의 반응기를 이용하는 경우 고분자의 움직임을 통한 수축으로 함수율을 낮추기 위해서는 높은 온도와 긴 숙성시간이 필요하였다.
그러나, 본 발명에서는 고분자 라텍스의 응집과 숙성을 하나의 반응기에서 모두 수행할 수 있으므로, 별도의 숙성과정을 거쳐야 하는 번거로움을 피할 수 있고, 숙성을 위한 긴 시간 없이 본 발명과 같이 체류시간을 짧게 유지하더라도 슬러리 내의 함수율을 최소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 에너지를 증가시킬 수 있는 제2방법은 응집과 숙성 과정에서 반응기의 단위시간 당 회전수(RPM)를 최소화시키는 것이다. 즉, 상기 반응기의 단위시간 당 회전수를 감소시키게 되면 응집과 숙성 과정을 거친 슬러리가 반응기 밖으로 배출되는 데 있어 그 이송능력이 떨어지게 되므로, 배출되는 슬러리 함량이 줄어들어 반응기 내에 슬러리의 필링 정도가 증가되어 슬러리의 함수율을 낮출 수 있다. 상기 반응기의 단위시간 당 회전수는 20~100 N/min, 바람직하기로는 25~80 N/min이다.
또한, 본 발명에서 에너지를 증가시킬 수 있는 제3방법은 응집과 숙성 단계가 끝난 슬러리가 배출되는 배출구 크기를 조절하는 것이다. 상기 배출구의 크기를 줄이게 되면 배출 면적이 감소되어 반응기 내에 필링된 슬러리 함량이 증가되므로 역시 단위 질량 당 가해지는 에너지를 증가시킬 수 있기 때문에 최종 제조된 슬러리의 함수율을 최소화시킬 수 있다.
본 발명에서 배출구 크기를 조절하는 방법은 슬러리가 배출되는 배출구를 점진적으로 차단시키는 것이다. 즉, 상기 슬러리가 배출되는 배출구의 크기는 일정하게 정해져 있으므로, 상기 배출구의 크기를 약 85%까지, 바람직하기로는 약 50~70%까지 차단시키게 되면, 배출되는 슬러리의 함량이 점차 줄어들고, 반응기 내부에 필링된 슬러리 함량이 증가되어 에너지를 증가시키는 원리이다.
상술한 바와 같이 본 발명에서 슬러리에 단위 질량당 가해지는 에너지를 증가시켜 슬러리의 함수율을 최소화시키는 3가지 방법들은, 각각을 단독으로 이용해도 되고, 1종 이상의 방법을 혼합 사용해도 무방하며, 이들은 서로 각각의 정해진 범위에서 시너지 효과를 발휘할 수 있기 때문에 혼합 사용하는 경우 더 바람직하다고 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 높은 고형분 함량을 가지는 본 발명의 고분자 라텍스 슬러리 분체 제조에 사용되는 고분자 라텍스는 고형분 함량이 10 ~ 90 중량%인 유화 중합시킨 고분자 라텍스로서, 바람직하기로는 비닐시안화합물-공액디엔계화합물-방향족 비닐화합물로 이루어진 그라프트 공중합체이다. 상기 그라프트 공중합체는 공액디엔계 화합물에 방향족 비닐 화합물과 비닐시안화합물의 단량체 혼합물을 중합시켜 제조된 것이다.
상기 공액디엔계 화합물은 부타디엔계 고무(BR), 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체 고무(EPDM), 에틸렌 프로필렌 고무(EPR), 할로부틸 고무, 부틸고무, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 및 스티렌-부타디엔 고무(SBR)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이다.
또한, 상기 비닐시안화합물은 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 에타크릴로니트릴 및 이들의 유도체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이다.
상기 방향족 비닐 화합물은 스티렌, 알파메틸스티렌, 알파에틸스티렌, 파라메틸스티렌, 비닐톨루엔 및 이들의 유도체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이다.
