KR20200084632A - Method for preparing acrylonitrile based polymer - Google Patents

Method for preparing acrylonitrile based polymer Download PDF

Info

Publication number
KR20200084632A
KR20200084632A KR1020190000747A KR20190000747A KR20200084632A KR 20200084632 A KR20200084632 A KR 20200084632A KR 1020190000747 A KR1020190000747 A KR 1020190000747A KR 20190000747 A KR20190000747 A KR 20190000747A KR 20200084632 A KR20200084632 A KR 20200084632A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polymerization
raw material
acrylonitrile
material mixture
static mixer
Prior art date
Application number
KR1020190000747A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102571367B1 (en
Inventor
최선혁
김정규
장용희
원종호
조준희
김희용
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020190000747A priority Critical patent/KR102571367B1/en
Publication of KR20200084632A publication Critical patent/KR20200084632A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102571367B1 publication Critical patent/KR102571367B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/42Nitriles
    • C08F220/44Acrylonitrile
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/001Multistage polymerisation processes characterised by a change in reactor conditions without deactivating the intermediate polymer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/01Processes of polymerisation characterised by special features of the polymerisation apparatus used

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method for producing a continuous acrylonitrile-based copolymer, comprising a reaction system including two or more reactors. The present invention provides a method for producing an acrylonitrile-based copolymer, comprising: a first polymerization step of a raw material mixture containing an acrylonitrile-based monomer in the presence of a polymerization initiator in a continuous stirred reactor; and a second polymerization step of transferring the firstly polymerized raw material mixture to a static mixer and performing second polymerization in the static mixer, wherein viscosity of the firstly polymerized raw material mixture is 40,000 to 70,000 cP at 45°C.

Description

아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법 {METHOD FOR PREPARING ACRYLONITRILE BASED POLYMER}Manufacturing method of acrylonitrile-based copolymer {METHOD FOR PREPARING ACRYLONITRILE BASED POLYMER}

본 발명은 탄소섬유의 제조에 사용되는 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법에 관한 것으로서, 2종 이상의 반응기를 포함하는 반응시스템을 포함하는 연속식 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an acrylonitrile-based copolymer used for the production of carbon fibers, and relates to a method for producing a continuous acrylonitrile-based copolymer including a reaction system including two or more reactors.

탄소 섬유는 전체 중량에 대하여 탄소 원소가 90중량% 이상으로 이루어진 섬유상의 탄소 재료로서, 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile, PAN), 석유계·석탄계 탄화수소 잔류물인 피치(pitch) 또는 레이온으로부터 제조된 섬유 형태의 전구체를 불활성 분위기에서 열분해하여 얻어지는 섬유를 의미한다.Carbon fiber is a fibrous carbon material composed of 90% by weight or more of carbon elements relative to the total weight, and is made of polyacrylonitrile (PAN), a petroleum-coal-based hydrocarbon residue pitch or fiber produced from rayon. It means a fiber obtained by thermally decomposing the precursor of the inert atmosphere.

탄소 섬유는 구성 요소인 탄소의 구조 및 조직 특성을 가지면서 섬유 형태를 가진 재료로서, 내열성, 화학적 안정성, 전기 열전도성, 저열 팽창성에 따른 치수안정성, 저밀도, 마찰 마모 특성, X선 투과성, 전자파 차폐성, 생체친화성, 유연성 등의 우수한 특징을 지니고 있으며, 활성화 조건에 따라서는 매우 우수한 흡착 특성 부여도 가능하다. Carbon fiber is a material that has the structural and organizational properties of carbon, which is a component, and has a fiber shape.It has heat resistance, chemical stability, electrical thermal conductivity, dimensional stability according to low thermal expansion, low density, friction wear characteristics, X-ray permeability, and electromagnetic wave shielding properties. , It has excellent characteristics such as biocompatibility and flexibility, and it is also possible to impart very good adsorption characteristics depending on activation conditions.

한편, 아크릴로니트릴계 중합체는 탄소 섬유 전구체의 원료로 넓게 이용되고 있다. 아크릴로니트릴계 중합체의 제조방법으로 용액 중합 방식을 주로 이용한다. 용액중합 방식은 아크릴로니트릴계 단량체, 중합 개시제 및 반응용매를 혼합한 혼합물을 그대로 방사용액으로 이용할 수 있어, 아크릴로니트릴계 중합체를 방사용매에 용해하여 방사원액을 만드는 단계 등을 거치지 않아 공정이 경제적이라는 장점을 가지고 있다.On the other hand, acrylonitrile-based polymers are widely used as raw materials for carbon fiber precursors. As a method for producing an acrylonitrile-based polymer, a solution polymerization method is mainly used. In the solution polymerization method, a mixture of an acrylonitrile-based monomer, a polymerization initiator, and a reaction solvent can be used as a spinning solution, and the process is not performed by dissolving an acrylonitrile-based polymer in a spinning solvent to make a spinning dope. It has the advantage of being economical.

한편, PAN계 탄소섬유의 생산성을 향상시키기 위하여, 탄소섬유 전구체의 방사 단계, 내염화 단계 혹은 탄소화 단계 등 모든 공정에서 효율을 증진시키기 위한 노력들이 이루어지고 있다. 하지만, PAN계 탄소섬유 전구체가 방사될 때, PAN계 중합체 용액의 특성에 따른 한계 방사 드래프트율과 그 응고 구조에 따른 연신 배율의 한계가 존재한다. 결국, 생산성을 향상시키기 위해 방사 속도를 높이는 경우 PAN계 탄소섬유의 연신성이 저하되고, 방사 속도를 낮추게 되면, 생산성이 저하되기 때문에, 생산성 향상과 제품 성능 향상의 양립이 어렵다는 문제가 있다.On the other hand, in order to improve the productivity of the PAN-based carbon fiber, efforts have been made to improve efficiency in all processes, such as a spinning step, a flameproofing step, or a carbonization step of a carbon fiber precursor. However, when the PAN-based carbon fiber precursor is spun, there are limitations in the limit spinning draft rate and the stretching ratio depending on the solidification structure of the PAN-based polymer solution. As a result, when the spinning speed is increased to improve the productivity, the elongation of the PAN-based carbon fiber is lowered, and when the spinning speed is lowered, the productivity is lowered, and thus there is a problem that it is difficult to achieve both productivity improvement and product performance improvement.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 특허문헌 1은, PAN계 중합체 용액에 초고분자량 성분을 소량 포함하여, 높은 방사 드래프트율로 제사해도 섬유 손상이 없이 품위가 좋은 전구체 섬유를 얻을 수 있어 탄소섬유의 대량생산이 가능해진다는 장점이 있고, 이 방법으로 배치식 용액 중합법을 제안하고 있다.In order to solve these problems, Patent Document 1, PAN-based polymer solution containing a small amount of ultra-high molecular weight components, even when spinning at a high spinning draft rate, it is possible to obtain a good quality precursor fiber without damaging the fiber and mass production of carbon fiber This has the advantage of being possible, and a batch type solution polymerization method has been proposed in this way.

구체적으로, 중합 개시제 등의 시약을 2회로 나누어 투입함으로써, 초고분자량 성분의 중합과 통상의 분자량 성분의 중합을 동일한 반응 용액 중에서 수행하는 것으로서 이를 통해 예사성이 우수한 PAN계 중합체 용액을 용이하게 얻을 수 있다는 점이 제안된다. Specifically, by dividing and adding a reagent such as a polymerization initiator in two, polymerization of an ultra high molecular weight component and polymerization of a common molecular weight component are performed in the same reaction solution, thereby easily obtaining a PAN-based polymer solution excellent in sharpness. It is suggested that there is.

