KR20140103877A - Thickener by inverse emulsion synthetic and production method thereof - Google Patents

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Abstract

Provided are a thickener by an inverse emulsion polymerization method and a production method thereof for the substitution of an alkaline swelling thickener or a cellulose-based thickener used to control flowability and physical properties of a common industrial product. The production method includes (a) preparing an aqueous phase having an unsaturated double bond; (b) preparing an organic solvent phase used as a dispersing medium; (c) preparing an emulsion of an initial emulsion state by adding the aqueous phase prepared in step (a) to the organic solvent phase prepared in step (b) and stirring the mixture at high speed; (d) performing a polymerization process by adding an initiator to the emulsion prepared in step (c) and increasing the temperature; and (e) aging for minimizing the remaining amount of unreacted monomers during the polymerization process in step (d) and for improving the stability. The viscosity, the flowability, and the workability during industrial mixing may be controlled.

Description

역유화 중합 방법에 의한 증점제 및 그의 제조 방법{Thickener by inverse emulsion synthetic and production method thereof} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thickener for inverse emulsion polymerization,

본 발명은 역유화 중합 방법(Inverse Emulsion synthetic method)에 의한 증점제 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 기존 산업용에 제품의 흐름성 조절 및 물성 조절을 위하여 사용되는 알칼리 팽윤형 증점제 또는 셀룰로스(cellulose) 계통의 증점제를 대치하기 위해 역유화 중합 방법에 의한 증점제 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a thickening agent by an inverse emulsion synthetic method and a method of preparing the same, and more particularly to a thickening agent by an inverse emulsion synthetic method and an alkaline swelling type thickening agent for controlling the flow of a product and a cellulose system And a method for producing the thickener by an inverse emulsion polymerization method.

산업용으로 사용되는 알칼리 팽윤형 증점제와 셀룰로오스계통의 증점제는 수성아크릴수지의 증점제로 보편적으로 사용이 되었으나, pH의존성, 분산안정성 등의 고려로 인해 작업성이 까다로우며, 증점 후 점도가 유지되는 안정성이 부족하며 사용자의 유동학(유변학)적인 요구를 만족시키기가 어렵다는 단점이 있다. The alkali-swelling thickener and the cellulose-based thickener used for industrial purposes are commonly used as thickeners for aqueous acrylic resins. However, due to consideration of pH dependency and dispersion stability, workability is difficult, stability after viscosity retention And there is a disadvantage that it is difficult to satisfy the user's rheological (rheological) requirements.

이를 보완하기 위해 상기의 두 가지 계열의 증점제를 혼합하여 사용하기도 하지만, 근본적인 해결은 되지 않는다. 이와 관련된 해결 방법으로 비수성의 매질에 분산된 중합체를 제공하는 것으로, 이것에 대한 방법은 역유화중합법에 의한 역상 에멀젼 중합체를 만들어 수계시스템의 증점 작업 시 직접 투입하여 손쉽게 증점을 할 수 있다.In order to compensate for this, the above-mentioned two types of thickening agents are mixed and used, but this is not a fundamental solution. A related solution is to provide a polymer dispersed in a non-aqueous medium. The method for this is to prepare a reversed-phase emulsion polymer by the reverse emulsion polymerization method and directly increase the viscosity by directly inputting in the thickening operation of the aqueous system.

이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 및 2 등에 개시되어 있다. Examples of such techniques are described in documents 1 and 2 below.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 아크릴산, 아크릴 아마이드 및 메타크릴산과 같은 불포화 이중결합을 가진 친수성 단량체, 스테아릴 메타크릴레이트와 같은 불포화 이중결합을 가진 소수성 단량체, 메틸렌비스 아크릴 아마이드와 같은 반응속도가 빠른 내부 가교제 및 글리시딜 메타크릴레이트와 같은 반응속도가 느린 외부 가교제를 역상유화 중합시키되, 위 반응을 5단계로 나누어 초기단계에서 레독스 개시제의 일부를, 1단계에서 레독스 개시제의 일부를, 2단계에서 레독스 개시제의 일부를, 3단계에서 아조계 개시제의 전부를 마지막 단계에서 레독스 개시제의 나머지를 투입하여 역상유화 중합시켜 아크릴계 수팽윤성 증점제를 제조하는 방법에 대해 개시되어 있다.For example, the following Patent Document 1 discloses that a hydrophilic monomer having an unsaturated double bond such as acrylic acid, acrylamide and methacrylic acid, a hydrophobic monomer having an unsaturated double bond such as stearyl methacrylate, a reaction rate such as methylene bisacrylamide A rapid internal crosslinking agent and a slow external crosslinking agent such as glycidyl methacrylate are subjected to reversed phase emulsion polymerization, and the above reaction is divided into five steps, in which a part of the redox initiator is added in the initial stage and a part of the redox initiator , Part of the redox initiator in step 2, reverse phase emulsion polymerization of all of the azo initiator in step 3 and the remainder of the redox initiator in the last step to produce an acrylic water swellable thickener.

또 하기 특허문헌 2에는 이온교환수 35~45중량%, 주요 단량체인 아크릴산 35~40중량%, 아크릴아미드 25~30중량%를 혼합하여 반응기에 주입한 후 교반하여 100중량%의 수용상을 제조하는 단계, 에스테르계오일인 디쏠240(Dsol-240) 70~90중량%, 2종의 소르비탄지방산에스테르를 1:1~1:5비율로 혼합한 계면 활성제 5~15중량%, 소수성 단량체인 스테아릴아크릴레이트 5~15중량%를 혼합하여 100중량%의 오일상을 제조하는 단계, 상기 오일상에 수용상을 1: 1의 비율로 연속적으로 주입하는 단계, 상기 수용상 주입완료 후 호마저나이저(homogenizer)를 사용하여 10㎚이하의 균일한 에멀젼 단량체를 생성시키는 단계와, 상기 강제로 생성된 에멀젼 단량체에 10~60분 정도 질소를 일정하게 투입하여 숙성시키는 단계로 이루어지는 섬유인쇄용 증점제 제조방법에 대해 개시되어 있다.
In Patent Document 2, 35 to 45% by weight of ion-exchanged water, 35 to 40% by weight of acrylic acid as main monomer, and 25 to 30% by weight of acrylamide are mixed and injected into a reactor, followed by stirring to prepare 100% 70 to 90% by weight of an ester-based oil Dysol 240 (Dsol-240), 5 to 15% by weight of a surfactant obtained by mixing two kinds of sorbitan fatty acid esters in a ratio of 1: 1 to 1: 5, Mixing 5 to 15% by weight of stearyl acrylate to prepare a 100% by weight oily phase; continuously injecting the aqueous phase at a ratio of 1: 1 on the oil phase; A method for producing a thickener for textile printing comprising the steps of: preparing a uniform emulsion monomer having a particle diameter of 10 nm or less by using a homogenizer; and aging the solid emulsion monomer for 10 to 60 minutes by constantly adding nitrogen thereto ≪ / RTI >