상기 그라프트 공중합체의 고형분 함량은 25~60 중량%이며, 그 가운데 부타디엔 40~70 중량%, 아크릴로니트릴 5~20 중량%, 스티렌 10~40 중량%를 포함하는 구성으로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명의 고분자 라텍스는 상기 비닐시안화합물-공액디엔계화합물-방향족 비닐화합물로 이루어진 그라프트 공중합체에 국한되는 것이 아니며, 유화제를 포함하여 그 안정성을 유지하는 다른 고분자 라텍스도 사용할 수 있다.
상기 유화제를 포함하여 그 안정성을 유지하는 다른 고분자 라텍스의 예로는 스티렌 중합체, 부타디엔 중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 알킬 아크릴레이트 중합체, 알킬 메타아크릴레이트 중합체, 알킬 아크릴레이트-아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-알킬 아크릴레이트-스티렌 공중합체, 알킬메타아크릴레이트-부타디엔-스티렌 공중합체, 알킬아크릴레이트-알킬메타아크릴레이트 공중합체 등을 들 수 있다.
본 발명에서 사용되는 응집제로는 황산, 인산, 염산 등의 수용성 무기산 또는 황산염, 칼슘염 등의 무기염을 사용할 수 있다. 일반적으로 응집제는 응집에 필요한 이론치 이상 투입하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 상기 고분자 라텍스 100 중량부에 대하여 0.5~5중량부, 바람직하기로는 0.5~3.0 중량부, 가장 바람직하기로는 0.5~2중량부로 사용될 수 있다. 즉, 본 발명에서는 아주 미량의 응집제 만으로도 효과적으로 고분자 라텍스를 응집시킬 수 있다.
본 발명에서는 응집과 숙성과정을 동시에 진행시킬 수 있는 일체화된 반응기 내에, 상기 고분자 라텍스, 소량의 응집제, 직접 스팀, 및 필요에 따라 액상의 물을 첨가시켜 응집 및 숙성시킨다. 이때 응집 및 숙성 온도는 60℃~100℃인 것이 바람직하다. 본 발명의 일체형 반응기에서 고분자 라텍스, 응집제, 및 스팀이 투입되는 위치에 가까운 부분에서 응집 반응이 일어나고, 상기 반응기의 후반부에서 숙성 반응이 일어나게 되어, 실질적으로 동일한 반응기 내에서 응집과 숙성을 동시에 진행된다. 상기 반응기는 응집조와 숙성조가 일체형으로 구성된 것으로, 상기 반응기는 직경 대비 길이의 비율이 5~20인 것이다.
상기 응집과 숙성이 동시에 진행된 고분자 슬러리는 상기 일체형 반응기 밖으로 배출되어 슬러리 저장 탱크로 이송되게 된다. 상기 응집 및 숙성된 슬러리는 종래 탈수 및 건조 공정을 거쳐 분체로 회수된다.
본 발명에서는 응집과 숙성이 진행되는 과정에서, 상술한 바와 같이 슬러리 단위 질량당 가해지는 에너지를 증가시키는 방법을 이용하여 최종 제조되는 고분자 슬러리 내의 함수율을 조절할 수 있다.
기존 공정에서는 소정의 함수율을 위해 높은 온도에서 긴 시간 동안의 숙성이 필요하였으나, 본 발명에서는 짧은 체류시간 내에, 단위 시간당 가해지는 회전속도(rpm)를 조절하거나, 또는 배출구의 크기를 변화시키는 방법을 이용하여 슬러리에 가해지는 에너지를 증가시켜 함수율을 최소화시킴으로써 높은 고형분 함량을 가지는 고분자 슬러리를 제조할 수 있다.