그렇지만 소정의 초고분자량 성분의 중합율을 얻기 위해 시약의 투입 타이밍이 엄밀한 제어가 요구되고, 또한 동일한 반응기에서 반복적으로 중합을 할 경우, 잔존 시약이 중합 스펙에 영향을 주고 또한 점도가 높아 반응기 내에 겔 생성이 다량 발생하기 때문에, 반응기를 자주 세척하여야 하는 등의 별도 조치가 필요하고, 배치식으로 제조된 PAN계 중합체는 물성의 균일도가 크게 저하되어 품질 편차의 문제가 존재한다.However, in order to obtain a polymerization rate of a certain ultra-high molecular weight component, strict control of the timing of the injection of the reagent is required, and when the polymerization is repeated in the same reactor, the residual reagent affects the polymerization specification and the viscosity is high, and the gel in the reactor is high. Since a large amount of production occurs, separate measures such as frequent washing of the reactor are required, and the uniformity of physical properties of the PAN-based polymer produced in a batch type is greatly deteriorated, and there is a problem of quality deviation.

한편, 특허문헌 2의 경우, 연속식 공정을 2회 이상 반복하여 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체를 제조하는 방법을 제안하고 있는데, PAN계 중합체 용액과 같이 전환율이 높고 점도가 높은 용액의 경우, 연속식 공정을 수행하는 반응기의 부피가 상대적으로 더 커야하므로, 제조공정의 경제성이 저하되고, 교반 및 제열 성능이 낮아 반응기 내에 겔이 다량으로 발생되는 문제점 또한 존재한다. On the other hand, in the case of patent document 2, a method of preparing an acrylonitrile-styrene copolymer by repeating a continuous process two or more times is proposed. In the case of a solution having a high conversion rate and a high viscosity, such as a PAN-based polymer solution, it is continuous. Since the volume of the reactor that performs the food process must be relatively larger, the economic efficiency of the manufacturing process is lowered, and the stirring and the heat removal performance are low, and there is also a problem that a large amount of gel is generated in the reactor.

따라서, 품질 개선과 생산성 향상의 동시 달성은 여전히 개선이 요구되는 실정이다.Therefore, simultaneous improvement of quality improvement and productivity improvement is still in demand.

JP 2008-248219 AJP 2008-248219 A KR 1999-0001928 AKR 1999-0001928 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 2종 이상의 반응기를 포함하는 반응시스템을 포함하는 연속식 제조 방법을 적용하되 물성 저하를 억제하면서도 전환율을 크게 향상시킬 수 있으며 이로 인해 생산성이 크게 증대된 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention has been devised to solve the above problems, and applies a continuous production method including a reaction system including two or more reactors, but can significantly improve conversion while suppressing deterioration in physical properties, thereby increasing productivity. It is intended to provide a method for producing a greatly increased acrylonitrile-based copolymer.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, 2종 이상의 반응기를 포함하는 반응시스템을 포함하는 연속식 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법으로, 연속식 교반 반응기에서 중합 개시제의 존재 하에, 아크릴로니트릴계 단량체를 포함하는 원료 혼합물을 1차 중합하는 제1중합단계; 및 1차 중합된 원료 혼합물을 스태틱 믹서로 이송하여 스태틱 믹서에서 2차 중합하는 제2중합단계;를 포함하고, 상기 1차 중합된 원료 혼합물의 점도는 45℃에서 40,000 cP 내지 70,000 cP인 것인 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention to solve the above problems, as a method for producing a continuous acrylonitrile-based copolymer comprising a reaction system comprising two or more reactors, in the presence of a polymerization initiator in a continuous stirred reactor , A first polymerization step of primary polymerization of a raw material mixture containing an acrylonitrile-based monomer; And a second polymerization step of transferring the primary polymerized raw material mixture to a static mixer for secondary polymerization in a static mixer, wherein the viscosity of the primary polymerized raw material mixture is 40,000 cP to 70,000 cP at 45°C. A method for producing an acrylonitrile-based copolymer is provided.

본 발명의 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법에 따르면, 2종의 반응기를 이용하여 다단계의 중합반응을 거쳐 중합체의 물성 저하를 억제할 수 있고 전환율을 크게 향상시킬 수 있기 때문에 생산성을 극대화 할 수 있으며 물성이 균일하게 우수한 아크릴로니트릴계 공중합체를 제공할 수 있다.According to the method for producing an acrylonitrile-based copolymer of the present invention, it is possible to maximize productivity because it can suppress the deterioration in physical properties of the polymer and greatly improve the conversion rate through a multi-step polymerization reaction using two reactors. And it can provide an acrylonitrile-based copolymer having excellent uniform physical properties.

도 1은 본 발명에 따른 아크릴로니트릴계 공중합체를 제조 공정에 대한 공정 모식도이다.1 is a process schematic diagram for a process for producing an acrylonitrile-based copolymer according to the present invention.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to aid understanding of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be interpreted as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor can appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. Based on the principle of being present, it should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical spirit of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법은 2종 이상의 반응기를 포함하는 반응시스템을 포함하는 연속식 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법으로, 연속식 교반 반응기에서 중합 개시제의 존재 하에, 아크릴로니트릴계 단량체를 포함하는 원료 혼합물을 1차 중합하는 제1중합단계; 및 1차 중합된 원료 혼합물을 스태틱 믹서로 이송하여 스태틱 믹서에서 2차 중합하는 제2중합단계;를 포함하고, 상기 1차 중합된 원료 혼합물의 점도는 45℃에서 40,000 cP 내지 70,000 cP인 것을 특징으로 한다.A method for producing an acrylonitrile-based copolymer according to an embodiment of the present invention is a method for producing a continuous acrylonitrile-based copolymer including a reaction system including two or more reactors, a polymerization initiator in a continuous stirred reactor In the presence of, a first polymerization step of primary polymerization of a raw material mixture comprising an acrylonitrile-based monomer; And a second polymerization step of transferring the primary polymerized raw material mixture to a static mixer for secondary polymerization in a static mixer, wherein the viscosity of the primary polymerized raw material mixture is 40,000 cP to 70,000 cP at 45°C. Is done.

본 발명의 상기 제조방법에 따르면, 배치식 중합 방법 혹은 연속식 중합 방법만을 사용하는 경우에 비하여 물성이 균일한 아크릴로니트릴계 공중합체를 얻을 수 있고, 반응시간이 단축될 수 있으며, 전환율을 향상시킬 수 있고, 부산물인 겔 생성 억제에 따른 물성 저하를 방지할 수 있어서 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.According to the above production method of the present invention, an acrylonitrile-based copolymer having uniform physical properties can be obtained, the reaction time can be shortened, and the conversion rate is improved compared to the case of using only a batch polymerization method or a continuous polymerization method. It is possible to prevent the deterioration of physical properties due to the suppression of gel formation, which is a by-product, and thus the productivity can be greatly improved.

종래 탄소섬유용 PAN을 중합하기 위해 배치식 중합공정 또는 연속식 교반 중합공정을 단독으로 실시하고 있었다. 그러나, 배치식 중합공정은 중합반응 속도는 빠르나, 기상 반응물이 존재하는 경우, 물성의 균일성이 저하된다는 단점이 있고, 연속식 공정의 경우, 중합된 생성물의 물성의 균일도는 우수하나, 배치식 공정에 비해 반응속도가 느리다는 단점이 있어, 어떠한 방법이라도 단독으로 중합공정을 거치게 되면, 물성의 균일도 및 제조공정의 생산성이 저하된다는 문제점이 존재하였다. Conventionally, in order to polymerize PAN for carbon fiber, a batch polymerization process or a continuous stirring polymerization process was performed alone. However, the batch-type polymerization process has a fast polymerization reaction rate, but has the disadvantage that the uniformity of properties decreases when a gaseous reactant is present. In the case of a continuous process, the uniformity of the physical properties of the polymerized product is excellent, but the batch type There is a disadvantage in that the reaction rate is slower than the process, and if any method goes through the polymerization process alone, there is a problem that the uniformity of physical properties and productivity of the manufacturing process decrease.