대한민국 등록특허공보 제10-0431628호(2004.05.04 등록)Korean Registered Patent No. 10-0431628 (Registered May 4, 2004) 대한민국 등록특허공보 제10-0540872호(2005.12.28 등록)Korean Patent Registration No. 10-0540872 (registered on December 28, 2005)

상술한 바와 같은 종래에 사용되는 알칼리 팽윤형 증점제 또는 셀룰로오스 계통의 증점제의 사용시 일반적으로 제기되었던 문제점들은 다음과 같은 사항들이 있다.Problems that have been generally encountered when using the conventional alkali swelling thickener or cellulose based thickener as described above are as follows.

1) 증점능이 약함 : 증점능 향상을 위해 증점제를 과량 사용시 전체 물성 저하, 접착 성능 및 분산성 등이 저하됨.1) Low viscosity: When the thickening agent is used in excess, the overall property deterioration, adhesion performance and dispersibility deteriorate.

2) 증점 후(점도 상승 후) 안정성 결여 : 제품 배합 후 보관시 점도의 변화, 보관시 점도의 상승 내지 하락 발생, 시공시 작업성 결여.2) Lack of stability after thickening (after viscosity increase): Changes in viscosity during storage after product blending, increase or decrease in viscosity during storage, lack of workability during construction.

3) 제품 취급시(Handling) 복잡함 : 점도 상승 및 유동성을 부여하기 위해 추가적인 성분 및 과정 필요, 알칼리 등의 추가 첨가 및 용해 과정이 발생함.
3) Handling complexity: Additional ingredients and process are required to increase the viscosity and fluidity, and additional addition and dissolution processes such as alkali have occurred.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 기존 에멀젼 합성과 상이한 방식의 역유화 합성법을 사용하는데, 이는 친수성(Hydrophilic)이 높으며 불포화 이중결합을 가지는 아크릴계 단량체를 소수성(Hydrophobic)이 강한 분산매에 분산 후 유용성 촉매를 사용하여 합성시켜 수(물)첨가형 증점제를 마련하는 역유화 중합 방법에 의한 증점제 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a process for producing a water-soluble polymer which is hydrophobic and has an unsaturated double bond, (Water) addition type thickener is prepared by dispersing in a strong dispersion medium and then synthesized using an oil-soluble catalyst, and to provide a method for producing the same by an inverse emulsion polymerization method.

본 발명의 다른 목적은 수첨가에 의하여 상전환(Phase inversion)이 발생되고 이를 통한 증점 특성을 가지게 되어, 각종 산업용 수성제품에 응용시 증점능을 향상시키고, 점도 안정성과 작업시 취급이 용이한 역유화 중합 방법에 의한 증점제 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a process for producing a water-in-oil emulsion which is capable of improving the viscosity-enhancing ability when applied to various industrial aqueous products, And to provide a thickening agent by an emulsion polymerization method and a method for producing the same.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 증점제 제조방법은 역유화 중합 방법에 의한 수첨가형 증점제를 제조하는 방법으로서, (a) 불포화 이중결합을 가지는 수용성상을 제조하는 단계, (b) 분산매로 사용되는 유기용매상을 제조하는 단계, (c) 상기 단계 (a)에서 제조된 수용성상에 상기 단계 (b)에서 제조된 유기용매상을 첨가하고, 고속 교반하여 초기 유화 형태의 유화물을 제조하는 단계, (d) 상기 단계 (c)에서 제조된 상기 유화물에 개시제를 첨가하고, 온도를 상승시켜 중합과정을 실행하는 단계, (e) 상기 단계 (d)에서 중합되어 미반응 단량체의 잔존량을 최소화하고 안정성을 향상시키도록 숙성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for preparing a water-based thickener by an inverse emulsion polymerization method comprising the steps of: (a) preparing an aqueous phase having an unsaturated double bond; (b) (C) adding an organic solvent phase prepared in the step (b) to the aqueous phase prepared in the step (a) and stirring the mixture at a high speed to prepare an emulsion in an initial emulsified form (d) adding an initiator to the emulsion prepared in the step (c) and raising the temperature to carry out a polymerization process; (e) minimizing the amount of unreacted monomers polymerized in the step (d) And aging to improve the stability.