통상의 방법에 따른 고분자 슬러리의 함수율에 비해 본 발명에 따라 제조된 슬러리는 그 함수율이 개선됨을 확인할 수 있었다. 즉, 슬러리 자체의 함수율이 종래에 비해 월등히 개선됨에 따라 동일 탈수 과정을 거쳐도 더 낮은 함수율은 갖는 슬러리를 만들 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 응집 및 숙성 시 기계적인 힘을 더 가하여 초기 슬러리가 내포하는 수분의 함량을 줄여 동일한 탈수 공정을 거치더라도 낮은 함수율을 가지는 슬러리를 제조할 수 있으므로, 탈수 및 건조 공정에 소비되는 많은 에너지를 획기적으로 절약할 수 있으며, 수분 함량에 비례하는 수지 내에 잔류되는 금속 이온의 양을 감소시켜 수지의 열 안정성을 개선시킬 수 있다. 상기와 같이 최종 제조된 본 발명에 따른 고분자 라텍스 슬러리는 종래의 제조방법에 따른 응집 공정에서 구현할 수 없는 낮은 함수율을 가짐과 동시에 겉보기 비중을 증가시킬 수 있다는 면에서 바람직하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~9
본 발명의 고분자 라텍스는 아크릴로니트릴(AN)-부타디엔(BD)-스티렌(SM)이 13-60-27중량%로 이루어지며, 고형분 함량이 44%인 ABS 그라프트 공중합체를 이용하였다. 상기 고분자 라텍스를 응집과 숙성 공정이 한 반응기에서 이루어지도록 제작된 신규한 일체형 반응기에 18kg/hr의 유량으로 투입을 하고, 응집제로는 다음 표 1과 같이 희석된 황산을 전체 고분자 함량 100 중량부에 대하여 1.0 중량부, 1.5중량부로 변량시켜 사용하였다. 직접 스팀을 가하면서, 추가적으로 액체 상태의 물을 슬러리의 고형분 함량에 맞추어 황산과 혼합하여 투입하여 상기 고분자 라텍스 슬러리의 고형분 함량을 33%로 맞추었다.
신규 고안된 일체형 반응기를 이용하여, 다음 표 1과 같이 응집과 숙성 공정에서 체류 시간, RPM, 배출구 막는 비율 등을 조절하면서 슬러리 단위 질량 당 가해지는 에너지를 증가시키는 방법을 이용하여 진행시켰다. 이때 응집 및 숙성 온도는 70℃로 하였다. 숙성 구간은 응집이 끝나자마자 시작되어 슬러리가 밖으로 배출되기 전까지 계속 진행시켰다. 상기 응집된 슬러리는 신규 고안된 교반기를 통하여 밖으로 빠져 나오게 되고, 슬러리 저장 탱크로 이동하게 된다. 상기 응집 및 숙성된 슬러리는 탈수 및 건조 공정을 거쳐 고분자 수지 분체로 회수하였다.
비교예 1~5
다음 도 1의 장치를 이용하여 실시예 1과 동일한 고분자 라텍스를 투입하고, 응집제는 다음 표 1과 같이 희석된 황산을 전체 고분자 함량 100 중량부에 대하여 1.0~3중량부로 변량시켜 사용하였다. 슬러리의 흐름성을 유지하여 위하여, 추가적으로 물을 투입하여 전체 슬러리의 고형분 함량을 24%로 하였으며, 체류시간은 다음 표 1과 같이, 응집 온도는 75℃로 유지하였다. 응집된 슬러리는 오버-플로우 방식에 의해 숙성조로 이동하며, 숙성조의 체류시간은 60분, 온도는 90℃로 유지하였다. 이후의 과정은 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
실험예
상기 실시예와 비교예에 따라 제조된 라텍스 단위 질량당 가해지는 에너지와 고분자 슬러리의 함수율을 측정하여 다음 표 1에 나타내었다.