따라서, 본원발명의 경우, 아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하기 위한 아크릴로니트릴계 단량체를 포함하는 원료 혼합물의 중합단계를 2종 이상의 반응기를 사용하여 다른 방식의 중합반응을 모두 거치도록 하였다. 본원발명과 같이 2종 이상의 반응기를 사용하여 중합반응을 거치게 되면, 원료 혼합물의 중합 도중 점도, 전환율을 고려하여 중합 반응속도는 빠르면서도, 최종적으로 물성 균일도가 향상된 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법을 제공할 수 있다. Therefore, in the case of the present invention, the polymerization step of the raw material mixture containing the acrylonitrile-based monomer for preparing the acrylonitrile-based copolymer was performed through all other polymerization reactions using two or more reactors. When the polymerization reaction is performed by using two or more reactors as in the present invention, the polymerization reaction rate is fast while considering the viscosity and conversion rate during polymerization of the raw material mixture, and finally the method for producing an acrylonitrile-based copolymer having improved physical property uniformity Can provide

보다 구체적으로, 상대적으로 중합 전환율이 낮고, 점도가 낮은 구간에서는 연속식 교반 반응기를 사용하여 중합 반응의 균일성을 향상시킬 수 있다. More specifically, in a section having a relatively low polymerization conversion rate and a low viscosity, the uniformity of the polymerization reaction may be improved by using a continuous stirring reactor.

한편, 상대적으로 중합 전환율이 높고, 점도가 높은 구간에서는 기상 반응물이 없는 경우 사용되는 반응기인 스태틱 믹서(static mixer)를 사용할 수 있다. 스태틱 믹서를 사용하여 중합 반응을 수행하는 경우, 반응기 내부 단위 부피당 전열면적이 연속식 교반 반응기에 비하여 더 넓으므로, 제열 이슈가 완화될 수 있고, 반응속도 또한 연속식 교반 반응기에 비하여 더 빠르므로, 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.Meanwhile, a static mixer, which is a reactor used in the absence of a gaseous reactant, may be used in a section having a relatively high polymerization conversion rate and a high viscosity. When the polymerization reaction is performed using a static mixer, the heat transfer area per unit volume inside the reactor is larger than that of the continuous stirring reactor, so that the heat removal issue can be alleviated, and the reaction rate is also faster than that of the continuous stirring reactor. It is possible to improve the productivity of the manufacturing process.

이하, 본 발명에 따른 제조방법을 각 단계별로 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method according to the present invention will be described for each step.

<제1중합단계><1st polymerization stage>

먼저, 제1중합단계는, 연속식 교반 반응기에서 중합 개시제의 존재 하에, 아크릴로니트릴계 단량체를 포함하는 원료 혼합물을 1차 중합하는 단계이다.First, the first polymerization step is a step of primary polymerization of a raw material mixture containing an acrylonitrile-based monomer in the presence of a polymerization initiator in a continuous stirring reactor.

제1중합단계는, 아크릴로니트릴계 단량체를 포함하는 원료 혼합물이 중합 개시제의 존재 하에 중합을 최초 시작하는 단계로서,In the first polymerization step, a raw material mixture containing an acrylonitrile-based monomer starts polymerization in the presence of a polymerization initiator,

상기 1차중합된 원료 혼합물의 점도는 45℃에서 40,000 cP 내지 70,000 cP, 바람직하게는 45℃에서 45,000 cP 내지 65,000 cP, 보다 바람직하게는 45℃에서 50,000 cP 내지 60,000 cP일 수 있다. The viscosity of the primary polymerized raw material mixture may be 40,000 cP to 70,000 cP at 45°C, preferably 45,000 cP to 65,000 cP at 45°C, and more preferably 50,000 cP to 60,000 cP at 45°C.

제1중합단계의 경우, 연속식 교반 반응기에서 수행되는 중합 공정으로, 1차중합된 원료 혼합물의 점도가 상기 범위 이내인 경우, 중합 전환율이나 최종 중합체의 분자량 분포가 우수하며, 연속식 교반 반응기의 교반 및 제열 성능이 저하됨에 따른 부산물(겔)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.In the case of the first polymerization step, a polymerization process performed in a continuous stirring reactor, when the viscosity of the primary polymerized raw material mixture is within the above range, the polymerization conversion rate or the molecular weight distribution of the final polymer is excellent, and the continuous stirring reactor It is possible to prevent the formation of by-products (gels) due to deterioration of stirring and heat removal performance.

상기 연속식 교반 반응기는, 제열 성능이 비교적 우수할 수 있도록 교반기와 자켓이 구비된 연속식 교반 반응기를 사용되는 것이 바람직하다.The continuous stirring reactor, it is preferable to use a continuous stirring reactor equipped with a stirrer and a jacket so that the heat removal performance can be relatively excellent.

상기 원료 혼합물은 아크릴로니트릴계 단량체를 포함한다.The raw material mixture includes an acrylonitrile-based monomer.

예를 들어, 상기 아크릴로니트릴계 단량체는 아크릴로니트릴 및 메타크릴로니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이 중 아크릴로니트릴이 바람직할 수 있다.For example, the acrylonitrile-based monomer may be at least one selected from the group consisting of acrylonitrile and methacrylonitrile, and acrylonitrile may be preferable.

또한, 상기 원료 혼합물은 유기용매를 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 유기용매는 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이 중 디메틸설폭사이드가 바람직할 수 있다.In addition, the raw material mixture may further include an organic solvent, for example, the organic solvent may be at least one selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide, dimethyl formamide and dimethyl acetamide, of which dimethyl sulfoxide Side may be preferred.

상기 원료 혼합물은 상기 아크릴로니트릴 단량체 100 중량부에 대하여, 상기 유기용매를 200 중량부 내지 500 중량부, 바람직하게는 240 중량부 내지 400 중량부, 보다 바람직하게는 260 중량부 내지 320 중량부로 포함할 수 있다. 상기 유기용매가 상기 범위 내로 포함되면, 원료 혼합물의 점도를 최적으로 조절하여 원료 혼합물의 중합 전환율 및 중량평균분자량이 증가될 수 있다.The raw material mixture includes 200 parts by weight to 500 parts by weight of the organic solvent, preferably 240 parts by weight to 400 parts by weight, and more preferably 260 parts by weight to 320 parts by weight based on 100 parts by weight of the acrylonitrile monomer. can do. When the organic solvent is included in the above range, polymerization conversion rate and weight average molecular weight of the raw material mixture may be increased by optimally adjusting the viscosity of the raw material mixture.

한편, 상기 원료 혼합물은 아크릴로니트릴계 단량체 이외에 추가적인 단량체를 공단량체로 더 포함할 수 있다. 상기 공단량체는, 예를 들면, 카르복시산계 단량체 및 (메트)아크릴레이트계 단량체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. Meanwhile, the raw material mixture may further include an additional monomer as a comonomer in addition to the acrylonitrile-based monomer. The comonomer may be, for example, one or more selected from the group consisting of carboxylic acid monomers and (meth)acrylate monomers.

상기 카르복시산계 단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 에타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 시트라콘산, 말레인산 및 메사콘산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 이 중 이타콘산이 바람직하다. 상기 (메트)아크릴레이트계 단량체로는 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트 및 프로필 메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 이 중 메틸 아크릴레이트가 바람직하다.The carboxylic acid-based monomer may be at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, citraconic acid, maleic acid, and mesaconic acid, and itaconic acid is preferred. The (meth)acrylate-based monomer may be one or more selected from the group consisting of methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate and propyl methacrylate, of which Methyl acrylate is preferred.