본 발명에 따른 증점제 제조방법에 있어서, 상기 단계 (a)는 친수도(Hydrophilicity)가 높은 형태의 아크릴 단량체로서 아크릴산 및 메타크릴산과 같은 강한 산성 기능기를 가지면서 동시에 카르복실기를 가지는 아크릴 단량체 등이 있으며, 이러한 산류는 적절한 알칼리류에 의해 pH6~8인 염(salt) 형태로 중화되어 사용한다. 상기 알칼리류로서는 암모니아수(NH4OH), 가성소다(NaOH), 가성가리(KOH) 등을 사용할 수 있다. 그 외에 친수도가 높은 수용성 단량체로는 아크릴 아마이드, 메칠메타아크릴아마이드와 같은 아마이드류 및 그 치환체 등이 사용될 수 있다. 또한 유상(유기 용매상)에 소수성의 단량체가 첨가될 수 있으며, 이러한 소수성이 강한 단량체로는 C4~C15 내외의 (메타)아크릴계통의 단량체가 사용될 수 있으며, 부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 터셔리-부틸메타크릴레이트, 스테아릴아크릴레이트 등이 사용될 수 있다. In the method for producing a thickener according to the present invention, the step (a) is an acrylic monomer having a high hydrophilicity and an acrylic monomer having a strong acidic functional group such as acrylic acid and methacrylic acid and having a carboxyl group, These acids are neutralized in the form of salts with a pH of 6-8 by the appropriate alkali. As the alkali, ammonia water (NH 4 OH), caustic soda (NaOH), caustic soda (KOH) and the like can be used. Examples of the water-soluble monomer having a high hydrophilicity include amides such as acrylamide and methyl methacrylamide, and substituents thereof. In addition, a hydrophobic monomer may be added to the oil phase (organic solvent phase). As such a hydrophobic monomer, a (meth) acrylic monomer of about C4 to C15 may be used, and butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate Tert-butyl methacrylate, stearyl acrylate, and the like can be used.

이들 단량체의 구성비는 전체 단량체 100 중량비 내에서 아크릴산 단독 또는 아크릴산과 메타크릴산의 2종 30~80wt%, 아크릴 아마이드 10~60wt%, 그 외 소수성 단량체로서 터셔리-부틸메타크릴레이트 0~10wt%를 포함하는 것을 특징으로 한다.The composition ratio of these monomers is 30 to 80 wt% of acrylic acid alone or two kinds of acrylic acid and methacrylic acid, 10 to 60 wt% of acrylamide, 0 to 10 wt% of tertiary butyl methacrylate as hydrophobic monomer, And a control unit.

증점제의 합성시 가교제가 사용될 수 있으며, 이때 사용되는 가교제로는 메틸렌비스아크릴 아마이드, 디아세톤 아크릴 아마이드와 같은 아마이드 계통의 치환체류 및 알릴메타아크릴레이트, 부탄-디올-디-아크릴레이트, 디-알릴 프탈레이트 등이 사용될 수 있다. 이러한 가교제는 반응성 및 가교능을 보이는 이중 결합을 분자구조 내에 가지고 있어 합성시 반응 전환률을 향상시키고, 적당한 가교밀도를 형성하여 증점력에 영향을 미친다. 그 사용량은 전체 단량체 대비 0.1~2.0wt% 사용하는 것을 특징으로 한다.In the synthesis of the thickener, a crosslinking agent may be used. Examples of the crosslinking agent include amide-based substituents such as methylenebisacrylamide and diacetoneacrylamide, and allylmethacrylate, butane-diol-di- Phthalate and the like can be used. Such a crosslinking agent has a double bond showing a reactive and crosslinking ability in the molecular structure, thereby improving the reaction conversion rate during the synthesis and forming a proper crosslinking density, thereby influencing the depressurization force. And the amount thereof is 0.1 to 2.0 wt% based on the whole monomers.

또 본 발명에 따른 증점제 제조방법에 있어서, 상기 단계 (b)에서의 유기용매상은 포화 탄화수소로 구성된 미네랄 오일이나, 노말 파라핀 오일 또는 이소 파라핀 오일이 사용될 수 있는데, 이 중에서 저취, 저방향족, 저독성의 특성을 가지는 형태, C10~C17 탄소를 가지는 형태, 고온 안정성이 좋은 형태 등을 고려하고, 파라졸 제품 중 B.P(끓는점)을 고려하여 180℃~300℃에 해당하는 제품을 사용하며, 그 사용량은 전체 무게 대비10~30wt% 사용하는 것을 특징으로 한다.In the method for producing a thickener according to the present invention, the organic solvent phase in the step (b) may be mineral oil composed of saturated hydrocarbons, normal paraffin oil or isoparaffin oil. Among them, low-odor, low aromatic, Considering BP (boiling point) of parazoles, 180 ° C to 300 ° C is used in consideration of the form having characteristic, the form having C10 to C17 carbon, and the form having good stability at high temperature. 10 to 30 wt% of the total weight is used.

또 본 발명에 따른 증점제 제조방법에 있어서, 상기 단계 (b)에서는 계면활성제가 첨가되며, 계면활성제는 수용성 매질과 유기용매상의 유화를 일으켜주는 물질로 친수-친유도비가 통상적인 에멀젼 합성에 사용되는 값보다 낮은 종류를 사용하였는데, 이와 같은 형태의 제품이 수용성 매질과 유기용매상의 친화도를 높여 유화 생성을 이끌어줄 수 있다.In the method for producing a thickener according to the present invention, a surfactant is added in the step (b), and a surfactant is a substance that causes emulsification of a water-soluble medium and an organic solvent, and a hydrophilic- Value, the product of this type can increase the affinity of the water-soluble medium and the organic solvent to lead to the formation of emulsion.

이에 사용되는 계면 활성제는 솔비탄 모노스테아레이트, 솔비탄 모노올리에이트, 솔비탄 모노라우레이트 같은 솔비탄 에스테르와 에톡시레이트화된 폴리에톡시레이티드 솔비탄 에스테르 2종을 병용하여 사용하며, 그 사용량은 전체 단량체 대비 4~12wt%인 것을 특징으로 한다.The surfactant used is a combination of a sorbitan ester such as sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan monolaurate, and ethoxylated polyethoxylated sorbitan esters, The amount to be used is 4 to 12 wt% based on the total monomers.

또 본 발명에 따른 증점제 제조방법에 있어서, 상기 단계 (d)에서 개시제는 라디칼 연쇄 중합 반응을 진행시키기 위하여 사용되며, 벤조일 퍼옥사이드 또는 AIBN(2,2'-azo bis isobutyronitrile)을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 전체 단량체 대비 0.1~1.0wt%인 것을 특징으로 한다.Also, in the method of manufacturing a thickener according to the present invention, the initiator in the step (d) is used for proceeding radical chain polymerization, and benzoyl peroxide or AIBN (2,2'-azo bis isobutyronitrile) And the amount thereof to be used is 0.1 to 1.0 wt% based on the total monomers.