슬러리
고형분 함량(%)		 응집제
함량
(중량부)		 RPM
(N/min)		 체류
시간
(min)		 출구막는
비율(%)		 슬러리 단위 질량당 가해지는 에너지(J/g) 함수율
(%)
실시예1



33		 1.0 40 3 50 4.38 30.52
실시예2 40 1.5 50 10.20 26.99
실시예3 1.5 40 3 50 2.46 34.79
실시예4 40 2 50 5.22 29.80
실시예5 40 1.5 50 15.72 24.51
실시예6 40 1.5 60 25.14 21.13
실시예7 40 1.5 70 37.68 18.4
실시예8 30 1.5 50 31.38 19.62
실시예9 25 1.5 50 47.10 17.6
비교예1
24		 3.0 400 30 0 - 42
비교예2 1.5 400 30 0 - 48
비교예3 1.0 400 30 0 - 응집불가
비교예4 33 3.0 400 30 0 - 응집불가
비교예5 1.5 400 30 0 - 응집불가
상기 표 1의 결과에서와 같이, 실시예 3~5를 보면 투입하는 라텍스의 양을 증가시켜 체류 시간을 감소시키면 반응기 내에 슬러리의 필링 정도의 증가로 단위 질량 당 가해지는 에너지가 증가하게 되고 이로 인해 제조된 슬러리의 함수율은 낮아지게 된다.
다음으로는 실시예 5, 8~9를 보면 단위 시간당 회전수를 감소시키면 이송력이 떨어지면서 내부 필링은 급격히 증가하게 되고 이로 인해 단위 질량 당 가해지는 에너지는 급격히 증가되어 함수율은 매우 낮아지게 된다.
또한, 플러그-플러우 흐름을 가지면서 나가는 반응기 배출구의 배출 크기를 조절함으로써 낮은 함수율을 갖는 슬러리를 제조할 수 있다. 실시예 5~7을 보면 배출되는 배출구의 막는 비율을 증가시킬수록 반응기내에 가해지는 단위 질량 당 에너지는 증가하게 되고 이로 인하여 함수율은 점점 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
또한 실시예 1과 3에서와 같이 다른 조건을 동일하게 유지하면서, 응집제의 투입량을 감소시키면 반응기 내 슬러리의 필링 정도가 증가되면서 반응기 내의 전체 점도는 상승하게 되어 단위 질량 당 가해지는 에너지가 증가되고 이로 인해 함수율은 낮아지게 된다.
그러나, 비교예 1~3에서와 같이, 다른 조건을 일정하게 유지하면서, 응집제의 투입량을 감소시키게 되면 오히려 함수율은 높아지게 되고, 비교예 3의 경우 응집이 불가능하게 되는 결과를 나타냈다.
또한 비교예 4~5에서처럼, 슬러리의 고형분 함량을 본 발명과 같은 수준으로 증가시키면 기존 응집 공정으로는 응집이 불가능하게 된다. 이러한 현상은 응집제를 과량 넣고(비교예 4), rpm을 높이더라도 고형분 함량의 증가로 인하여 슬러리의 점도가 급격히 상승하게 되고 이는 응집제의 분산을 저해하여 응집이 불가능하게 된다.
이상의 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, 응집제의 투입량을 감소시키더라도 단위 질량 당 가해지는 에너지를 증가시키게 되면 함수율 증가를 억제시켜, 오히려 낮아지는 결과를 얻었다. 이처럼, 투입하는 라텍스의 양(체류시간), 단위 시간 당 회전수(RPM), 배출구의 크기(막는 비율)에 따라 단위 질량 당 가해지는 에너지를 조절할 수 있고 이를 이용하여 낮은 함수율을 갖는 슬러리 분체를 제조할 수 있다.