상기 공단량체는 아크릴로니트릴계 단량체 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부, 바람직하게는 1 내지 7 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 4 중량부로 포함될 수 있다. 상술한 범위를 만족하면, 아크릴로니트릴계 섬유 제조 공정에서 산화 안정화 반응의 개시 온도를 낮추는 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라, 아크릴로니트릴계 섬유에 적절한 연신성을 부여할 수 있다.The comonomer may be included in an amount of 1 to 10 parts by weight, preferably 1 to 7 parts by weight, and more preferably 1 to 4 parts by weight based on 100 parts by weight of an acrylonitrile-based monomer. If the above-described range is satisfied, not only can the role of lowering the initiation temperature of the oxidation stabilization reaction in the acrylonitrile-based fiber manufacturing process, it is also possible to impart appropriate stretchability to the acrylonitrile-based fiber.

상기 중합 반응은 중합 개시제의 존재 하에 수행될 수 있으며, 상기 중합 개시제는 원료 혼합물 내의 아크릴로니트릴계 단량체 혹은 이외에 추가될 수 있는 공단량체들 간의 중합 반응을 개시하기 위한 것이다.The polymerization reaction may be performed in the presence of a polymerization initiator, and the polymerization initiator is for initiating a polymerization reaction between acrylonitrile-based monomers in a raw material mixture or comonomers that may be added.

예를 들면, 중합개시제로서, 아조비스이소부티로니트릴, 2,2'-아조비스(4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴, 2,2'-아조비스 (2,4-디메틸발레로니트릴), 디메틸 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트), 1,1'-아조비스(사이클로헥산-1-카르보니트릴), 2,2'-아조비스[N-(2-프로페닐)-2-메틸 프로피온아미드, [(시아노-1-메틸 에틸)아조]포름아미드, 2 2'-아조비스(N-부틸-2-메틸 프로피온 아미드), 2,2'-아조비스(N-사이클로헥실-2-메틸 프로피온 아미드) 등이 사용될 수 있으며, 이 중에서도 아조비스이소부티로니트릴이 특히 바람직하다. For example, as a polymerization initiator, azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile, 2,2'-azobis (2,4-dimethyl Valeronitrile), dimethyl 2,2'-azobis(2-methylpropionate), 1,1'-azobis(cyclohexane-1-carbonitrile), 2,2'-azobis[N-( 2-propenyl)-2-methyl propionamide, [(cyano-1-methyl ethyl)azo]formamide, 2 2'-azobis(N-butyl-2-methyl propion amide), 2,2'- Azobis (N-cyclohexyl-2-methyl propion amide) or the like can be used, among which azobisisobutyronitrile is particularly preferred.

상기 중합 개시제는 아크릴로니트릴계 단량체 100 중량부에 대하여, 0.2 중량부 내지 2.0 중량부, 바람직하게는 0.3 중량부 내지 1.0 중량부, 보다 바람직하게는 0.4 중량부 내지 0.8 중량부로 투입될 수 있다. 상기 중합 개시제가 상술한 범위를 만족하는 경우, 수득된 중합체의 최종 중합 전환율이 개선될 수 있다.The polymerization initiator may be added in 0.2 parts by weight to 2.0 parts by weight, preferably 0.3 parts by weight to 1.0 parts by weight, and more preferably 0.4 parts by weight to 0.8 parts by weight based on 100 parts by weight of the acrylonitrile-based monomer. When the polymerization initiator satisfies the above-described range, the final polymerization conversion rate of the obtained polymer can be improved.

<제2중합단계><2nd polymerization stage>

다음으로, 제2중합단계는, 1차 중합된 원료 혼합물을 스태틱 믹서로 이송하여 스태틱 믹서에서 2차 중합하는 단계이다.Next, the second polymerization step is a step of transferring the primary polymerized raw material mixture to a static mixer to perform secondary polymerization in the static mixer.

제1중합단계에서는 연속식 교반 반응기를 사용한 반면, 제2중합단계에서는 스태틱 믹서(static mixer)를 사용하여, 2차 중합을 수행한다. In the first polymerization step, a continuous stirring reactor is used, while in the second polymerization step, a second mixer is performed using a static mixer.

상기에서 언급한 바와 같이, 연속식 교반 반응만을 통하여 중합 반응을 수행하는 경우, 스태틱 믹서를 사용하는 경우에 비하여 중합 반응 속도가 느리며, 중합 반응이 진행됨에 따라 원료용 혼합물의 점도가 상승하면, 교반 및 제열 성능이 저하되어 반응기 내에 부산물(겔)이 생성될 수 있다. 한편, 스태틱 믹서만을 통하여 중합 반응을 수행하는 경우, 반응기 앞부분에서 온도 구배로 인한 물성 저하가 발생할 수 있다. As mentioned above, when the polymerization reaction is performed only through the continuous stirring reaction, the polymerization reaction rate is slower than when using a static mixer, and when the viscosity of the mixture for the raw material rises as the polymerization reaction proceeds, stirring And the heat removal performance is lowered by-product (gel) may be generated in the reactor. On the other hand, when the polymerization reaction is performed through only a static mixer, physical property degradation due to a temperature gradient may occur in the front part of the reactor.

따라서, 본원발명의 일 실시예에 따르면, 중합 반응이 진행됨에 따라 달라지는 점도 범위를 나누어, 제1중합단계에서 원료용 혼합물이 중합됨에 따라 일정 수준 이상의 점도 및 중합 전환율을 나타내는 경우, 스태틱 믹서로 이송시킨 후, 제2중합단계를 수행하도록 하였다.Therefore, according to an embodiment of the present invention, when the polymerization reaction proceeds, the viscosity range is varied, and when the mixture for the raw material is polymerized in the first polymerization step, the viscosity and polymerization conversion rate of a certain level or higher are transferred to a static mixer. After that, the second polymerization step was performed.

이때, 제1중합된 원료 혼합물의 점도가 45℃에서 40,000 cP 내지 70,000 cP, 바람직하게는 바람직하게는 45℃에서 45,000 cP 내지 65,000 cP, 보다 바람직하게는 45℃에서 50,000 cP 내지 60,000 cP일 수 있다. At this time, the viscosity of the first polymerized raw material mixture may be 40,000 cP to 70,000 cP at 45°C, preferably 45,000 cP to 65,000 cP at 45°C, more preferably 50,000 cP to 60,000 cP at 45°C. .

또한, 상기 1차 중합된 원료 혼합물이 스태틱 믹서로 이송되는 시점은 상기 1차 중합된 원료 혼합물의 중합 전환율이 60% 내지 80%일 때, 바람직하게는 70 % 내지 80 %, 보다 바람직하게는 70 % 내지 75 %일 수 있다.In addition, when the primary polymerized raw material mixture is transferred to the static mixer, when the polymerization conversion ratio of the primary polymerized raw material mixture is 60% to 80%, preferably 70% to 80%, more preferably 70 % To 75%.

만일 상기 1차 중합된 원료 혼합물의 중합 전환율이 상기 범위 미만의 중합 전환율일 때 이송되면, 최종 생성물인 아크릴로니트릴계 공중합체의 수득률이 너무 낮아 중합 반응을 추가적으로 더 수행해야 하므로, 생산성이 저하될 수 있다. 제2중합반응을 더 오래 수행하게 되면서, 공중합체의 물성이 저하될 우려 또한 존재한다. If the polymerization conversion rate of the primary polymerized raw material mixture is transferred when the polymerization conversion rate is less than the above range, the yield of the final product, an acrylonitrile-based copolymer, is too low and the polymerization reaction must be additionally performed, so productivity decreases. Can. As the second polymerization reaction is performed longer, there is also a fear that the physical properties of the copolymer are deteriorated.