또 본 발명에 따른 증점제 제조방법에 있어서, 상기 단계 (d)에서의 중합방식은 회분(batch) 중합 방식에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다. 회분 중합 방식의 경우, 연속 공정에 의한 중합 방법에 비하여 원료 투입 후에 일시적으로 중합을 진행시키는 방식이기 때문에 반응시간을 짧게 유도할 수 있으며 중합과정의 재현성 및 제품의 물성의 재현성을 높일 수 있다.
In the method for producing a thickening agent according to the present invention, the polymerization method in the step (d) is carried out by a batch polymerization method. In the case of the batch polymerization method, since the polymerization is temporarily carried out after the introduction of the raw material as compared with the polymerization method by the continuous process, the reaction time can be shortened and the reproducibility of the polymerization process and the reproducibility of the physical properties of the product can be improved.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 역유화 중합 방법에 의한 증점제 및 그의 제조 방법에 의하면, 수용성 아크릴 단량체를 포함하는 수용성 상과 소수성 단량체 일부 및 친수도 대비 친유도 값이 높은 계면 활성제를 포함하는 유기용매상의 2가지 상(phase)을 유화시키고, 개시제에 의하여 반응이 시작되는 라디칼 중합기구에 의해 역유화 합성법으로 얻어진 제품으로서, 기존 증점제 대비 우수한 증점능과 보관시 향상된 장기 점도 안정성을 유지할 수 있다는 효과가 얻어진다.As described above, according to the thickener and the method for producing the same according to the present invention, the water-soluble phase containing the water-soluble acrylic monomer, the hydrophobic monomer and the surfactant It is a product obtained by emulsification of two phase of solvent and emulsified by a radical polymerizing mechanism in which the reaction is initiated by an initiator. It is capable of maintaining an excellent storability in comparison with existing thickeners and an improved long-term viscosity stability in storage Is obtained.

또, 본 발명에 따른 역유화 중합 방법에 의한 증점제 및 그의 제조 방법에 의하면, 건축용, 섬유용 등과 같은 수성 에멀젼 형태의 제품이 사용되는 산업용 배합에서 점도와 흐름성, 작업성을 조절할 수 있다는 효과도 얻어진다.
Further, according to the thickener and the method for producing the same by the reverse emulsion polymerization method according to the present invention, it is possible to control viscosity, flowability, and workability in an industrial formulation in which an aqueous emulsion type product such as a building, .

도 1은 본 발명에 따른 역유화 중합 방법에 의한 증점제의 제조 과정을 설명하기 위한 공정도.1 is a process diagram for explaining a process for producing a thickener by the reverse emulsion polymerization method according to the present invention.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.These and other objects and novel features of the present invention will become more apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

상술한 바와 같은 원료들을 사용한 본 발명의 구체적인 합성 방법을 도 1에 따라 설명한다.A specific synthesis method of the present invention using the above-described raw materials will be described with reference to FIG.

도 1은 본 발명에 따른 역유화 중합 방법에 의한 증점제의 제조 과정을 설명하기 위한 공정도이다.1 is a process diagram for explaining a process for producing a thickener by the reverse emulsion polymerization method according to the present invention.

먼저, 수용성상(water-soluble phase)을 제조한다(S10).First, a water-soluble phase is prepared (S10).

즉, 아크릴산 및 메타크릴산, 아크릴 아마이드와 같은 수용성 아크릴 단량체를 물과 혼합하여 수용성상을 제조한다. That is, water-soluble acrylic monomers such as acrylic acid and methacrylic acid and acrylamide are mixed with water to prepare an aqueous phase.

이때 수용성상을 교반하면서 암모니아수 및 가성소다 등의 알칼리를 적하하여 pH가 6~8 사이로 되도록 조정한다. At this time, while stirring the aqueous phase, alkali such as ammonia water and caustic soda is added dropwise to adjust the pH to 6 to 8.

또한 pH를 조정함과 동시에 적절한 냉각을 통하여 반드시 온도가 40℃가 넘지 않도록 한다. 상기한 바와 같이, pH가 조절된 수용성상에 가교제를 첨가하여 수용성상의 제조를 마친다.In addition, adjust the pH and ensure that the temperature does not exceed 40 ° C by proper cooling. As described above, the crosslinking agent is added to the pH-regulated aqueous phase to complete the aqueous phase preparation.

다음으로 상기 단계 S10과는 별도로 유기용매상(Oil phase)을 제조한다(S20).Next, an organic solvent phase (Oil phase) is prepared separately from the step S10 (S20).

즉, 선택된 단량체와 친유도값이 큰 계면활성제를 오일에 분산시켜 유기용매상을 제조한다. That is, the organic solvent phase is prepared by dispersing the surfactant having a large derivation value with the selected monomer in the oil.

다음으로 상술한 바와 같이, 상기 단계 S10에서 제조된 수용성상에 상기 단계 S20에서 제조된 유기용매상을 첨가하고(S30), 고순도 질소를 사용하여 용존산소를 제거하며 강력하게 고속 교반하여 초기유화 형태를 제조한다(S40). Next, as described above, the organic solvent phase prepared in step S20 is added to the water-soluble phase prepared in step S10 (S30), dissolved oxygen is removed using high purity nitrogen, and strongly stirred at a high speed to form an initial emulsified form (S40).

이때 유기용매상과 수용성상의 혼합비율은 전체 비율 100wt% 중 1 : 2 ~ 1 : 6의 혼합 비율이며, 이보다 혼합 비율이 낮아지거나, 높아질 경우 초기 유화물의 형성이 나빠지거나, 합성이 저해되는 경우가 발생할 수 있다.In this case, the mixing ratio of the organic solvent phase to the water-soluble phase is 1: 2 to 1: 6 in the total percentage of 100wt%. When the mixing ratio is lowered or increased, the formation of the initial emulsion is deteriorated or the synthesis is inhibited Lt; / RTI >

또한 에멀젼의 형성과 더불어 합성과정에서 유화상태의 유지 및 안정화를 위해 상기 단계 S40에서는 강력한 교반으로 초기 유화물 형태를 만들어 주어야 한다.In addition, in order to maintain and stabilize the emulsified state during the synthesis process along with the formation of the emulsion, the emulsion must be strongly agitated in the step S40 to form an initial emulsion.