1 : 라텍스 저장탱크 2 : 응집조
3 : 숙성조 4 : 탈수기
5 : 건조기 11 : 라텍스 투입 라인
12 : 응집제 투입 라인 13 : 물 공급라인
14 : 응집제 배출 15 : 최종 고분자 분체

Claims (3)

  1. 라텍스의 응집과 숙성을 하나의 반응기에서 동시에 진행시키며, 상기 응집 및 숙성 과정과 동시에 기계적인 힘을 이용하여 슬러리의 단위 질량당 가해지는 에너지를 증가시키는 것으로 이루어지고,
    상기 슬러리의 단위 질량당 가해지는 에너지를 증가시키는 방법은 반응기 내에서 라텍스의 체류시간 조절 및 라텍스 배출구의 크기 조절로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 조건을 변화시킴에 의해 수행되고,
    상기 라텍스의 체류 시간은 1.5 내지 3분이며, 상기 라텍스 배출구 크기는 상기 슬러리가 배출되는 배출구 배출 면적의 50%~70%를 차단시키는 것이고,
    상기 응집 및 숙성 과정에서 투입되는 응집제의 함량은 전체 고분자 슬러리 함량 100 중량부 대비 1.0~1.5 중량부이고, 상기 슬러리의 단위 질량당 가해지는 에너지는 2.46~47.10(J/g)이고, 상기 반응기는 응집조와 숙성조가 일체형으로 구성되며, 반응기의 전반부에서 응집반응이 일어나고, 반응기의 후반부에서 숙성반응이 일어나며, 상기 반응기는 교반기 및 라텍스 배출구를 구비하는 플러그-플로우 흐름을 갖는 반응기(PFR)이고, 상기 교반기에 의하여 라텍스의 이동 및 교반이 이루어지는 것을 특징으로 하는 30~60중량%의 고형분 함량을 가지는 고분자 슬러리의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고분자 라텍스는 비닐시안화합물-공액디엔계화합물-방향족 비닐화합물로 이루어진 그라프트 공중합체인 것을 특징으로 하는 30~60중량%의 고형분 함량을 가지는 고분자 슬러리의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 고분자 라텍스는 스티렌 중합체 라텍스, 부타디엔 중합체 라텍스, 스티렌-부타디엔 공중합체 라텍스, 알킬 아크릴레이트 중합체 라텍스, 알킬 메타아크릴레이트 중합체 라텍스, 알킬 아크릴레이트-아크릴로니트릴 공중합체 라텍스, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 라텍스, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 라텍스, 아크릴로니트릴-알킬 아크릴레이트-스티렌 공중합체 라텍스, 알킬메타아크릴레이트-부타디엔-스티렌 공중합체 라텍스, 및 알킬아크릴레이트-알킬메타아크릴레이트 공중합체 라텍스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 30~60중량%의 고형분 함량을 가지는 고분자 슬러리의 제조방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108889236A (zh) * 2018-07-27 2018-11-27 赞宇科技集团股份有限公司 一种脂肪酸甲酯磺酸钠的干燥成型工艺及装置
KR20210036154A (ko) * 2019-09-25 2021-04-02 주식회사 엘지화학 탈수 방법 및 장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100428638B1 (ko) * 2001-09-13 2004-04-30 주식회사 엘지화학 고분자 라텍스 수지 분체의 제조방법
KR100787340B1 (ko) * 2005-09-28 2007-12-18 주식회사 엘지화학 고분자 라텍스 수지 분체의 제조방법 및 그 장치
KR101157299B1 (ko) * 2008-02-01 2012-06-15 주식회사 엘지화학 높은 고형분을 가지는 고분자 슬러리의 제조장치 및 이를이용한 제조방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108889236A (zh) * 2018-07-27 2018-11-27 赞宇科技集团股份有限公司 一种脂肪酸甲酯磺酸钠的干燥成型工艺及装置
CN108889236B (zh) * 2018-07-27 2024-02-23 赞宇科技集团股份有限公司 一种脂肪酸甲酯磺酸钠的干燥成型工艺及装置
KR20210036154A (ko) * 2019-09-25 2021-04-02 주식회사 엘지화학 탈수 방법 및 장치

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