한편, 상기 1차 중합된 원료 혼합물의 중합 전환율이 상기 범위가 초과된 중합 전환율일 때 이송되면, 연속식 교반 반응기 내에 원료 혼합물의 점도 상승으로 인하여 교반 및 제열 성능이 저하됨에 따라 반응기 내에 부산물인 겔이 생성되어 반응기 오염이 심각해질 수 있고, 연속식 교반 반응기의 반응 용적 상승을 위해 반응기 부피를 증대시켜야 하는 문제가 있다. 따라서, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 상기 1차 중합된 원료 혼합물이 스태틱 믹서로 이송되는 시점은 상기 1차 중합된 원료 혼합물의 중합 전환율이 상기 범위 내인 경우여야 하는 것이 바람직하다.On the other hand, if the polymerization conversion rate of the primary polymerized raw material mixture is transferred when the polymerization conversion rate exceeds the above range, the stirring and de-heating performance decreases due to the viscosity increase of the raw material mixture in the continuous stirring reactor, resulting in a byproduct gel in the reactor. This is generated, the reactor contamination can be serious, there is a problem that the reactor volume must be increased to increase the reaction volume of the continuous stirred reactor. Therefore, in order to solve the above problems, it is preferable that the time point at which the primary polymerized raw material mixture is transferred to the static mixer should be the polymerization conversion rate of the primary polymerized raw material mixture within the above range.

한편, 제2중합단계에서는 중합 개시제를 추가로 2차 투입되는데, 이 때 2차 투입되는 중합 개시제는 전술한 중합 개시제가 동일하게 사용될 수 있다. On the other hand, in the second polymerization step, the polymerization initiator is additionally added secondly. At this time, the polymerization initiator that is secondly introduced may be used in the same manner as the above-described polymerization initiator.

상기 추가 투입되는 중합 개시제는 유기용매와 혼합된 상태로 투입될 수 있으며, 이때, 상기 유기용매는 전술한 유기용매가 동일하게 사용된다. The polymerization initiator to be added may be added in a mixed state with an organic solvent, wherein the organic solvent is the same as the organic solvent described above.

이때 상기 제2중합단계에서 추가적으로 더 투입된 중합 개시제는 상기 원료 혼합물 100 중량부에 대하여, 0.2 중량부 내지 2.0 중량부, 바람직하게는 0.3 중량부 내지 1.0 중량부, 보다 바람직하게는 0.4 중량부 내지 0.8 중량부일 수 있다. 상술한 범위를 만족하면, 수득된 중합체의 중합 전환율이 저하되지 않으면서, 용액 중합이 용이하게 수행될 수 있다.At this time, the polymerization initiator additionally added in the second polymerization step is 0.2 parts by weight to 2.0 parts by weight, preferably 0.3 parts by weight to 1.0 parts by weight, and more preferably 0.4 parts by weight to 0.8 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw material mixture. It may be parts by weight. If the above-mentioned ranges are satisfied, solution polymerization can be easily performed without lowering the polymerization conversion rate of the obtained polymer.

또한, 제2중합단계는 경우에 따라, 중합반응 온도의 제어도 필요할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2중합단계의 반응 온도는 바람직하게 60℃ 내지 80℃일 수 있고, 상기 범위를 만족하는 경우에는 분자량 분포가 좁아질 수 있고(작아질 수 있고), 이에 따라 물성의 저하를 억제할 수 있으며 전환율을 높일 수 있다.In addition, in the second polymerization step, it may be necessary to control the polymerization reaction temperature. For example, the reaction temperature of the second polymerization step may be preferably 60° C. to 80° C., and if the above range is satisfied, the molecular weight distribution may be narrowed (it may be small), thereby deteriorating physical properties. And can increase the conversion rate.

상기 스태틱 믹서에 이송된 후, 2차 중합된 원료 혼합물의 점도는 45℃에서 30,000 cP 내지 60,000 cP, 바람직하게는 45℃에서 35,000 cP 내지 55,000 cP, 보다 바람직하게는 45℃에서 40,000 cP 내지 50,000 cP일 수 있다. After being transferred to the static mixer, the viscosity of the secondary polymerized raw material mixture is 30,000 cP to 60,000 cP at 45°C, preferably 35,000 cP to 55,000 cP at 45°C, more preferably 40,000 cP to 50,000 cP at 45°C. Can be

이때, 상기 2차 중합된 원료 혼합물의 중합 전환율은 90% 이상 일 수 있으며, 바람직하게는 90 % 내지 95 %, 보다 바람직하게는 90 % 내지 93 % 일 수 있다. At this time, the polymerization conversion rate of the secondary polymerized raw material mixture may be 90% or more, preferably 90% to 95%, more preferably 90% to 93%.

상기 2차 중합된 원료 혼합물이 상기 점도 범위 및 중합 전환율 범위를 만족하는 경우, 방사 용매 등을 혼합하는 등 별도의 처리 없이 아크릴로니트릴계 섬유 제조를 위한 방사 용액으로서 사용할 수 있다. 상기 2차 중합된 원료 혼합물을 곧바로 방사 용액으로 사용하는 경우에도, 방사 토출구의 막히는 등 공정 상 결함이 발생하지 않으면서도, 제조되는 섬유의 연신성이 저하되는 것 또한 방지할 수 있다.When the secondary polymerized raw material mixture satisfies the viscosity range and polymerization conversion range, it can be used as a spinning solution for acrylonitrile-based fiber production without additional treatment such as mixing a spinning solvent. Even when the secondary polymerized raw material mixture is used directly as a spinning solution, it is also possible to prevent the elongation of the produced fiber from being deteriorated without causing defects in the process, such as clogging of the spinning outlet.

한편, 상기 2차 중합된 원료 혼합물의 하기 수학식 1에 따른 분자량 분포는 2.0 Mw/Mn 내지 4.0 Mw/Mn , 바람직하게는 2.4Mw/Mn 내지 3.0 Mw/Mn 일 수 있다.Meanwhile, the molecular weight distribution according to Equation 1 below of the secondary polymerized raw material mixture may be 2.0 Mw/Mn to 4.0 Mw/Mn, preferably 2.4 Mw/Mn to 3.0 Mw/Mn.

[수학식 1][Equation 1]

분자량 분포 = 중량평균분자량(Mw)/수평균분자량(Mn)Molecular weight distribution = weight average molecular weight (Mw)/number average molecular weight (Mn)

상기 2차 중합된 원료 혼합물이 상기 범위의 분자량 분포를 가지는 경우, 전환율이 우수하면서도 분자량 분포 값의 저하가 억제되어 그에 따른 물성 저하를 억제할 수 있는 장점이 있다.When the secondary polymerized raw material mixture has a molecular weight distribution in the above range, the conversion rate is excellent, but a decrease in the molecular weight distribution value is suppressed, and thus there is an advantage that the physical property decrease can be suppressed.

실시예Example

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예 1Example 1

디메틸설폭사이드 279.0 중량부에 아크릴로니트릴과 이타콘산을 99.47:0.53의 몰비로 혼합한 단량체 혼합물 100 중량부, 라디칼 중합 개시제로 아조비스이소부티로니트릴 0.6 중량부를 균일하게 용해하여 반응용액을 준비하였다. A reaction solution was prepared by uniformly dissolving 100 parts by weight of a monomer mixture obtained by mixing acrylonitrile and itaconic acid in a molar ratio of 99.47:0.53 to 279.0 parts by weight of dimethyl sulfoxide and 0.6 parts by weight of azobisisobutyronitrile as a radical polymerization initiator. .

상기 반응용액을 교반기가 장착된 원료혼합물 탱크(1)에 투입하고 용존 산소를 제거하기 위하여 질소를 퍼지하였다.The reaction solution was introduced into a raw material mixture tank 1 equipped with a stirrer, and nitrogen was purged to remove dissolved oxygen.