다음에 상기 단계 S40에서의 교반에 의해 제조된 유화물에 개시제를 첨가하고(S50), 온도를 상승시켜 중합과정을 진행한다(S60). Next, an initiator is added to the emulsion produced by stirring in step S40 (S50), and the temperature is raised to proceed the polymerization process (S60).

이때 중합과정은 다양한 합성 방식 중 회분(Batch) 중합 방식으로 진행하였다.At this time, the polymerization process was carried out by batch polymerization in various synthesis methods.

중합과정에서 반응개시온도는 70℃ 전후에서 합성을 시작하여 90℃ 전후를 반드시 유지한다. 반응의 시작은 유화정도 및 상기 단계 S40에서의 교반에 의해 제조된 유화물 중의 용존산소량에 따라 반응개시온도 및 최고온도의 차이가 발생할 수 있다. 반응개시온도는 70℃~90℃, 최고온도는 100~110℃의 분포를 나타낸다.In the polymerization process, the reaction initiation temperature starts to be synthesized at around 70 ° C, and always maintains around 90 ° C. At the beginning of the reaction, there may be a difference between the reaction initiation temperature and the maximum temperature depending on the degree of emulsification and the amount of dissolved oxygen in the emulsion produced by stirring in step S40. The reaction initiation temperature ranges from 70 ° C to 90 ° C and the maximum temperature ranges from 100 ° C to 110 ° C.

중합과정이 끝난 후에는 일정시간의 숙성과정(S70)을 거친 후 반응을 마무리한다. 숙성 과정을 통하여 미반응 단량체의 잔존량을 최소화하고 제품의 안정성을 향상시킬 수 있었다. After completion of the polymerization process, the reaction is completed after a certain period of aging (S70). The remaining amount of unreacted monomers can be minimized and the stability of the product can be improved through the aging process.

다음에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 역유화 중합 방법에 의한 증점제으 구체적인 제조 과정의 일 예를 하기 실시 예에 따라 설명한다.
Next, as described above, an example of a concrete manufacturing process of the thickener by the reverse emulsion polymerization method according to the present invention will be described with reference to the following examples.

[ 실시 예 1 ][Example 1]

온도계, 응축기(condensor), 교반기 등이 설치된 반응기에, 증류수 178g, 아크릴산 158g과 메타크릴산 7g을 투입하고 잘 교반하여 준다.178 g of distilled water, 158 g of acrylic acid and 7 g of methacrylic acid are put into a reactor equipped with a thermometer, a condenser and a stirrer, and stirred well.

위 혼합물에 25% 암모니아수 131g을 1.5hrs 동안 적하하여 중화시킨다.131 g of 25% ammonia water was added dropwise to the mixture to neutralize the mixture for 1.5 hrs.

중화 후 pH는 7.0~7.5를 유지하도록 한다.After neutralization, pH should be maintained between 7.0 and 7.5.

다른 비이커에 증류수 135g, 아크릴 아마이드 67.5g, 메틸렌 비스 아크릴 아마이드 2.5g을 투입 후 교반하여 완전히 용해시킨다.135 g of distilled water, 67.5 g of acrylamide and 2.5 g of methylene bisacrylamide were added to another beaker and stirred to completely dissolve.

또 다른 비이커에 파라졸 오일 230g과 솔비탄 모노올레이트 14g, PEG-20 솔비탄 모노올레이트 5g을 혼합한 후 교반한다. In another beaker, 230 g of parazole oil, 14 g of sorbitan monooleate and 5 g of PEG-20 sorbitan monooleate are mixed and stirred.

반응기에 위에서 제조된 수용액상과 유기용매상을 투입 후, 강력 고속 교반을 10-15분간 실시하여 초기 유화물을 얻는다. 이때 용존산소를 제거하기 위해 고순도 질소를 내부에 흘려준다. The aqueous phase and the organic solvent phase prepared above are added to the reactor, and then the mixture is stirred at a high speed for 10-15 minutes to obtain an initial emulsion. At this time, high purity nitrogen is flowed in to remove dissolved oxygen.

얻어진 초기 유화물에 개시제 2,2'-azo bis isobutyronitrile를 첨가하고 가열에 의하여 온도를 상승시킨다.The initiator 2,2'-azo bis isobutyronitrile is added to the obtained initial emulsion and the temperature is raised by heating.

반응이 개시되면 적절한 냉각을 통해 급격한 발열을 조절하며, 온도를 65℃~ 95℃ 정도로 유지한다.Once the reaction is initiated, moderate rapid heating through proper cooling and maintain the temperature at about 65 ° C to 95 ° C.

반응 종료 후 65℃~95℃에서 1시간 숙성 후 합성을 종료한다. After completion of the reaction, the reaction mixture is aged at 65 ° C to 95 ° C for 1 hour, and the synthesis is terminated.

이렇게 얻어진 증점제는 고형분(NV) 34%, pH 7.3, 점도 1,300cps의 값을 나타내었다.
The resulting thickener had a solid content (NV) of 34%, a pH of 7.3, and a viscosity of 1,300 cps.

[ 실시 예 2 ][Example 2]

온도계, 응축기(condensor), 교반기 등이 설치된 반응기에, 증류수 230g, 아크릴산 158g과 메타크릴산 7g을 투입하고 잘 교반하여 준다.230 g of distilled water, 158 g of acrylic acid and 7 g of methacrylic acid are put into a reactor equipped with a thermometer, a condenser and a stirrer and stirred well.

위 혼합물에 25% 암모니아수 100g을 1.5hrs 동안 적하하여 중화시킨다.100 g of 25% ammonia water was added dropwise to the mixture to neutralize the mixture for 1.5 hrs.

중화 후 pH 5~6 사이를 유지하도록 한다.After neutralization, maintain pH between 5 and 6.

다른 비이커에 증류수 135g, 아크릴 아마이드 67.5g, 메틸렌 비스 아크릴 아마이드 2.5g을 투입 후 교반하여 완전히 용해시킨다.135 g of distilled water, 67.5 g of acrylamide and 2.5 g of methylene bisacrylamide were added to another beaker and stirred to completely dissolve.

또 다른 비이커에 파라핀 오일 178g과 솔비탄 모노올레이트 14g, PEG-20 솔비탄 모노올레이트 5g을 혼합한 후 교반한다. In another beaker, 178 g of paraffin oil, 14 g of sorbitan monooleate and 5 g of PEG-20 sorbitan monooleate are mixed and stirred.

반응기에 위에서 제조된 수용액상과 유기용매상을 투입 후, 강력 고속 교반을 10-15분간 실시하여 초기 유화물을 얻는다. 이때 용존산소를 제거하기 위해 고순도 질소를 내부에 흘려준다. The aqueous phase and the organic solvent phase prepared above are added to the reactor, and then the mixture is stirred at a high speed for 10-15 minutes to obtain an initial emulsion. At this time, high purity nitrogen is flowed in to remove dissolved oxygen.

얻어진 초기 유화물에 개시제 2,2'-azo bis isobutyronitrile을 첨가하고 가열하여 온도를 상승시킨다.The initiator 2,2'-azo bis isobutyronitrile is added to the obtained initial emulsion, and the temperature is raised by heating.

반응이 개시되면 적절한 냉각을 통해 급격한 발열을 조절하며, 온도를 65℃~ 95℃ 정도로 유지한다.Once the reaction is initiated, moderate rapid heating through proper cooling and maintain the temperature at about 65 ° C to 95 ° C.

반응 종료 후, 65℃~95℃에서 1시간 숙성 후, 합성을 종료한다. After completion of the reaction, aging at 65 ° C to 95 ° C for 1 hour, the synthesis is terminated.

이렇게 얻어진 증점제는 NV 33.5%, pH 5.8, 점도 3,400cps의 값을 나타내었다.
The viscosity of the resulting thickener was 33.5% NV, pH 5.8, and viscosity of 3,400 cps.

[ 실시 예 3 ][Example 3]

온도계, 응축기(condensor), 교반기 등이 설치된 반응기에, 증류수 230g, 아크릴산 158g과 메타크릴산 7g을 투입하고 잘 교반하여 준다.230 g of distilled water, 158 g of acrylic acid and 7 g of methacrylic acid are put into a reactor equipped with a thermometer, a condenser and a stirrer and stirred well.

위 혼합물에 25% 암모니아수 131g을 1.5hrs 동안 적하하여 중화시킨다.131 g of 25% ammonia water was added dropwise to the mixture to neutralize the mixture for 1.5 hrs.

다른 비이커에 증류수 135g, 아크릴 아마이드 67.5g, 메틸렌 비스 아크릴 아마이드 2.5g을 투입 후 교반하여 완전히 용해시킨다.135 g of distilled water, 67.5 g of acrylamide and 2.5 g of methylene bisacrylamide were added to another beaker and stirred to completely dissolve.

또 다른 비이커에 파라핀 오일 178g과 솔비탄 모노올레이트 14g, PEG-20 솔비탄 모노올레이트 5g을 혼합한 후 교반한다. In another beaker, 178 g of paraffin oil, 14 g of sorbitan monooleate and 5 g of PEG-20 sorbitan monooleate are mixed and stirred.

반응기에 위에서 제조된 수용액상과 유기용매상을 투입 후, 강력 고속 교반을 10-15분간 실시하여 초기 유화물을 얻는다. 이때 용존산소를 제거하기 위해 고순도 질소를 내부에 흘려준다. The aqueous phase and the organic solvent phase prepared above are added to the reactor, and then the mixture is stirred at a high speed for 10-15 minutes to obtain an initial emulsion. At this time, high purity nitrogen is flowed in to remove dissolved oxygen.

얻어진 초기 유화물에 개시제 2,2'-azo bis isobutyronitrile을 첨가하고 외부 가열에 의하여 온도를 상승시킨다.The initiator 2,2'-azo bis isobutyronitrile is added to the obtained initial emulsion and the temperature is raised by external heating.

반응이 개시되면 적절한 냉각을 통해 급격한 발열을 조절하며, 온도를 65℃~ 95℃ 정도로 유지한다.Once the reaction is initiated, moderate rapid heating through proper cooling and maintain the temperature at about 65 ° C to 95 ° C.

반응 종료 후 65℃~ 95℃에서 1시간 숙성 후, 합성을 종료한다.After completion of the reaction, the mixture is aged at 65 ° C to 95 ° C for 1 hour, and the synthesis is terminated.

이렇게 얻어진 증점제는 NV 34.2%, pH 7.5, 점도 3,800cps의 값을 나타내었다.
The viscosity of the resulting thickener was 34.2% NV, pH 7.5, and viscosity of 3,800 cps.

[ 실시 예 4 ][Example 4]

반응기에 온도계, 응축기, 교반기 등을 설치한 후, 증류수 230g에 아크릴산 165g을 투입하고 잘 교반하여 준다.A thermometer, a condenser and a stirrer were installed in the reactor, and then 165 g of acrylic acid was added to 230 g of distilled water and stirred well.

위 혼합물에 25% 암모니아수 141g을 1.5hrs 동안 적하하여 중화시킨다.141 g of 25% ammonia water was added dropwise to the mixture to neutralize the mixture for 1.5 hrs.

다른 비이커에 증류수 135g, 아크릴 아마이드 67.5g, 메틸렌 비스 아크릴 아마이드 2.5g을 투입 후 교반하여 완전히 용해시킨다.135 g of distilled water, 67.5 g of acrylamide and 2.5 g of methylene bisacrylamide were added to another beaker and stirred to completely dissolve.