이후, 미리 질소 치환된 연속식 교반 반응기(CSTR) (3)에 상기 반응용액을 원료혼합물 이송 펌프(2)를 이용하여 정해진 유량으로 투입하고 반응기 내 반응용액의 온도를 68℃를 유지하였다.Subsequently, the reaction solution was added to a nitrogen-stirred continuous stirring reactor (CSTR) 3 in advance using a raw material mixture transfer pump 2, and the temperature of the reaction solution in the reactor was maintained at 68°C.

이후, 상기 연속식 교반 반응기(CSTR)에 반응용액을 투입하기 시작한 지 10시간 경과한 시점에 펌프를 이용하여 반응기 하부로부터 상기 반응용액을 빼낸 뒤, 제1중합물 이송펌프(4)를 이용하여 스태틱 믹서에 투입하였다.Subsequently, when the reaction solution is started to be added to the continuous stirring reactor (CSTR), the reaction solution is withdrawn from the lower part of the reactor using a pump after 10 hours have elapsed, and then, using the first polymerization material transfer pump (4), It was put into the mixer.

이와 동시에, 상기 반응용액 유량 100 중량부 대비 20 중량부에 해당하는 라디칼 중합 개시제 용액(라디칼 중합개시제 용액 100 중량부 대비 아조비스이소부티로니트릴은 0.6 중량부로 포함됨)도 중합 개시제 용액 탱크(5)로부터 스태틱 믹서(7)에 중합개시제 용액 이송 펌프(6)를 통해 함께 투입하였다. 이때, 스태틱 믹서(7) 내 반응용액의 온도가 75℃ 되도록 유지하였고, 스태틱 믹서(7)에서의 체류시간이 3시간이 될 때까지 상기 반응용액을 투입하였다.At the same time, the radical polymerization initiator solution (azobisisobutyronitrile compared to 100 parts by weight of the radical polymerization initiator solution is included in 0.6 parts by weight) corresponding to 100 parts by weight of the reaction solution flow rate is also included in the polymerization initiator solution tank (5) It was put into the static mixer 7 through the polymerization initiator solution transfer pump 6 together. At this time, the temperature of the reaction solution in the static mixer 7 was maintained at 75°C, and the reaction solution was added until the residence time in the static mixer 7 became 3 hours.

이후, 스태틱 믹서(7) 내의 온도, 유량, 교반기 부하, 스태틱 믹서(7) 압력 등이 일정해진 경우, 정상상태에 도달한 것으로 판단하여, 이후 스태틱 믹서(7) 후단에서 아크릴로니트릴계 공중합체 용액을 수득하였다.Thereafter, when the temperature, flow rate, stirrer load, and pressure of the static mixer 7 in the static mixer 7 become constant, it is determined that the steady state has been reached, and then an acrylonitrile-based copolymer at the rear end of the static mixer 7 A solution was obtained.

연속식 교반 반응기(CSTR)(3) 에서의 중합 전환율은 75.1%, 45℃에서 점도가 55,700cp였고, 스태틱 믹서(7) 후단에서 수득된 아크릴로니트릴계 공중합체의 전환율은 91.9%, 45℃에서 점도가37,100cp 였다. 이때의 공정을 도 1에도 나타내었다.The polymerization conversion rate in the continuous stirring reactor (CSTR) 3 was 75.1%, the viscosity was 55,700 cp at 45°C, and the conversion rate of the acrylonitrile-based copolymer obtained at the rear stage of the static mixer 7 was 91.9%, 45°C. The viscosity was 37,100 cp. The process at this time is also shown in FIG. 1.

실시예 2Example 2

상기 연속식 교반 반응기(CSTR) (3)에서의 중합전환율이 72.3%, 45℃에서 점도가 51,500 cP가 되도록 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하였다.An acrylonitrile-based copolymer was prepared in the same manner as in Example 1, except that the polymerization conversion rate in the continuous stirring reactor (CSTR) (3) was adjusted to be 72.3% and the viscosity was 51,500 cP at 45°C. .

실시예 3Example 3

상기 스태틱 믹서(7)에서의 중합전환율이 93.2%, 45℃에서 점도가 45,700 cP가 되도록 스태틱 믹서(7)에서의 온도를 80℃로 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하였다.The same as in Example 1, except that the temperature in the static mixer 7 was adjusted to 80°C so that the polymerization conversion rate in the static mixer 7 was 93.2% and the viscosity was 45,700 cP at 45°C. A nitrile-based copolymer was prepared.

실시예 4Example 4

상기 스태틱 믹서(7)에서의 중합전환율이 94%, 45℃에서 점도가 42,300 cP가 되도록 스태틱 믹서(7)에서의 온도를 85℃로 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하였다.The same as in Example 1, except that the temperature in the static mixer 7 was adjusted to 85° C. so that the polymerization conversion rate in the static mixer 7 was 94% and the viscosity was 42,300 cP at 45°C. A nitrile-based copolymer was prepared.

[비교예][Comparative example]

비교예 1Comparative Example 1

디메틸설폭사이드 279.0 중량부에 아크릴로니트릴과 이타콘산을 99.47:0.53의 몰비로 혼합한 단량체 혼합물 100 중량부, 라디칼 중합 개시제로 아조비스이소부티로니트릴 0.6 중량부를 균일하게 용해하여 반응용액을 준비하였다. A reaction solution was prepared by uniformly dissolving 100 parts by weight of a monomer mixture obtained by mixing acrylonitrile and itaconic acid in a molar ratio of 99.47:0.53 to 279.0 parts by weight of dimethyl sulfoxide and 0.6 parts by weight of azobisisobutyronitrile as a radical polymerization initiator. .

상기 반응용액을 교반기가 장착된 원료 혼합 용기에 투입하고 용존 산소를 제거하기 위하여 질소를 퍼지하였다.The reaction solution was introduced into a raw material mixing vessel equipped with a stirrer, and nitrogen was purged to remove dissolved oxygen.

이후, 미리 질소 치환된 제1 연속식 교반 반응기(CSTR)에 상기 반응용액을 펌프를 이용하여 정해진 유량으로 투입하고 반응기 내 반응물의 온도를 68℃를 유지하였다.Subsequently, the reaction solution was added to the nitrogen-substituted first continuous stirring reactor (CSTR) at a predetermined flow rate using a pump, and the temperature of the reactants in the reactor was maintained at 68°C.

이후, 상기 제1연속식 교반 반응기(CSTR)에 반응용액을 투입하기 시작한 지 10시간 경과한 시점에 반응기 하부에서 상기 반응용액을 펌프를 이용하여 빼낸 뒤, 이를 제2 연속식 교반 반응기(CSTR)에 투입하였다. Subsequently, at the time 10 hours after the start of injecting the reaction solution into the first continuous stirring reactor (CSTR), the reaction solution was withdrawn from the lower part of the reactor using a pump, and this was followed by the second continuous stirring reactor (CSTR). Was put in.

이와 동시에, 상기 제2연속식 교반 반응기(CSTR)에 상기 반응용액 유량 100 중량부 대비 20 중량부에 해당하는 중합 개시제 용액(중합 개시제 용액 100 중량부 대비 아조비스이소부티로니트릴을 0.8 중량부)을 스태틱 믹서에 펌프를 이용하여 투입하였다. 이때, 제2연속식 교반 반응기(CSTR) 내 반응용액의 온도는 75℃가 되도록 유지하였고, 3시간 동안 반응용액을 체류시켰다.At the same time, a polymerization initiator solution corresponding to 100 parts by weight compared to 100 parts by weight of the reaction solution in the second continuous stirring reactor (CSTR) (0.8 parts by weight of azobisisobutyronitrile compared to 100 parts by weight of the polymerization initiator solution) Was added to the static mixer using a pump. At this time, the temperature of the reaction solution in the second continuous stirring reactor (CSTR) was maintained at 75° C., and the reaction solution was retained for 3 hours.