또 다른 비이커에 파라핀 오일 178g과 솔비탄 모노올레이트 14g, PEG-20 솔비탄 모노올레이트 5g을 혼합한 후 교반한다. In another beaker, 178 g of paraffin oil, 14 g of sorbitan monooleate and 5 g of PEG-20 sorbitan monooleate are mixed and stirred.

반응기에 위에서 제조된 수용액상과 유기용매상을 투입 후, 강력 고속 교반을 10-15분간 실시하여 초기 유화물을 얻는다. 이때 용존산소를 제거하기 위해 고순도 질소를 내부에 흘려준다. The aqueous phase and the organic solvent phase prepared above are added to the reactor, and then the mixture is stirred at a high speed for 10-15 minutes to obtain an initial emulsion. At this time, high purity nitrogen is flowed in to remove dissolved oxygen.

얻어진 초기 유화물에 개시제 2,2'-azo bis isobutyronitrile을 첨가하고 외부 가열에 의하여 온도를 상승시킨다.The initiator 2,2'-azo bis isobutyronitrile is added to the obtained initial emulsion and the temperature is raised by external heating.

반응이 개시되면 적절한 냉각을 통해 급격한 발열을 조절하며, 온도를 65℃~ 95℃ 정도로 유지한다.Once the reaction is initiated, moderate rapid heating through proper cooling and maintain the temperature at about 65 ° C to 95 ° C.

반응 종료 후 65℃~ 95℃에서 1시간 숙성 후, 합성을 종료한다.After completion of the reaction, the mixture is aged at 65 ° C to 95 ° C for 1 hour, and the synthesis is terminated.

이렇게 얻어진 증점제는 NV 33.9%, pH 7.1, 점도 4,300cps의 값을 나타내었다.
The viscosity of the obtained thickener was 33.9% NV, pH 7.1, and viscosity of 4,300 cps.

본 발명에 따른 제품 시험 및 평가는 다음과 같다.The product test and evaluation according to the present invention are as follows.

상기 실시 예에서 합성된 증점제의 물성을 평가하기 위하여 기존 대흥화학공업 주식회사 제조의 알칼리 첨가형 증점제와 본 발명에서 얻어진 수첨가형 증점제의 물성을 비교 평가하였다. In order to evaluate the physical properties of the thickener synthesized in the above examples, the physical properties of the alkaline-added thickener manufactured by Daeheung Chemical Co., Ltd. and the water-containing thickener obtained in the present invention were compared and evaluated.

물성 비교는 증점능과 증점후 점도 안정성을 평가하였다.The comparison of physical properties was evaluated for the potency and viscosity stability after thickening.

증점능 측정을 위하여 현재 접착용도로 사용되는 건축용 수성 에멀젼 제품에 각각의 증점제를 일정 비율 첨가한 후 증점 점도를 측정하였다.In order to measure the thickening ability, a thickening agent was added to a waterborne emulsion product for architectural use which is currently used for bonding, and then the viscosity of the thickener was measured.

증점상태의 원활성과 분산성 향상을 위해 물로 희석 후 증점하였다.In order to improve the smoothness and dispersibility of the thickened state, it was diluted with water and then thickened.

건축용 제품의 일반적인 사용 형태를 고려하여(페이스트상) 100만~300만cps 정도의 점도 형성을 기준으로 설정하였다. Considering the general usage form of the construction products, the viscosity is set to be about 1 million to 3 million cps (paste).

증점을 위한 혼합비율은 다음과 같다.The mixing ratio for thickening is as follows.

수성 접착제 : H2O : 증점제 = 100 : 100 : 22Aqueous adhesive: H 2 O: thickener = 100: 100: 22

수성 접착제 : VE-2002 => 대흥화학공업 주식회사 제조 수성 에멀젼 접착제 증점제 : TH-A => 대흥특수화학 제조 알칼리 첨가형 증점제 Water-based adhesive: VE-2002 => manufactured by Daeheung Chemical Industry Co., Ltd. Water-based emulsion adhesive thickener: TH-A => manufactured by Daeheung Specialty Chemicals,

시험품 A, B, C는 본 발명에서 합성된 수첨가형 증점제의 실시 예 2, 3, 4에 대응한다.The test articles A, B and C correspond to Examples 2, 3 and 4 of the water-added type thickener synthesized in the present invention.

증점 점도 측정은 각각의 혼합비율에 따라 혼합 후, Brookfield RVT viscometer를 사용하여 점도를 측정하였다. 측정 결과는 표 1과 같다.The viscosity was measured according to the blending ratio, and then the viscosity was measured using a Brookfield RVT viscometer. The measurement results are shown in Table 1.

* Spindle No. / rpm = Helipath spindle T-F / 2.5* Spindle No. / rpm = Helipath spindle T-F / 2.5

* Viscosity measuring range : 0 ~ 400만cps* Viscosity measuring range: 0 to 4 million cps

* Temp. : at 25℃* Temp. : at 25 ° C

* Unit : 10,000cps* Unit: 10,000 cps

TH-A TH-A 실험-A Experiment -A 실험-B Experiment -B 실험-C Experiment -C 1st1st 9090 180180 202202 204204 2nd 2nd 8888 182182 200200 204204 3rd3rd 9090 180180 200200 200200 Ave.Ave. 8989 181181 200200 200200

본 발명에 따른 점도 안정성 평가는 표 2와 같다.The evaluation of the viscosity stability according to the present invention is shown in Table 2.

각각의 증점된 페이스트 형태의 조성물을 항온 조건에서 보관하고 시간 경과에 따라 점도 변화를 측정하였다. Each thickened paste-like composition was stored under constant temperature conditions and viscosity changes were measured over time.

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 표 1 및 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 증점제의 경우, 증점능에 있어 기존 알칼리 첨가형 증점제에 비하여 100% 이상 향상된 증점능을 나타내고 있으며, 장기 저장 안정성에 있어서도 점도 변화율이 기존 제품 대비 월등하게 안정적인 현상을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
As can be seen from the above Tables 1 and 2, the thickener according to the present invention exhibited an enhancement ability of 100% or more as compared with the existing alkali-added thickener in terms of its thickening ability, And it was confirmed that the phenomenon is remarkably stable.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

본 발명에 따른 역유화 중합 방법에 의한 증점제 및 그의 제조 방법을 사용하는 것에 의해 기존 증점제 대비 우수한 증점능과 보관시 향상된 장기 점도 안정성을 유지할 수 있다.By using the thickener by the reverse emulsion polymerization method according to the present invention and the manufacturing method thereof, it is possible to maintain an excellent storability in comparison with existing thickeners and an improved long term viscosity stability in storage.

Claims (10)

역유화 중합 방법에 의한 수첨가형 증점제를 제조하는 방법으로서,
(a) 불포화 이중결합을 가지는 수용성상을 제조하는 단계,
(b) 분산매로 사용되는 유기용매상을 제조하는 단계,
(c) 상기 단계 (a)에서 제조된 수용성상에 상기 단계 (b)에서 제조된 유기용매상을 첨가하고, 고속 교반하여 초기 유화 형태의 유화물을 제조하는 단계,
(d) 상기 단계 (c)에서 제조된 상기 유화물에 개시제를 첨가하고, 온도를 상승시켜 중합과정을 실행하는 단계,
(e) 상기 단계 (d)에서 중합되어 미반응 단량체의 잔존량을 최소화하고 안정성을 향상시키도록 숙성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증점제 제조방법.
A method for producing a water-added type thickener by an inverse emulsion polymerization method,
(a) preparing an aqueous phase having an unsaturated double bond,
(b) preparing an organic solvent phase used as a dispersion medium,
(c) adding an organic solvent phase prepared in the step (b) to the aqueous phase prepared in the step (a) and stirring the mixture at a high speed to produce an emulsion in an initial emulsified form,
(d) adding an initiator to the emulsion produced in the step (c), raising the temperature to carry out a polymerization process,
(e) aging the polymerized in the step (d) so as to minimize the residual amount of the unreacted monomers and to improve the stability.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)는 친수도(Hydrophilicity)가 높은 형태의 아크릴 단량체로서, 아크릴산, 메타크릴산 또는 카르복실기를 가지는 아크릴 단량체를 물과 혼합하여 수용성상을 제조하는 것을 특징으로 하는 증점제 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (a) is an acrylic monomer having a high hydrophilicity and an acrylic monomer having an acrylic acid, a methacrylic acid or a carboxyl group is mixed with water to prepare an aqueous phase.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)의 단량체는 전체 단량체 100 중량비 내에서 아크릴산 단독 또는 아크릴산과 메타크릴산의 2종 30~80wt%, 아크릴 아마이드 10~60wt%, 그 외 소수성 단량체로서 터셔리-부틸메타크릴레이트 0~10wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 증점제 제조방법.
The method according to claim 1,
The monomer of the step (a) may be selected from the group consisting of 30 to 80 wt% of acrylic acid alone or two kinds of acrylic acid and methacrylic acid, 10 to 60 wt% of acrylamide, 10 wt% of tertiary butyl methacrylate as a hydrophobic monomer By weight to 10% by weight.
제1항에 있어서,
상기 단계 (b)에서의 유기용매상은 포화 탄화수소로 구성된 노말 파라핀 오일로서, C10~C17 탄소를 가지는 형태 및 B.P(끓는점) 180℃~300℃에 해당하는 것을 특징으로 하는 증점제 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the organic solvent phase in the step (b) is a normal paraffin oil composed of saturated hydrocarbons and has a form of C10 to C17 carbon and BP (boiling point) of 180 to 300 deg.
제4항에 있어서,
상기 단계 (b)에서는 계면활성제가 첨가되며,
상기 계면활성제는 솔비탄 모노스테아레이트, 솔비탄 모노올리에이트, 솔비탄 모노라우레이트와 같은 솔비탄 에스테르와 에톡시레이트화된 폴리에톡시레이티드 솔비탄 에스테르 2종을 병용하여 사용하는 것을 특징으로 하는 증점제 제조방법.
5. The method of claim 4,
In the step (b), a surfactant is added,
The surfactant is characterized by using a combination of a sorbitan ester such as sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan monolaurate and ethoxylated polyethoxylated sorbitan esters By weight.
제1항에 있어서,
상기 단계 (d)에서 개시제는 라디칼 연쇄 중합 반응을 진행시키기 위하여 사용되며, 벤조일 퍼옥사이드 또는 AIBN(2,2'-azo bis isobutyronitrile)인 것을 특징으로 하는 증점제 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the initiator in step (d) is used to promote radical chain polymerization and is benzoyl peroxide or AIBN (2,2'-azo bis isobutyronitrile).
제6항에 있어서,
상기 단계 (d)에서의 중합은 회분(batch) 중합 방식에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 증점제 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the polymerization in step (d) is carried out by a batch polymerization method.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)는 암모니아수 또는 가성소다의 알칼리를 적하하여 pH가 6.0~8.0 사이로 되도록 조정되며, 가교제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 증점제 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (a) is carried out by dropping an alkali of ammonia water or caustic soda to adjust the pH to be between 6.0 and 8.0, and a crosslinking agent is added.
제8항에 있어서,
상기 가교제로는 메틸렌비스아크릴 아마이드, 디아세톤 아크릴 아마이드, 알릴메타아크릴레이트, 부탄-디올-디-아크릴레이트, 디-알릴 프탈레이트 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 증점제 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the crosslinking agent is any one of methylene bisacrylamide, diacetone acrylamide, allyl methacrylate, butane-diol-di-acrylate, and di-allyl phthalate.
청구항 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항의 증점제 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 증점제.A thickener produced by the process for producing a thickener according to any one of claims 1 to 9.
KR20140032145A 2014-03-19 2014-03-19 Thickener by inverse emulsion synthetic and production method thereof KR101481745B1 (en)

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