최종적으로 수득된 아크릴로니트릴계 공중합체의 중합 전환율이 86.0%, 45℃에서 점도가 30,500cp 였다.The finally obtained acrylonitrile-based copolymer had a polymerization conversion rate of 86.0% and a viscosity of 30,500 cp at 45°C.

비교예 2Comparative Example 2

제2연속식 교반 반응기(CSTR)에 투입된 후 체류시간을 4.5시간으로 한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하였다.An acrylonitrile-based copolymer was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the residence time was 4.5 hours after being introduced into the second continuous stirring reactor (CSTR).

비교예 3Comparative Example 3

제2연속식 교반 반응기(CSTR)에 투입된 후 체류시간을 7.5시간으로 한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하였다.An acrylonitrile-based copolymer was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the residence time was 7.5 hours after being introduced into the second continuous stirring reactor (CSTR).

비교예 4Comparative Example 4

상기 연속식 교반 반응기(CSTR)에서의 중합전환율이 71.8%, 45℃에서 점도가 57,910 cP이 되도록 조절하고, 스태틱 믹서를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하였다.The polymerization conversion rate in the continuous stirring reactor (CSTR) was adjusted to 71.8% and the viscosity to be 57,910 cP at 45° C., and the acrylonitrile-based air was the same as in Example 1, except that a static mixer was not used. Copolymers were prepared.

실험예 1Experimental Example 1

실시예들과 비교예들에서 제조된 아크릴로니트릴계 공중합체의 중합 전환율 및 분자량 분포(PDI: Mw/Mn)를 측정하여 하기 표 1에 기재하였다. The polymerization conversion and molecular weight distribution (PDI: Mw/Mn) of the acrylonitrile-based copolymers prepared in Examples and Comparative Examples were measured and are shown in Table 1 below.

1) 중합 전환율1) polymerization conversion rate

수득된 중합체 용액 0.5g을 물에 침전시키고, 온수로 세정하여 120℃에서 2시간 감압 건조하였다. 건조된 수지의 무게를 측정하여 고형분의 함량을 측정하고 하기 식으로 중합 전환율을 측정하였다.0.5 g of the obtained polymer solution was precipitated in water, washed with hot water and dried under reduced pressure at 120° C. for 2 hours. The weight of the dried resin was measured to measure the content of solids, and polymerization conversion was measured by the following equation.

중합 전환율(%):(측정된 고형분의 함량)/ (반응기 내에 투입된 고형분과 용매의 비율로 계산된 반응용액 0.5g 당 고형분의 함량)Х100Polymerization conversion rate (%): (measured solid content)/ (content of solid content per 0.5 g of reaction solution calculated by the ratio of solid content and solvent added in the reactor)Х100

2) 분자량 분포(PDI)2) Molecular weight distribution (PDI)

수득된 중합체 용액 1g을 하기 조건에서 GPC(Gel Permeation Chromatography)를 이용하여 중량평균분자량(Mw)과 수평균분자량(Mn)을 측정하고, 분자량 분포를 산출하였다.The obtained polymer solution was measured for weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) using GPC (Gel Permeation Chromatography) under the following conditions, and the molecular weight distribution was calculated.

컬럼: PLmixed B Х 2, 용매: DMF/0.05 M LiBr (0.45㎛ Filtered), 유속: 1.0 ㎖/min, 시료 농도: 4.0 ㎎/㎖, 주입량: 100 ㎕, 컬럼온도: 65, Detector: Waters RI Detector, Standard: PMMA)Column: PLmixed B Х 2, solvent: DMF/0.05 M LiBr (0.45 μm Filtered), flow rate: 1.0 mL/min, sample concentration: 4.0 mg/mL, injection volume: 100 μl, column temperature: 65, Detector: Waters RI Detector , Standard: PMMA)

CSTR 체류시간CSTR residence time 스태틱 믹서 체류시간Static mixer residence time 중합전환율
(%)
Polymerization conversion rate
(%)
분자량 (Mw)Molecular weight (Mw) 분자량분포
(Mw/Mn)
Molecular weight distribution
(Mw/Mn)
실시예 1Example 1 1010 33 91.991.9 303,000303,000 2.762.76 실시예 2Example 2 99 33 91.591.5 299,000299,000 2.812.81 실시예 3Example 3 1010 33 93.293.2 305,000305,000 3.193.19 실시예 4Example 4 1010 33 94.094.0 295,000295,000 3.423.42 비교예 1Comparative Example 1 1010 33 86.086.0 313,000313,000 3.143.14 비교예 2Comparative Example 2 1010 4.54.5 86.986.9 260,000260,000 3.013.01 비교예 3Comparative Example 3 1010 7.57.5 88.188.1 280,000280,000 3.203.20 비교예 4Comparative Example 4 99 33 71.871.8 375,000375,000 2.002.00

상기 표 1을 참조하면, 실시예에 따라 제조되는 아크릴로니트릴계 공중합체의 중합전환율이 개선되는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the polymerization conversion rate of the acrylonitrile-based copolymer prepared according to the embodiment is improved.

1. 원료혼합물 탱크
2. 원료혼합물 이송펌프
3. 연속식 교반 반응기 (CSTR)
4. 제1중합물 이송펌프
5. 중합 개시제 용액 탱크
6. 중합 개시제 용액 이송펌프
7. 스태틱믹서
1. Raw material mixture tank
2. Raw material mixture transfer pump
3. Continuous Stirred Reactor (CSTR)
4. First polymerization pump
5. Polymerization initiator solution tank
6. Polymerization initiator solution transfer pump
7. Static Mixer

Claims (7)

2종 이상의 반응기를 포함하는 반응시스템을 포함하는 연속식 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법으로,
연속식 교반 반응기에서 중합 개시제의 존재 하에, 아크릴로니트릴계 단량체를 포함하는 원료 혼합물을 1차 중합하는 제1중합단계; 및
1차 중합된 원료 혼합물을 스태틱 믹서로 이송하여 스태틱 믹서에서 2차 중합하는 제2중합단계;를 포함하고,
상기 1차 중합된 원료 혼합물의 점도는 45℃에서 40,000 cP 내지 70,000 cP인 것인 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법.
As a method for producing a continuous acrylonitrile-based copolymer comprising a reaction system comprising two or more reactors,
A first polymerization step of primaryly polymerizing a raw material mixture containing an acrylonitrile-based monomer in the presence of a polymerization initiator in a continuous stirring reactor; And
Including a second polymerization step of transferring the primary polymerized raw material mixture to a static mixer to perform secondary polymerization in the static mixer;
The viscosity of the primary polymerized raw material mixture is 40,000 cP to 70,000 cP at 45°C.
제1항에 있어서,
상기 2차 중합된 원료 혼합물의 점도는 45℃에서 30,000 cP 내지 60,000 cP인 것인 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법.
According to claim 1,
The viscosity of the secondary polymerized raw material mixture is 30,000 cP to 60,000 cP at 45°C.
제1항에 있어서,

상기 1차 중합된 원료 혼합물이 스태틱 믹서로 이송되는 시점은 상기 1차 중합된 원료 혼합물의 중합 전환율이 60% 내지 80%일 때인 것인 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법.
According to claim 1,

A method for producing an acrylonitrile-based copolymer, wherein when the primary polymerized raw material mixture is transferred to a static mixer, the polymerization conversion rate of the primary polymerized raw material mixture is 60% to 80%.
제3항에 있어서,
상기 1차 중합된 원료 혼합물이 스태틱 믹서로 이송되는 시점은 상기 1차 중합된 원료 혼합물의 중합 전환율이 70% 내지 80%일 때인 것인 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법.
According to claim 3,
A method for producing an acrylonitrile-based copolymer, wherein the point of time when the primary polymerized raw material mixture is transferred to a static mixer is when the polymerization conversion rate of the primary polymerized raw material mixture is 70% to 80%.
제1항에 있어서,
상기 2차 중합된 원료 혼합물의 중합 전환율은 90% 이상인 것인 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing an acrylonitrile-based copolymer having a polymerization conversion ratio of the secondary polymerized raw material mixture of 90% or more.
제1항에 있어서,
상기 2차 중합된 원료 혼합물의 하기 수학식 1에 따른 분자량 분포는 2.0 Mw/Mn 내지 4.0 Mw/Mn 인 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법:
[수학식 1]
분자량 분포 = 중량평균분자량(Mw)/수평균분자량(Mn)
According to claim 1,
A method for preparing an acrylonitrile-based copolymer having a molecular weight distribution according to Equation 1 below of the secondary polymerized raw material mixture is 2.0 Mw/Mn to 4.0 Mw/Mn:
[Equation 1]
Molecular weight distribution = weight average molecular weight (Mw)/number average molecular weight (Mn)
제6항에 있어서,
상기 2차 중합된 원료 혼합물의 중량평균분자량은, 250,000 Mw 내지 350,000 Mw인 아크릴로니트릴계 공중합체의 제조방법.
The method of claim 6,
Method for producing an acrylonitrile-based copolymer having a weight average molecular weight of the secondary polymerized raw material mixture is 250,000 Mw to 350,000 Mw.
KR1020190000747A 2019-01-03 2019-01-03 Method for preparing acrylonitrile based polymer KR102571367B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190000747A KR102571367B1 (en) 2019-01-03 2019-01-03 Method for preparing acrylonitrile based polymer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190000747A KR102571367B1 (en) 2019-01-03 2019-01-03 Method for preparing acrylonitrile based polymer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200084632A true KR20200084632A (en) 2020-07-13
KR102571367B1 KR102571367B1 (en) 2023-08-29

Family

ID=71570606

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190000747A KR102571367B1 (en) 2019-01-03 2019-01-03 Method for preparing acrylonitrile based polymer

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102571367B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115368503A (en) * 2021-05-19 2022-11-22 吉林碳谷碳纤维股份有限公司 Method for feeding and driving aqueous suspension polymerization device and prepared polymer
CN115368502A (en) * 2021-05-19 2022-11-22 吉林碳谷碳纤维股份有限公司 Method for starting water-phase suspension polymerization device by using seed slurry feeding and prepared polymer

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990001928A (en) 1997-06-18 1999-01-15 성재갑 Process for producing acrylonitrile-styrene copolymer
KR20080035214A (en) * 2006-10-18 2008-04-23 주식회사 엘지화학 Alpha methyl styrene-acrylonitrile-methylmethacrylate copolymer having excellent heat resistance and processibility, and a method of preparation thereof
JP2008248219A (en) 2006-10-18 2008-10-16 Toray Ind Inc Polyacrylonitrile-based polymer and method for producing the same, and method for producing carbon fiber precursor, and carbon fiber and method for producing the same
CN104846464A (en) * 2015-06-01 2015-08-19 江苏恒神股份有限公司 Preparation method of precursor fibers for wet-process spinning PAN-based carbon fibers
KR20180047787A (en) * 2016-11-01 2018-05-10 주식회사 엘지화학 Method for producing san resin with high heat resistance and produced the same
JP2018154956A (en) * 2017-03-16 2018-10-04 モンテフィブレ マエ テクノロジーズ エス.アール.エル. Simplified production method of acrylic fiber

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990001928A (en) 1997-06-18 1999-01-15 성재갑 Process for producing acrylonitrile-styrene copolymer
KR20080035214A (en) * 2006-10-18 2008-04-23 주식회사 엘지화학 Alpha methyl styrene-acrylonitrile-methylmethacrylate copolymer having excellent heat resistance and processibility, and a method of preparation thereof
JP2008248219A (en) 2006-10-18 2008-10-16 Toray Ind Inc Polyacrylonitrile-based polymer and method for producing the same, and method for producing carbon fiber precursor, and carbon fiber and method for producing the same
CN104846464A (en) * 2015-06-01 2015-08-19 江苏恒神股份有限公司 Preparation method of precursor fibers for wet-process spinning PAN-based carbon fibers
KR20180047787A (en) * 2016-11-01 2018-05-10 주식회사 엘지화학 Method for producing san resin with high heat resistance and produced the same
JP2018154956A (en) * 2017-03-16 2018-10-04 モンテフィブレ マエ テクノロジーズ エス.アール.エル. Simplified production method of acrylic fiber

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115368503A (en) * 2021-05-19 2022-11-22 吉林碳谷碳纤维股份有限公司 Method for feeding and driving aqueous suspension polymerization device and prepared polymer
CN115368502A (en) * 2021-05-19 2022-11-22 吉林碳谷碳纤维股份有限公司 Method for starting water-phase suspension polymerization device by using seed slurry feeding and prepared polymer
CN115368502B (en) * 2021-05-19 2024-03-22 吉林碳谷碳纤维股份有限公司 Method for starting up aqueous suspension polymerization device by using seed slurry and prepared polymer
CN115368503B (en) * 2021-05-19 2024-03-26 吉林碳谷碳纤维股份有限公司 Method for feeding and starting water-phase suspension polymerization device and prepared polymer

Also Published As

Publication number Publication date
KR102571367B1 (en) 2023-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103014894B (en) Preparation method of acrylonitrile copolymer spinning solution with low molecular weight distribution
KR102571367B1 (en) Method for preparing acrylonitrile based polymer
KR102156109B1 (en) Method for preparing acrylonitrile based polymer for preparing carbon fiber
CN102199248B (en) Acrylonitrile ternary interpolymer and preparation method thereof
CN101831729B (en) High-hydrophilic and exothermal spinning solution for polyacrylonitrile-based carbon fibers and preparation method thereof
CN102199249A (en) High molecular weight acrylonitrile terpolymer and preparation method thereof
KR102301665B1 (en) Method for preparing acrylonitrile based polymer
KR102161029B1 (en) Method for preparing acrylonitrile based polymer for preparing carbon fiber
KR20210029677A (en) Method for preparing acrylonitrile based polymer
KR20210029045A (en) Method for preparing acrylonitrile based polymer
JP7178489B2 (en) Acrylonitrile-based copolymer for carbon fiber
US11905354B2 (en) Method of preparing acrylonitrile-based copolymer for carbon fiber
CN110062773B (en) Method for producing (meth) acrylonitrile polymer for producing carbon fiber
KR102458927B1 (en) Method for producing polyacrylonitrile polymer
CN104628935B (en) Preparation method of carbon fiber spinning stock solution with low viscosity, high molecular weight and narrow molecular weight distribution
KR20110079369A (en) A method of preparing doped solution of polyacrylonitrile-based precursor for carbon fiber
KR20210015111A (en) Method for preparing acrylonitrile based copolymer solution for carbon fiber
CN105085797A (en) Polyacrylonitrile-based carbon fiber spinning solution and preparing method of polyacrylonitrile-based carbon fiber spinning solution
KR970007241B1 (en) Process of acrylic copolymer for production of carbon fiber
CN105622837A (en) Ultrahigh-molecular-weight polyacrylonitrile-containing spinning stock solution and preparation method and application thereof
KR20230063637A (en) Method for manufacturing polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor, polyacrylonitrile-based carbon fiber thereby and method for manufacturing polyacrylonitrile-based carbon fiber
KR0139851B1 (en) Process for preparing acryl copolymers
JPS6112705A (en) Production of acrylonitrile polymer

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant