KR20200096126A - Method of producing ethylene-carboxylic acid compolymer - Google Patents
Method of producing ethylene-carboxylic acid compolymer Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200096126A KR20200096126A KR1020200006278A KR20200006278A KR20200096126A KR 20200096126 A KR20200096126 A KR 20200096126A KR 1020200006278 A KR1020200006278 A KR 1020200006278A KR 20200006278 A KR20200006278 A KR 20200006278A KR 20200096126 A KR20200096126 A KR 20200096126A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carboxylic acid
- polar
- solvent
- ethylene
- acid monomer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F210/00—Copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
- C08F210/02—Ethene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/01—Processes of polymerisation characterised by special features of the polymerisation apparatus used
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/38—Polymerisation using regulators, e.g. chain terminating agents, e.g. telomerisation
- C08F2/40—Polymerisation using regulators, e.g. chain terminating agents, e.g. telomerisation using retarding agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F220/00—Copolymers 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
- C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 에틸렌-카르복실산 공중합체의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an ethylene-carboxylic acid copolymer.
예를 들면, 에틸렌-아크릴산 공중합체와 같은 에틸렌-카르복실산 공중합체는 씰링재, 접착제, 패킹재, 광학 필름 등의 다양한 용도로 활용되고 있다.For example, ethylene-carboxylic acid copolymers such as ethylene-acrylic acid copolymers are used in various applications such as sealing materials, adhesives, packing materials, and optical films.
에틸렌-카르복실산 공중합체는 에틸렌 및 공단량체로서 카르복실산 계열 화합물(예를 들면, 아크릴산, 메타크릴산 등)을 연속 반응기를 통해 중합시켜 제조될 수 있다.The ethylene-carboxylic acid copolymer may be prepared by polymerizing ethylene and a carboxylic acid-based compound (eg, acrylic acid, methacrylic acid, etc.) as a comonomer through a continuous reactor.
카르복실산 계열 화합물은 에틸렌에 비해 자체 반응성이 높아 유로, 펌프, 컴프레서 등을 통해 공급되는 과정에서 높은 온도에 노출될 때 자체 중합될 수 있다. 이에 따라, 유로 막힘 등을 야기하여 중합 설비의 손상을 초래할 수 있다. 이러한 자가중합을 방지하기 위해 설비의 운전온도를 낮출 경우 카르복실산 계열 화합물의 결정화가 일어날 수 있다.Carboxylic acid-based compounds have higher self-reactivity than ethylene, and can be self-polymerized when exposed to high temperatures during supply through flow paths, pumps, compressors, and the like. Accordingly, clogging of the flow path or the like may cause damage to the polymerization facility. In order to prevent such self-polymerization, crystallization of a carboxylic acid-based compound may occur when the operating temperature of the equipment is lowered.
카르복실산 계열의 화합물 공급 시 결정화를 방지하고 설비에서의 파울링을 억제하기 위해 공용매를 함께 사용할 수 있다. 그러나, 공용매로 극성용매를 사용할 때 카르복실산 계열 화합물과 반응하여 부생성물이 생성될 수 있다.When supplying a carboxylic acid-based compound, a co-solvent may be used together to prevent crystallization and suppress fouling in a facility. However, when using a polar solvent as a co-solvent, a by-product may be generated by reacting with a carboxylic acid-based compound.
또한, 예를 들면 고온, 고압의 가혹한 중합 조건에서 연속 공정이 수행되는 경우 유로에서 부생성물의 상세 성분 분석 및 반응 해석이 실질적으로 곤란할 수 있다.In addition, for example, when a continuous process is performed under severe polymerization conditions of high temperature and high pressure, detailed component analysis and reaction analysis of by-products in the flow path may be substantially difficult.
따라서, 카르복실산 계열 화합물의 자체 중합을 방지하면서 추가적인 부생성물을 억제할 수 있는 중합 공정 조절, 공정 변수 조절이 필요하다.Therefore, it is necessary to control the polymerization process and process parameters that can suppress additional by-products while preventing self-polymerization of the carboxylic acid-based compound.
예를 들면, 미국등록특허공보 제6,852,792호는 에틸렌-아크릴산 공중합체를 포함하는 씰링용 수성 분산액을 개시하고 있으나, 상술한 중합 공정 설계의 요구에 대해서는 인식하지 못하고 있다.For example, U.S. Patent Publication No. 6,852,792 discloses an aqueous dispersion for sealing comprising an ethylene-acrylic acid copolymer, but does not recognize the above-described requirements for designing a polymerization process.
본 발명의 일 과제는 향상된 공정 신뢰성 및 중합 효율성을 갖는 에틸렌-카르복실산 공중합체의 제조 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for producing an ethylene-carboxylic acid copolymer having improved process reliability and polymerization efficiency.
예시적인 실시예들에 따른 에틸렌-카르복실산 공중합체의 제조 방법에 있어서, 카르복실산 단량체 및 유기 용매 계열의 극성 공용매의 혼합물을 형성한다. 상기 혼합물 및 에틸렌을 반응기로 주입하여 공중합시킨다. 상기 카르복실산 단량체 및 유기 용매 계열의 극성 공용매의 혼합물을 형성함에 있어, 하기의 식 1로 정의되는 반응 진행 지수(Reaction Progress Index: RPI)를 1.5 내지 1.3×107 sec·K 범위로 조절하여 상기 카르복실산 단량체 및 상기 극성 공용매의 부반응 생성물의 양을 제어할 수 있다. In a method for preparing an ethylene-carboxylic acid copolymer according to exemplary embodiments, a mixture of a carboxylic acid monomer and an organic solvent-based polar cosolvent is formed. The mixture and ethylene are injected into a reactor for copolymerization. In forming the mixture of the carboxylic acid monomer and the organic solvent-based polar cosolvent, the Reaction Progress Index (RPI) defined by the following Equation 1 is adjusted to a range of 1.5 to 1.3×10 7 sec·K. By controlling the amount of side reaction products of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent.
[식 1][Equation 1]
(식 1에서 와 는 카르복실산 단량체와 극성 공용매가 혼합되어 도입되는 유로에서의 각각 극성 공용매 및 카르복실산 단량체의 초기 몰 농도이고, t는 상기 카르복실산 단량체 및 상기 극성 공용매의 접촉시간을 나타내며, T는 상기 카르복실산 단량체 및 상기 극성 공용매의 에틸렌과 반응전 접촉 평균 온도임).(Equation 1 Wow Is the initial molar concentration of the polar co-solvent and the carboxylic acid monomer in the flow path into which the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent are mixed and introduced, t represents the contact time of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent, T Is the average contact temperature before reaction with ethylene of the carboxylic acid monomer and the polar cosolvent).
일부 실시예들에 있어서, 상기 반응 진행 지수는 14.9 내지 1.3×105 sec·K 범위일 수 있다.In some embodiments, the reaction progression index may range from 14.9 to 1.3×10 5 sec·K.
일부 실시예들에 있어서, 상기 혼합물을 토출할 수 있다.In some embodiments, the mixture can be discharged.
일부 실시예들에 있어서, 상기 혼합물의 토출 압력은 상기 카르복실산 단량체 및 상기 극성 공용매의 혼합 압력보다 클 수 있다.In some embodiments, the discharge pressure of the mixture may be greater than the mixing pressure of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent.
일부 실시예들에 있어서, 상기 토출 압력은 상기 반응기 내의 압력보다 클 수 있다.In some embodiments, the discharge pressure may be greater than the pressure in the reactor.
일부 실시예들에 있어서, 상기 카르복실산 단량체 및 상기 극성 공용매를 각각 믹싱부로 도입하여 상기 혼합물을 형성할 수 있다. 상기 믹싱부로부터 토출부로 상기 혼합물을 이송 유로를 통해 이동시키고, 상기 토출부로부터 토출 유로를 통해 상기 혼합물을 배출할 수 있다.In some embodiments, the mixture may be formed by introducing each of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent into the mixing unit. The mixture may be moved from the mixing unit to the discharge unit through a transfer passage, and the mixture may be discharged from the discharge unit through a discharge passage.
일부 실시예들에 있어서, 상기 혼합물의 온도는 상기 카르복실산 단량체의 결정화 온도 이상이며, 상기 카르복실산 단량체의 자체 중합 온도 이하로 유지될 수 있다.In some embodiments, the temperature of the mixture is above the crystallization temperature of the carboxylic acid monomer, and may be maintained below the self-polymerization temperature of the carboxylic acid monomer.
일부 실시예들에 있어서, 상기 혼합물은 반응기 내에 주입되기 전에 에틸렌과 접촉할 수 있다.In some embodiments, the mixture can be contacted with ethylene before being injected into the reactor.
일부 실시예들에 있어서, 상기 혼합물에 상기 카르복실산 단량체 및 상기 극성 공용매 사이의 반응 억제제를 주입할 수 있다.In some embodiments, a reaction inhibitor between the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent may be injected into the mixture.
일부 실시예들에 있어서, 상기 반응 억제제는 아민계 화합물을 포함할 수 있다.In some embodiments, the reaction inhibitor may include an amine-based compound.
일부 실시예들에 있어서, 상기 혼합물에 상기 반응기의 전단 유로를 통해 사슬 전달제를 주입할 수 있다.In some embodiments, a chain transfer agent may be injected into the mixture through the shear passage of the reactor.
일부 실시예들에 있어서, 상기 사슬 전달제는 비극성 유기 화합물을 포함할 수 있다.In some embodiments, the chain transfer agent may include a non-polar organic compound.
일부 실시예들에 있어서, 상기 사슬 전달제는 메틸 에틸 케톤 또는 이소부탄을 포함할 수 있다.In some embodiments, the chain transfer agent may include methyl ethyl ketone or isobutane.
일부 실시예들에 있어서, 하기의 식 2를 만족할 수 있다.In some embodiments, Equation 2 below may be satisfied.
[식 2][Equation 2]
(식 2 중, 및 는 각각 상기 반응기의 상기 전단 유로에서의 상기 극성 공용매 및 상기 사슬 전달제의 몰 농도이고,(In formula 2, And Is the molar concentration of the polar cosolvent and the chain transfer agent in the shear flow path of the reactor, respectively,
와 는 200℃에서의 상기 극성 공용매 및 상기 사슬 전달제의 에틸렌에 대한 사슬 전달 계수(Cs)임). Wow Is the chain transfer coefficient (Cs) for ethylene of the polar cosolvent and the chain transfer agent at 200°C).
일부 실시예들에 있어서, 상기 카르복실산 단량체는 아크릴산을 포함하며, 상기 극성 공용매는 에탄올을 포함할 수 있다.In some embodiments, the carboxylic acid monomer includes acrylic acid, and the polar co-solvent may include ethanol.
예시적인 실시예들에 따르는 에틸렌-카르복실산 공중합체 제조 방법에 있어서, 카르복실산 단량체의 캐리어 유체로 극성 공용매를 사용할 수 있다. 극성 공용매 및 카르복실산 단량체의 혼합물의 결정화 온도는 순수한 카르복실산 단량체의 결정화 온도보다 낮아질 수 있다. 이에 따라, 결정화 혹은 결정화로 인한 자체 중합에 의한 공정 수율 혹은 공정 효율 저하를 방지할 수 있다.In the method for preparing an ethylene-carboxylic acid copolymer according to exemplary embodiments, a polar co-solvent may be used as a carrier fluid for the carboxylic acid monomer. The crystallization temperature of the mixture of polar co-solvent and carboxylic acid monomer can be lower than the crystallization temperature of pure carboxylic acid monomer. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in process yield or process efficiency due to self-polymerization due to crystallization or crystallization.
예시적인 실시예들에 따르면, 카르복실산 단량체 및 극성 공용매의 파라미터들을 조절하여 반응성능을 적절히 제어하면서, 카르복실산 단량체 및 극성 공용매 사이의 부반응을 억제할 수 있다. 따라서, 카르복실산 단량체로부터 발생하는 부반응 생성물을 억제하여 고분자 제품의 물성저하를 방지하고, 제품 내 부반응 생성물의 잔류를 방지할 수 있다. 또한, 공중합 수율, 전환율, 제품의 분자량 및 분자량 분포를 적절히 제어할 수 있다.According to exemplary embodiments, side reactions between the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent can be suppressed while appropriately controlling the reactivity ability by adjusting the parameters of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent. Therefore, it is possible to prevent side reaction products generated from carboxylic acid monomers to prevent deterioration of physical properties of the polymer product, and to prevent the residual of side reaction products in the product. In addition, the copolymerization yield, conversion rate, and molecular weight and molecular weight distribution of the product can be appropriately controlled.
예시적인 실시예들에 따르면, 예를 들면 고온, 고압의 유로에서 부반응 생성물을 확인하기 위한 별도의 분석 설비 추가 없이 공정 조건 조절을 통해 공정 효율 감소 없이 부반응 생성물을 효과적으로 억제할 수 있다.According to exemplary embodiments, for example, side reaction products can be effectively suppressed without reducing process efficiency by adjusting process conditions without adding a separate analysis facility for identifying side reaction products in a high temperature and high pressure flow path.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 에틸렌-카르복실산 공중합체 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 흐름도이다.
도 2는 일부 예시적인 실시예들에 따른 에틸렌-카르복실산 공중합체 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 흐름도이다.
도 3 내지 도 11은 시간에 따른 에틸 아크릴레이트의 발생량을 나타내는 그래프들이다.1 is a schematic process flow diagram illustrating a method of manufacturing an ethylene-carboxylic acid copolymer according to exemplary embodiments.
2 is a schematic process flow diagram illustrating a method of manufacturing an ethylene-carboxylic acid copolymer according to some exemplary embodiments.
3 to 11 are graphs showing the amount of ethyl acrylate generated over time.
본 발명의 실시예들은 카르복실산 단량체를 극성 공용매와 함께 공급하여 에틸렌과 공중합을 유도하며, 극성 공용매에 의한 부반응을 억제할 수 있는 에틸렌-카르복실산 공중합체 제조 방법을 제공한다.Embodiments of the present invention provides a method for preparing an ethylene-carboxylic acid copolymer capable of inducing copolymerization with ethylene by supplying a carboxylic acid monomer together with a polar co-solvent, and suppressing side reactions caused by the polar co-solvent.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 제시하나, 이들 실시예들은 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention are presented, but these embodiments are merely illustrative of the present invention and do not limit the scope of the appended claims, and various examples of the embodiments within the scope and technical scope of the present invention. It is obvious to those skilled in the art that changes and modifications are possible, and it is natural that such modifications and modifications fall within the scope of the appended claims.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 에틸렌-카르복실산 공중합체 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 흐름도이다.1 is a schematic process flow diagram for explaining a method for preparing an ethylene-carboxylic acid copolymer according to exemplary embodiments.
도 1을 참조하면, 카르복실산 단량체 및 극성 공용매를 도입부로 공급할 수 있다. 예를 들면, 카르복실산 단량체 공급부(10) 및 공용매 공급부(20)로부터 각각 카르복실산 단량체 및 극성 공용매를 믹싱부(30)로 공급할 수 있다.Referring to FIG. 1, a carboxylic acid monomer and a polar co-solvent may be supplied to the introduction unit. For example, a carboxylic acid monomer and a polar co-solvent may be supplied to the
카르복실산 단량체는 연쇄적인 중합 반응이 가능한 불포화 카르복실산을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 카르복실산 단량체로서 (메타)아크릴산 또는 이의 에스테르(예를 들면, (메타)아크릴레이트)를 사용할 수 있다. 본 출원에 있어서, (메타)아크릴산은 메타크릴산 및 아크릴산을 포괄하는 용어로 사용된다.The carboxylic acid monomer may include an unsaturated carboxylic acid capable of a chain polymerization reaction. According to exemplary embodiments, (meth)acrylic acid or an ester thereof (eg, (meth)acrylate) may be used as the carboxylic acid monomer. In the present application, (meth)acrylic acid is used as a term encompassing methacrylic acid and acrylic acid.
극성 공용매는 카르복실산 단량체와 혼합되어 반응기로 이송되며, 카르복실산 단량체의 결정화 및 자체 중합(self-polymerization)을 억제할 수 있다.The polar co-solvent is mixed with the carboxylic acid monomer and transferred to the reactor, and crystallization and self-polymerization of the carboxylic acid monomer can be suppressed.
예를 들면, 극성 공용매 및 카르복실산 단량체 혼합물의 결정화 온도는 순수한 카르복실산 단량체의 결정화 온도보다 낮을 수 있다. 이에 따라, 결정화를 방지할 수 있는 공정 온도의 허용 범위가 증가될 수 있다. 따라서, 결정화를 야기하지 않으면서 설비의 운전온도를 낮출 수 있으며, 이를 통해 카르복실산 단량체의 자체 중합을 감소시킬 수 있다.For example, the crystallization temperature of the polar co-solvent and carboxylic acid monomer mixture can be lower than the crystallization temperature of the pure carboxylic acid monomer. Accordingly, an allowable range of process temperature that can prevent crystallization can be increased. Therefore, it is possible to lower the operating temperature of the equipment without causing crystallization, thereby reducing the self-polymerization of the carboxylic acid monomer.
예시적인 실시예들에 따르면, 극성 공용매로서 알코올 계 용매, 에테르 계 용매, 케톤 계 용매 등과 같은 극성 유기 용매가 사용될 수 있다. 예를 들면, 알코올 계 용매로서 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올 등이 사용될 수 있다. According to exemplary embodiments, a polar organic solvent such as an alcohol-based solvent, an ether-based solvent, or a ketone-based solvent may be used as the polar co-solvent. For example, ethanol, methanol, propanol, butanol, and the like may be used as the alcohol-based solvent.
바람직한 일 실시예에 있어서, 극성 공용매로서 에탄올, 아세톤 및/또는 에틸 아세테이트가 사용될 수 있다.In one preferred embodiment, ethanol, acetone and/or ethyl acetate can be used as the polar co-solvent.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 극성 공용매로부터 물은 배제될 수 있다. 극성 공용매로 물이 사용하는 경우 카르복실산 단량체의 자체 중합을 오히려 가속시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따르면 상술한 유기 용매 계열의 극성 공용매를 사용하여 자체 중합 촉진 없이 결정화 온도를 감소시킬 수 있다.According to exemplary embodiments, water may be excluded from the polar co-solvent. When water is used as a polar co-solvent, it is possible to accelerate the polymerization of the carboxylic acid monomer itself. Accordingly, according to embodiments of the present invention, the crystallization temperature can be reduced without promoting self-polymerization by using the above-described organic solvent-based polar cosolvent.
그러나, 극성 공용매를 사용하는 경우 카르복실산 단량체와 반응하여 부산물이 생성될 수 있다. 예를 들면, 카르복실산 단량체로서 아크릴산을 사용하고, 극성 공용매로서 에탄올을 사용하는 경우 에스테르 반응에 의한 에틸 아크릴레이트 및 물이 부산물로서 생성될 수 있다. However, when using a polar co-solvent, a by-product may be generated by reacting with a carboxylic acid monomer. For example, when acrylic acid is used as the carboxylic acid monomer and ethanol is used as the polar co-solvent, ethyl acrylate and water by esterification may be produced as by-products.
또한, 카르복실산 단량체로서 아크릴산을 사용하고, 극성 공용매로서 에틸 아세테이트를 사용하는 경우 트랜스- 에스터리피케이션(trans-esterification)에 의해 에틸 아크릴레이트가 부산물로서 생성될 수 있다.In addition, when acrylic acid is used as the carboxylic acid monomer and ethyl acetate is used as the polar co-solvent, ethyl acrylate may be produced as a by-product by trans-esterification.
에틸 아크릴레이트는 중합성 물질이므로 에틸-아크릴산 공중합체(EAA) 공중합체 제조 시 사슬 내 아크릴 산 함량을 감소시킬 수 있다. 또한, 에틸 아크릴레이트가 사슬 내에 아크릴 산 대신 중합에 참여하는 경우 생성된 공중합체 제품의 접착력을 떨어뜨릴 수 있으며, 벌키한 특성 때문에 고분자의 결정 형성을 저해하여 용융점이 낮아질 수 있다. 낮은 용융점은 펠릿 형태의 고분자 제품이 서로 달라 붙는 블로킹(blocking) 현상을 유발할 수 있다. Since ethyl acrylate is a polymerizable material, it is possible to reduce the content of acrylic acid in the chain when preparing the ethyl-acrylic acid copolymer (EAA) copolymer. In addition, when ethyl acrylate participates in polymerization instead of acrylic acid in the chain, the adhesive strength of the resulting copolymer product may be reduced, and due to its bulky properties, crystal formation of the polymer may be inhibited and the melting point may be lowered. The low melting point may cause a blocking phenomenon in which pellet-type polymer products stick together.
에틸 아크릴레이트는 고온에 노출되는 경우 물과 반응하여 가수분해에 의해 에탄올을 배출할 수도 있다. 따라서, 공중합체 제품에 부산물로서 포함되는 경우 가공 제품의 내부 또는 표면에 기포, 버블 등의 잔사를 초래할 수도 있다. Ethyl acrylate may react with water and release ethanol by hydrolysis when exposed to high temperatures. Therefore, when it is included as a by-product in the copolymer product, it is possible to cause residues such as bubbles and bubbles on the inside or the surface of the processed product.
또한, 에틸 아크릴레이트는 이취 물질로서 소량으로도 악취를 유발할 수 있으며, 부산물로 다량 포함되는 경우 예를 들면, 식품 패키징과 같은 용도로서 사용되기 곤란할 수 있다. 이에 따라, 에틸렌-카르복실산 공중합체가 식품 포장재 등으로 사용되는 경우 제품 내 에틸 아크릴레이트의 잔류 함량은 EU의 food contact 규정에 따라 6 ppm 미만으로 규제 된다. In addition, ethyl acrylate may cause odor even in a small amount as an off-flavor material, and when it is contained in a large amount as a by-product, it may be difficult to be used for a purpose such as food packaging. Accordingly, when the ethylene-carboxylic acid copolymer is used as a food packaging material, the residual content of ethyl acrylate in the product is regulated to less than 6 ppm according to the EU food contact regulations.
또한, 부반응 생성물 제어 가능성을 미리 확보하기 위해 최종 제품에서 부반응 생성물이 6 ppm으로 잔류하는 경우를 플랜트 공정모사 모델로 상정하여 계산해보면, 토출부(40)에서는 실제 부반응 생성물은 예를 들면, 600 ppm 이하 수준으로 제어할 필요가 있다.In addition, in order to secure the possibility of controlling the side reaction product in advance, the case where the side reaction product remains at 6 ppm in the final product is assumed to be calculated using the plant process simulation model, and the actual side reaction product is, for example, 600 ppm in the
또한, 에스테르 반응에 의해 에틸 아크릴레이트가 생성되는 경우, 물도 함께 생성되므로 상술한 바와 같이 물에 의해 카르복실산 단량체의 이합체화 및 자체 중합이 가속될 수 있다.In addition, when ethyl acrylate is generated by an ester reaction, water is also generated, so that dimerization of the carboxylic acid monomer and self polymerization may be accelerated by water as described above.
상술한 극성 공용매 투입으로 인한 부반응에 기인한 부작용을 억제 또는 감소시키기 위해, 예시적인 실시예들에 따르면 후술하는 바와 같이 예를 들면, 믹싱부(30)와 토출부(40)를 포함하여 카르복실산 단량체와 극성 공용매가 함께 이송되는 유로에서의 카르복실산 단량체 및 극성 공용매와의 혼합 및 이송 특성을 조절할 수 있다.In order to suppress or reduce side effects due to side reactions due to the above-described polar co-solvent input, according to exemplary embodiments, as described later, for example, a mixing
에틸렌-카르복실산 공중합체 제조 공정에서 공용매 투입으로 인한 부반응 생성물의 발생 정도를 파일럿/실험실 장비를 통해 예상하는 것은 용이하지 않다. 실제로, 에틸렌-카르복실산 공중합체 제조 파일럿/실험실 테스트를 통해 에탄올 도입에 따른 부반응 생성물 평가를 진행했을 때 제품 내 부반응 생성물의 잔류량은 검출이 불가하였다. 그러나, 동일 레벨의 몰비의 에탄올을 공용매로 사용하여 실제 중합 공정에 주입한 결과 최종 제품 내 에틸 아크릴레이트가 유의 수준으로 검출되는 것이 확인되었다.In the ethylene-carboxylic acid copolymer manufacturing process, it is not easy to predict the degree of occurrence of side reaction products due to co-injection through pilot/laboratory equipment. In fact, when the side reaction product evaluation according to the introduction of ethanol was conducted through a pilot/laboratory test for preparing an ethylene-carboxylic acid copolymer, the residual amount of side reaction products in the product was not detectable. However, it was confirmed that ethyl acrylate in the final product was detected at a significant level as a result of injecting the same level of molar ratio of ethanol as a co-solvent into the actual polymerization process.
따라서 별도의 분석 설비, 분석 결과 대한 반응 해석 없이도 부반응 생성물을 억제하기 위한 공정 변수의 제어 및 설계가 필요하다.Therefore, it is necessary to control and design process variables to suppress side reaction products without separate analysis equipment and reaction analysis for analysis results.
[식 1][Equation 1]
식 1에서 와 는 카르복실산 단량체와 극성 공용매가 혼합되어 도입되는 유로 혹은 저장부에서의 각각 카르복실산 단량체 및 극성 공용매의 초기 몰농도를 나타낸다. In Equation 1 Wow Denotes the initial molar concentrations of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent, respectively, in the flow path or the storage unit into which the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent are mixed and introduced.
t는 카르복실산 단량체 및 극성 공용매의 접촉시간을 나타낸다. 예를 들면, t는 믹싱부(30)에 카르복실산 단량체 및 극성 공용매가 함께 도입된 이후, 토출부(40)로부터 배출되어 에틸렌 스트림(55)과 만날 때까지의 시간을 지칭할 수 있다. t represents the contact time of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent. For example, t may refer to the time until the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent are introduced into the mixing
T는 카르복실산 단량체 및 극성 공용매의 접촉 평균 온도를 나타낼 수 있다. 예를 들면, T는 카르복실산 단량체 및 극성 공용매가 믹싱부(30)에서 혼합되었을 때의 초기온도와 토출부(40)로부터 배출되어 에틸렌 스트림과 만나기 전 가압에 의해 승온된 온도의 평균 온도를 나타낼 수 있다. 예를 들면, T는 믹싱부(30)에서의 온도 및 토출 유로(45)에서의 온도의 산술 평균, 또는 저장탱크(65)(도 2 참조)에서의 온도 및 토출 유로(80)에서의 온도의 산술평균을 지칭할 수 있다. T can represent the contact average temperature of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent. For example, T is the initial temperature when the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent are mixed in the mixing
T 및 는 극성 공용매 사용에 의한 부반응 속도에 관련된 인자일 수 있다. 예를 들면, T 및 의 각각의 값이 커지면 에스테르화 반응이 가속될 수 있다. t는 카르복실산 단량체 및 극성 공용매의 부반응이 발생할 수 있는 반응 시간과 관련된 인자일 수 있다.T and May be a factor related to the side reaction rate due to the use of a polar cosolvent. For example, T and The esterification reaction may be accelerated when the value of each is increased. t may be a factor related to the reaction time at which a side reaction of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent can occur.
예시적인 실시예들에 따르면, RPI는 1.5 내지 1.3×107 sec·K 범위로 조절될 수 있다. RPI의 값이 1.5 sec·K 미만인 경우 극성 공용매에 의한 결정화 온도 감소 효과가 충분히 구현되지 않을 수 있다. RPI가 1.3×107 sec·K 를 초과하는 경우 에스테르화 반응이 지나치게 진행되어 상술한 부작용들이 발생할 수 있으며, 부반응 생성물에 대한 규제 범위를 초과하여 상업적 제품으로서의 구현되지 않을 수 있다.According to exemplary embodiments, the RPI may be adjusted in the range of 1.5 to 1.3×10 7 sec·K. When the value of RPI is less than 1.5 sec·K, the effect of reducing the crystallization temperature by the polar cosolvent may not be sufficiently implemented. When the RPI exceeds 1.3×10 7 sec·K, the esterification reaction proceeds excessively, so that the above-described side effects may occur, and may not be implemented as a commercial product in excess of the regulatory range for side reaction products.
바람직한 일 실시예에 있어서, RPI 값은 14.9 내지 1.3×105 sec·K 범위로 조절될 수 있다.In one preferred embodiment, the RPI value can be adjusted in the range of 14.9 to 1.3×10 5 sec·K.
, t 및 T 각각은 상술한 RPI 범위를 만족하도록 조절되며, 특정 범위로 제한되지 않을 수 있다. , t and T each are adjusted to satisfy the above-described RPI range, it may not be limited to a specific range.
상술한 바와 같이, 식 1에 기재된 바와 같이, 반응속도에 영향을 주는 공정인자와 해당 반응속도로 반응이 진행될 수 있는 공정시간을 함께 결합한 RPI를 다양한 극성 공용매 사용 공정에서의 공정 제어 변수로 활용할 수 있다. 따라서, 카르복실산 단량체의 부반응 억제를 위한 별도의 분석설비의 설치, 분석결과에 대한 반응해석 없이도 종합적 부반응 컨트롤이 구현될 수 있다. As described above, as described in Equation 1, the RPI, which combines the process factor affecting the reaction rate and the process time at which the reaction can proceed at the reaction rate, is used as a process control variable in the process of using various polar cosolvents. I can. Accordingly, comprehensive side reaction control can be implemented without installing a separate analysis facility for suppressing side reactions of the carboxylic acid monomer and without analyzing the reactions to the analysis results.
또한, RPI 조절을 통해 원하는 수준의 부반응 생성물의 양을 용이하게 컨트롤할 수 있다. 예를 들면, 도 3 내지 도 11을 참조로 설명하는 바와 같이, RPI와 부반응 생성물(예를 들면, 에틸 아크릴레이트) 사이의 관계는 실질적으로 선형을 만족할 수 있다. 따라서, RPI 값의 조절을 통해서 실질적으로 부반응 생성물의 양을 고신뢰성으로 용이하게 미세 조절할 수 있다.In addition, the amount of side reaction products at a desired level can be easily controlled through RPI regulation. For example, as described with reference to FIGS. 3 to 11, the relationship between the RPI and the side reaction product (eg, ethyl acrylate) may substantially satisfy linear. Therefore, the amount of side reaction products can be easily finely adjusted with high reliability by adjusting the RPI value.
다시, 도 1을 참조하면, 카르복실산 단량체 공급부(10) 및 공용매 공급부(20)로부터 각각 카르복실산 단량체 및 극성 공용매가 별도로 분리되어 개별적으로 믹싱부(30)로 공급될 수 있다.Referring to FIG. 1 again, the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent are separately separated from the carboxylic acid
예를 들면, 카르복실산 단량체 및 극성 공용매는 각각 제1 유로(15) 및 제2 유로(25)를 통해 개별적으로 믹싱부(30)로 진입할 수 있다. 따라서, 카르복실산 단량체 및 극성 공용매의 접촉 시간을 감소시켜 에스테르화 반응을 억제할 수 있다. For example, the carboxylic acid monomer and the polar cosolvent may individually enter the mixing
일부 실시예들에 있어서, 믹싱부(30) 혹은 저장탱크(65)로 중합 개시제, 반응 억제제, 산화 방지제 등과 같은 일 이상의 첨가제가 함께 공급될 수도 있다.In some embodiments, one or more additives such as a polymerization initiator, a reaction inhibitor, and an antioxidant may be supplied to the mixing
중합 개시제는 고분자 중합 분야에서 공지된 개시제들을 사용할 수 있다. 예를 들면, 중합 개시제로서 퍼옥사이드 혹은 퍼옥시계열 화합물, 아조비스 계열 화합물 등을 사용할 수 있다.The polymerization initiator may use initiators known in the polymer polymerization field. For example, a peroxide or peroxy-based compound, an azobis-based compound, or the like can be used as the polymerization initiator.
반응 억제제는 카르복실산 단량체 및 극성 공용매의 부반응을 억제하기 위해 추가적으로 포함될 수 있다. 예를 들면, 반응 억제제는 알코올과 경쟁 반응을 통해 에스테르 생성을 억제할 수 있다. Reaction inhibitors may further be included to inhibit side reactions of the carboxylic acid monomer and polar co-solvent. For example, a reaction inhibitor may inhibit ester production through a competitive reaction with alcohol.
일부 실시예들에 있어서, 반응 억제제로서 아민계 화합물을 사용할 수 있다. 상기 아민계 화합물의 예로서 트리메틸 아민과 같은 알킬 아민을 들 수 있다.In some embodiments, an amine-based compound may be used as a reaction inhibitor. Examples of the amine-based compound include an alkyl amine such as trimethyl amine.
일부 실시예들에 있어서, 반응 억제제의 카르복실산 단량체 대비 투입 몰비는 10-6 내지 10-3 일 수 있다. 상기 범위 내에서, 중합 반응 효율의 저하 없이, 에스테르화를 충분히 억제할 수 있다.In some embodiments, the input molar ratio of the reaction inhibitor to the carboxylic acid monomer may be 10 -6 to 10 -3 . Within this range, esterification can be sufficiently suppressed without lowering the polymerization reaction efficiency.
믹싱부(30)를 통해 혼합된 카르복실산 단량체 및 극성 공용매는 이송유로(35)를 통해 토출부(40)로 이동하여 토출 유로(45)를 통해 에틸렌과의 공중합을 위해 배출될 수 있다The carboxylic acid monomer and the polar co-solvent mixed through the mixing
토출부(40)는 예를 들면, 펌프, 컴프레서 등과 같은 배출 장비를 포함할 수 있다.The
예시적인 실시예들에 따르면, 믹싱부(30) 및 토출부(40)에서의 온도(예를 들면, 혼합 온도 및 토출 온도)는 카르복실산 단량체의 결정화 온도보다 높으며 카르복실산의 자체 중합이 일어나는 온도보다 낮을 수 있다. According to exemplary embodiments, the temperature at the mixing
예를 들면, 믹싱부(30) 및 토출부(40)에서의 온도는 각각 20 내지 100℃ 범위 내로 조절될 수 있다.For example, the temperature in the mixing
예시적인 실시예들에 따르면, 카르복실산 단량체 및 극성 공용매의 토출 압력(예를 들면, 토출부(40)로부터의 배출 압력)은 믹싱부(30)에서의 진입 압력 또는 혼합 압력보다 클 수 있다.According to exemplary embodiments, the discharge pressure of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent (for example, the discharge pressure from the discharge portion 40) may be greater than the inlet pressure or the mixing pressure at the mixing
일부 실시예들에 있어서, 상기 토출 압력은 반응기(60) 내에서의 공중합 반응 압력보다 클 수 있다. In some embodiments, the discharge pressure may be greater than the copolymerization reaction pressure in
예를 들면, 상기 토출 압력은 1100 내지 2500 bar 범위로 유지될 수 있다. 바람직하게는, 상기 토출 압력은 1300 내지 2300 bar 범위일 수 있다. For example, the discharge pressure may be maintained in the range of 1100 to 2500 bar. Preferably, the discharge pressure may range from 1300 to 2300 bar.
에틸렌은 제3 유로(55)를 통해 이동되어 토출 유로(45)를 통해 공급되는 카르복실산 단량체 및 극성 공용매 혼합물과 접촉할 수 있다. 이후, 반응기(60)에서 카르복실산 단량체 및 에틸렌과의 공중합이 진행되어 에틸렌-카르복실산 공중합체(예를 들면, EAA 공중합체)가 제조될 수 있다.Ethylene may be moved through the
일부 실시예들에 있어서, 상술한 중합 개시제가 제3 유로(55)를 통해 혹은 별도의 유로를 통해 반응기(60) 내로 함께 도입될 수 있다.In some embodiments, the aforementioned polymerization initiator may be introduced together into the
일 실시예에 있어서, 중합 개시제는 믹싱부(30)로는 도입되지 않고, 반응기(60)로만 도입될 수 있다. 따라서, 중합 개시제에 의해 카르복실산 단량체의 자체 중합이 먼저 촉진되는 것을 방지할 수 있다.In one embodiment, the polymerization initiator is not introduced into the mixing
일부 실시예들에 있어서, 중합 공정 중 예를 들면, 제 3 유로(55)를 통해 사슬 전달제(chain transfer agent)를 투입할 수 있다. 사슬 전달제를 통해 중합체 제품의 분자량 및 분자량 분포를 원하는 범위로 용이하게 제어할 수 있다. In some embodiments, during the polymerization process, for example, a chain transfer agent may be introduced through the
극성 공용매 역시 에틸렌-카르복실산 공단량체의 중합반응에 대해 사슬 전달 효과를 가질 수 있다. 따라서, 극성 공용매의 사슬 전달 계수(chain transfer coefficient: Cs)를 고려하여 사슬 전달제 및 극성 공용매의 투입량을 조절함으로써, 에틸렌-카르복실산 공중합체의 분자량 및 분자량 분포를 효과적으로 제어하면서 극성 공용매 주입의 효과를 구현할 수 있다.Polar cosolvents can also have a chain transfer effect on the polymerization of ethylene-carboxylic acid comonomers. Therefore, by adjusting the amount of the chain transfer agent and the polar co-solvent in consideration of the chain transfer coefficient (Cs) of the polar co-solvent, the polar co-existence while effectively controlling the molecular weight and molecular weight distribution of the ethylene-carboxylic acid copolymer The effect of every injection can be realized.
사슬 전달제는 예를 들면, 이소부탄, 프로핀 등과 같은 비극성 유기 화합물, 혹은 메틸 에틸 케톤, 아이소프로필알데하이드, 비닐 아세테이트와 같은 극성 유기화합물을 포함할 수 있다.The chain transfer agent may include, for example, a non-polar organic compound such as isobutane and propine, or a polar organic compound such as methyl ethyl ketone, isopropylaldehyde, and vinyl acetate.
일부 실시예들에 있어서, 상기 극성 공용매도 반응기 내부에서 상기 사슬 전달제와 상호 작용하여 분자량 제어에 영향을 미칠 수 있다. In some embodiments, the polar cosolvent interacts with the chain transfer agent inside the reactor to influence molecular weight control.
일부 실시예들에 있어서, 반응 진행 지수에 포함된 극성 공용매의 투입농도()는 반응기 전단 유로(예를 들면, 제3 유로(55))에서의 극성 공용매와 사슬 전달제의 농도, 각각의 사슬 전달계수를 종합적으로 고려하여 식 2의 범위를 만족하도록 조절될 수 있다.In some embodiments, the input concentration of the polar co-solvent included in the reaction progress index ( ) Can be adjusted to satisfy the range of Equation 2 by comprehensively considering the concentration of the polar co-solvent and the chain transfer agent in the reactor shear flow path (eg, the third flow path 55), and the respective chain transfer coefficients. .
[식 2][Equation 2]
및 는 각각 반응기 전단 유로에서의 극성 공용매와 사슬 전달제(CTA)의 각각의 몰 농도이다. 와 는 200℃에서의 극성 공용매와 사슬 전달제(CTA)의 에틸렌에 대한 사슬이동계수(Cs value)이다. And Is the respective molar concentration of the polar co-solvent and chain transfer agent (CTA) in the reactor shear flow path, respectively. Wow Is the chain transfer coefficient (Cs value) for ethylene of the polar co-solvent and chain transfer agent (CTA) at 200°C.
사슬이동계수는 고분자 중합반응을 종결하는 사슬 전달제의 반응성을 나타내는 상수로, 사슬이동계수 값이 클수록 고분자 중합 과정에서 고분자의 분자량을 감소시키는 데에 필요한 사슬 전달제의 양이 적어진다.The chain transfer coefficient is a constant representing the reactivity of the chain transfer agent that terminates the polymer polymerization reaction, and the larger the chain transfer coefficient value, the less the amount of chain transfer agent required to reduce the molecular weight of the polymer in the polymer polymerization process.
사슬이동계수의 구체적 수치들은 고분자공학개론(Polymer science & Technology), Joel R. Fried, 2006, 제 2판, p.34~39, Handbook of polymer synthesis part A, Hans R. Kricheldorf, 1991, p.3-5, Polymer science and engineering, David J. Williams, p.103-104 등의 문헌에 기재되어 있다.Specific values of the chain transfer coefficient can be found in Polymer Science & Technology, Joel R. Fried, 2006, 2nd edition, p.34~39, Handbook of polymer synthesis part A, Hans R. Kricheldorf, 1991, p. 3-5, Polymer science and engineering, David J. Williams, p. 103-104 et al.
예를 들면, 식 2로 표현된 사슬 전달 관련 수치 범위를 벗어나는 경우, 사슬 종결이 지나치게 활성화되거나 사슬 연장이 지나치게 진행되어 분자량 제어 구현이 곤란해질 수 있다.For example, when it is outside the numerical range related to chain delivery expressed by Equation 2, chain termination may be excessively activated or chain extension may be excessively performed, making it difficult to implement molecular weight control.
예시적인 실시예들에 따르면, ,를 고려하여 식 2의 범위를 만족하도록 , 를 조절함으로써 고분자 제품의 분자량 및 분자량 분포에 대한 극성 공용매의 영향을 컨트롤 할 수 있다. 예를 들면, 식 2의 를 만족하도록 식 1에서의 주입부에서의 극성 공용매의 농도()를 조절할 수 있다.According to exemplary embodiments, , Considering to satisfy the range of Equation 2 , By controlling the effect of the polar co-solvent on the molecular weight and molecular weight distribution of the polymer product can be controlled. For example, in Equation 2 The concentration of the polar cosolvent at the injection part in Equation 1 so that ) Can be adjusted.
도 1에 도시된 바와 같이, 카르복실산 단량체 및 극성 공용매 혼합물은 반응기(60)에 주입되기 전에 에틸렌과 혼합되어 반응기(60)에서의 중합 효율을 향상시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 카르복실산 단량체 및 극성 공용매의 혼합물, 및 에틸렌은 반응기(60)에 함께 주입될 수도 있다.As shown in FIG. 1, the mixture of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent is mixed with ethylene before being injected into the
예를 들면, 반응기(60)에서의 중합 온도는 170 내지 270 oC일 수 있다. 반응기(60)에서의 압력은 1100 내지 2500 bar일 수 있다.For example, the polymerization temperature in the
예시적인 실시예들에 따르면, 에틸렌-카르복실산 공중합체의 총 중량 중 에틸렌의 함량(예를 들면, 에틸렌 유래 단위 혹은 블록의 함량)은 60 내지 98중량% 및 카르복실산 함량(예를 들면, 카르복실산 유래 단위 혹은 블록의 함량)은 2 내지 40중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서, 카르복실산 단량체의 자체 중합, 에스테르 부생성물로 인한 순도 저하가 충분히 방지될 수 있다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 에틸렌의 함량은 75 내지 97.5중량% 및 카르복실산 함량(예를 들면, 카르복실산 유래 단위 혹은 블록의 함량)은 2.5 내지 25중량%일 수 있다.According to exemplary embodiments, the content of ethylene (for example, the content of ethylene-derived units or blocks) in the total weight of the ethylene-carboxylic acid copolymer is 60 to 98% by weight and the carboxylic acid content (for example , The content of units or blocks derived from carboxylic acids) may be 2 to 40% by weight. Within the above range, the self-polymerization of the carboxylic acid monomer, the purity reduction due to the by-products of the ester can be sufficiently prevented. In a preferred embodiment, the ethylene content may be 75 to 97.5% by weight, and the carboxylic acid content (eg, the content of carboxylic acid-derived units or blocks) may be 2.5 to 25% by weight.
예를 들면, 반응기(60)로부터 생성된 공중합체의 중량 평균 분자량은 8,000 내지 1,000,000 일 수 있다.For example, the weight average molecular weight of the copolymer produced from the
상술한 예시적인 실시예들에 따르면, 카르복실산 단량체 및 극성 공용매 사이의 반응 동역학적 특성을 조절하여 부반응을 억제하면서 카르복실산 단량체의 결정화 및 자체 중합을 감소시킬 수 있다. 따라서, 에틸렌-카르복실산 공중합체의 수율 및 순도를 향상시키면서 에틸 아크릴레이트와 같은 부생성물로 인한 상술한 부작용을 방지 또는 감소시킬 수 있다.According to the exemplary embodiments described above, it is possible to reduce crystallization and self polymerization of the carboxylic acid monomer while suppressing side reactions by controlling the reaction kinetic properties between the carboxylic acid monomer and the polar cosolvent. Accordingly, the above-described side effects due to by-products such as ethyl acrylate can be prevented or reduced while improving the yield and purity of the ethylene-carboxylic acid copolymer.
상술한 에틸렌-카르복실산 공중합체는 예를 들면, 펠렛 형태로 제품화되어 접착 필름, 씰링 재, 절연성 코팅 층, 패키징 필름 등의 용도로 활용될 수 있다.The above-described ethylene-carboxylic acid copolymer may be commercialized in the form of, for example, pellets, and used as an adhesive film, a sealing material, an insulating coating layer, a packaging film, and the like.
도 2는 일부 예시적인 실시예들에 따른 에틸렌-카르복실산 공중합체 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 흐름도이다.2 is a schematic process flow diagram for explaining a method for preparing an ethylene-carboxylic acid copolymer according to some exemplary embodiments.
도 2를 참조하면, 카르복실산 단량체 및 극성 공용매는 저장탱크(65) 내에 함께 보관되어 공급될 수 있다. 예를 들면, 저장탱크(65)로부터 카르복실산 단량체 및 극성 공용매의 혼합물이 이송 유로(70)를 통해 토출부(75)로 전달될 수 있다. 토출부(75)로부터 토출 유로(80)를 통해 상기 혼합물이 배출될 수 있다. Referring to FIG. 2, the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent may be stored and supplied together in the
에틸렌 공급부(50)에 저장된 에틸렌은 제3 유로(55)를 통해 이동되어 토출 유로(80)를 통해 공급되는 카르복실산 단량체 및 극성 공용매의 혼합물과 접촉할 수 있다. 이후, 반응기(60)에서 카르복실산 단량체 및 에틸렌과의 공중합이 진행되어 에틸렌-카르복실산 공중합체(예를 들면, EAA 공중합체)가 제조될 수 있다.Ethylene stored in the
도 2의 실시예에서도, 상술한 예시적인 실시예들에 따른 RPI 범위를 만족하도록 공정이 설계, 수행될 수 있다. 예를 들면, 식 1에서 t는 저장 탱크(65) 내에 도입 후, 에틸렌과 만날 때까지의 카르복실산 단량체 및 극성 공용매의 접촉 시간을 나타낼 수 있다. Even in the embodiment of FIG. 2, a process may be designed and performed to satisfy the RPI range according to the exemplary embodiments described above. For example, in equation 1, t may represent the contact time of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent after introduction into the
일부 실시예들에 있어서, 제3 유로(55)를 통해 식 2를 만족하도록 사슬 전달제가 공급될 수도 있다.In some embodiments, a chain transfer agent may be supplied to satisfy Equation 2 through the
이하에서는, 구체적인 실험예들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 추가적으로 설명한다. 실험예에 포함된 실시예 및 비교예들은 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be further described with reference to specific experimental examples. The examples and comparative examples included in the experimental examples are only illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the appended claims, and various changes and modifications to the examples are possible within the scope and technical thought scope of the present invention. It is obvious to those skilled in the art, and it is natural that such modifications and corrections fall within the scope of the appended claims.
실험예 1Experimental Example 1
카르복실산 단량체 및 극성 공용매 접촉에 따른 부반응 생성물 발생을 모사하기 위해 아크릴산(AA)(억제제로 200ppm MEHQ(mono methyl ether hydroquinone) 함유, 99.5% 순도, Alfa Aeser) 및 에탄올(EtOH)(99.5% 순도, 시그마 알드리치) 혼합물에서의 에틸 아크릴레이트의 발생량을 시간에 따라 시료를 채취하여 내부 표준물질을 첨가한 후 가스 크로마트그래피-불꽃 이온화 검출기(GC-FID)로 측정하였다. Acrylic acid (AA) (containing 200 ppm MEHQ (mono methyl ether hydroquinone) as inhibitor, 99.5% purity, Alfa Aeser) and ethanol (EtOH) (99.5%) to simulate the occurrence of side reaction products due to contact with carboxylic acid monomer and polar cosolvent Purity, Sigma Aldrich) The amount of ethyl acrylate generated in the mixture was sampled over time and the internal standard was added, and then measured with a gas chromatography-flame ionization detector (GC-FID).
실험예 1-1 내지 1-9에서 표 1에 기재된 바와 같이 EtOH/AA 혼합비율 및 접촉 온도를 조절하였다.In Experimental Examples 1-1 to 1-9, the EtOH/AA mixing ratio and the contact temperature were adjusted as described in Table 1.
도 3 내지 도 11은 각각 실험예 1-1 내지 1-9에서 시간에 따른 에틸 아크릴레이트의 발생량을 나타낸 그래프들이다.3 to 11 are graphs showing the amount of ethyl acrylate generated over time in Experimental Examples 1-1 to 1-9, respectively.
도 3 내지 도 11을 참조하면, 시간에 따라 선형적으로 에틸 아크릴레이트가 발생하는 경향을 관찰할 수 있었다. 선형 회귀 분석에 따라 도출된 시간(x)에 따른 에틸 아크릴레이트 발생량(y)의 관계가 도 3 내지 도 11에 각각 기재되었다.Referring to FIGS. 3 to 11, it was possible to observe the tendency of ethyl acrylate to occur linearly with time. The relationship between the amount of ethyl acrylate generated (y) according to the time (x) derived according to the linear regression analysis is described in FIGS. 3 to 11, respectively.
구체적으로, 동일 온도 조건에서는 EtOH/AA 몰비가 클수록, 동일 EtOH/AA 몰비에서는 반응 온도가 높을수록 에틸 아크릴레이트의 생성이 촉진되었다.Specifically, in the same temperature condition, the larger the EtOH/AA molar ratio, and the higher the reaction temperature in the same EtOH/AA molar ratio, the more the production of ethyl acrylate was promoted.
극성 공용매 도입을 통해 토출부(40)내 혼합물의 결정화 온도를 낮추어 카르복실산 단량체의 자가중합 및 결정화를 방지할 수 있는 공정운전 범위가 확보될 필요가 있다. 따라서, 카르복실산 단량체 및 극성 공용매가 적절하게 혼합되어 반응기(60)로 도입되기 위해 상기 혼합물의 최소 접촉시간(혹은 체류 시간)은 0.1초로 설정되었다.It is necessary to secure a process operation range capable of preventing self-polymerization and crystallization of the carboxylic acid monomer by lowering the crystallization temperature of the mixture in the
상술한 바와 같이, 최종 제품에서의 부반응 생성물(에틸 아크릴레이트)의 규제 기준 6 ppm을 만족하기 위한 플랜트 공정 모사 모델에서의 토출부(40)에서의 에틸 아크릴레이트의 허용 수준을 600ppm으로 설정하였다.As described above, the allowable level of ethyl acrylate in the
각 실험별 최소 접촉 시간 0.1초에 따른 반응 진행 지수(RPI)(하한) 및 에틸 아크릴레이트 발생 상한인 600ppm에 해당되는 접촉 시간에서의 RPI(상한)을 계산하여 표 1에 기재하였다. The reaction progress index (RPI) (lower limit) according to the minimum contact time for each experiment of 0.1 seconds and the RPI (upper limit) at the contact time corresponding to the upper limit of the ethyl acrylate generation of 600 ppm were calculated and listed in Table 1.
(RPI)(sec.K)Reaction progress index
(RPI)(sec.K)
(AA)Acrylic acid
(AA)
(EtOH)Polar cosolvent
(EtOH)
(접촉시간 0.1초)Lower limit
(Contact time 0.1 second)
표 1을 참조하면, RPI를 1.5 및 1.3Х107 sec·K 사이로 조절하는 경우 극성 공용매 도입을 통해 넓은 공정운전 범위를 확보하면서 부반응 생성물(에틸 아크릴레이트)의 양을 타겟 값 이하로 용이하게 관리할 수 있음을 확인할 수 있다. RPI가 1.5 미만인 경우, 극성 공용매를 실질적으로 반응기로 유효하게 도입할 수 없다. RPI가 1.3Х107 sec·K 를 초과하는 경우 최종 제품에서의 에틸 아크릴레이트의 관리 가능한 규제 범위를 초과하며 상술한 부작용들을 야기할 수 있다.Referring to Table 1, when the RPI is adjusted between 1.5 and 1.3Х10 7 sec·K, the amount of side reaction products (ethyl acrylate) is easily managed below the target value while securing a wide process operation range through the introduction of a polar co-solvent. You can confirm that you can. When the RPI is less than 1.5, a polar cosolvent cannot be effectively introduced into the reactor effectively. When the RPI exceeds 1.3Х10 7 sec·K, it exceeds the controllable regulatory range of ethyl acrylate in the final product and may cause the above-described side effects.
한편, 극성 공용매를 통해 충분한 공정운전 범위를 확보하기 위해 최소 접촉시간을 1초로 설정한 RPI(하한) 및 실제 에틸 아크릴레이트 규제기준인 6ppm으로 만족하기 위한 접촉시간에서의 RPI(상한)을 계산하여 이를 표 2에 기재하였다. 구체적으로 6ppm에 해당하는 접촉시간은 도 3 내지 도 11에 각각 기재된 시간(x)에 따른 에틸 아크릴레이트 발생량(y)의 관계식을 통해 산출하였다.On the other hand, the RPI (lower limit) with the minimum contact time set to 1 second in order to secure a sufficient range of process operation through the polar cosolvent and the RPI (upper limit) at the contact time to satisfy the actual ethyl acrylate regulation standard of 6ppm are calculated. Thus, it is described in Table 2. Specifically, the contact time corresponding to 6 ppm was calculated through a relational expression of the amount of ethyl acrylate generated (y) according to the time (x) described in FIGS. 3 to 11, respectively.
(RPI)(sec.K)Reaction progress index
(RPI)(sec.K)
(AA)Acrylic acid
(AA)
(EtOH)Polar cosolvent
(EtOH)
(접촉시간 1초)Lower limit
(Contact time 1 second)
(에틸 아크릴레이트 6ppm)maximum
(Ethyl acrylate 6ppm)
표 2를 참조하면, RPI를 14.9 및 1.3Х105 sec·K 사이로 조절하는 경우, 극성 공용매의 접촉시간을 현실적으로 증가시키면서 부반응 생성물의 양도 실제 기준 미만으로 억제할 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to Table 2, when the RPI is adjusted between 14.9 and 1.3Х10 5 sec·K, it can be seen that the amount of side reaction products can be suppressed to less than the actual standard while increasing the contact time of the polar co-solvent realistically.
실험예 2Experimental Example 2
에틸렌-아크릴산 공중합체 중합공정의 공정모사 모델을 통해 반응기(60) 전단 유로에서의 사슬전달제 및 극성 공용매의 몰농도를 측정였으며, 이에 따른 상술한 식 2의 값을 계산하였다. Through the process simulation model of the ethylene-acrylic acid copolymer polymerization process, the molar concentration of the chain transfer agent and the polar co-solvent in the
상술한 바와 같이, 식 2의 수치 범위 내에서 공중합체의 분자량 및 분자량 분포를 적절히 조절할 수 있다. 또한, 극성 공용매 사용에 의한 분자량 분포에의 영향을 식 2의 수치 범위 내에서 적절히 제어할 수 있다.As described above, the molecular weight and molecular weight distribution of the copolymer can be appropriately adjusted within the numerical range of Equation 2. Moreover, the influence on the molecular weight distribution by use of a polar cosolvent can be appropriately controlled within the numerical range of Equation 2.
예를 들면, 식 2의 수치가 하한값(0.003mol/L) 미만인 경우 반응기 내에서 사슬전달 작용을 하는 화합물의 총량이 부족해져서 제품의 평균 분자량이 지나치게 커지거나 분자량 분포가 지나치게 넓어질 수 있다. 식 2의 수치가 상한값(0.01mol/L) 보다 커지면 반응기 내에서 사슬전달 작용을 하는 화합물의 총량이 많아져서 제품의 평균 분자량이 지나치게 작아지거나 분자량 분포가 지나치게 좁아질 수 있다.For example, when the numerical value of Equation 2 is less than the lower limit (0.003 mol/L), the total amount of the compound acting as a chain transfer function in the reactor becomes insufficient, so that the average molecular weight of the product may be too large or the molecular weight distribution may be too wide. When the numerical value of Equation 2 is greater than the upper limit (0.01 mol/L), the total amount of the compound that has a chain transfer function in the reactor increases, and the average molecular weight of the product may be too small or the molecular weight distribution may be too narrow.
표 3을 참조하면, 극성 공용매 자체의 사슬전달제 작용을 통해, 극성 공용매를 신규로 도입하더라도 사슬 전달제 함량을 감소시켜 식 2의 계산값을 식 2의 범위 내에서 유지할 수 있음을 확인할 수 있다. Referring to Table 3, through the chain transfer agent function of the polar co-solvent itself, it can be confirmed that even if the polar co-solvent is newly introduced, the content of the chain transfer agent can be reduced to maintain the calculated value of Equation 2 within the range of Equation 2. Can be.
10: 카르복실산 단량체 공급부
20: 극성 공용매 공급부
15: 제1 유로
25: 제2 유로
30: 믹싱부
35, 70: 이송 유로
40, 75: 토출부
45, 80: 토출 유로
50: 에틸렌 공급부
55: 제3 유로
60: 반응기
65: 저장 탱크10: carboxylic acid monomer supply unit 20: polar cosolvent supply unit
15: first euro 25: second euro
30: mixing
40, 75:
50: ethylene supply part 55: third flow path
60: reactor 65: storage tank
Claims (15)
상기 혼합물 및 에틸렌을 반응기로 주입하여 공중합시키는 단계를 포함하고,
상기 카르복실산 단량체 및 유기 용매 계열의 극성 공용매의 혼합물을 형성하는 단계는, 하기의 식 1로 정의되는 반응 진행 지수(Reaction Progress Index: RPI)를 1.5 내지 1.3×107 sec·K 범위로 조절하여 상기 카르복실산 단량체 및 상기 극성 공용매의 부반응 생성물의 양을 제어하는 것을 포함하는, 에틸렌-카르복실산 공중합체의 제조 방법:
[식 1]
(식 1에서 와 는 각각 상기 극성 공용매 및 상기 카르복실산 단량체의 초기 몰농도이며, t는 상기 카르복실산 단량체 및 상기 극성 공용매의 접촉시간을 나타내며, T는 상기 카르복실산 단량체 및 상기 극성 공용매의 에틸렌과 반응전 접촉 평균 온도임).Forming a mixture of a carboxylic acid monomer and an organic solvent-based polar co-solvent; And
Injecting the mixture and ethylene into a reactor to copolymerize,
In the step of forming a mixture of the carboxylic acid monomer and the organic solvent-based polar cosolvent, the Reaction Progress Index (RPI) defined by the following Equation 1 is in the range of 1.5 to 1.3×10 7 sec·K. Controlling the amount of side reaction products of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent by adjusting, the method for producing an ethylene-carboxylic acid copolymer:
[Equation 1]
(Equation 1 Wow Is an initial molar concentration of the polar co-solvent and the carboxylic acid monomer , t denotes the contact time of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent, and T is ethylene of the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent. It is the average contact temperature before overreaction).
상기 혼합물을 토출하는 단계는 상기 믹싱부로부터 토출부로 상기 혼합물을 이송 유로를 통해 이동시키고; 그리고
상기 토출부로부터 토출 유로를 통해 상기 혼합물을 배출하는 것을 포함하는, 에틸렌-카르복실산 공중합체의 제조 방법.The method according to claim 3, wherein the step of forming the mixture comprises introducing the carboxylic acid monomer and the polar co-solvent into a mixing unit, respectively,
The step of discharging the mixture may include moving the mixture from the mixing unit to the discharge unit through a transfer flow path; And
A method for producing an ethylene-carboxylic acid copolymer comprising discharging the mixture from the discharge portion through a discharge passage.
[식 2]
(식 2 중, 및 는 각각 상기 반응기의 상기 전단 유로에서의 상기 극성 공용매 및 상기 사슬 전달제의 몰 농도이고,
와 는 200℃에서의 상기 극성 공용매 및 상기 사슬 전달제의 에틸렌에 대한 사슬 전달 계수(Cs)임).The method for producing an ethylene-carboxylic acid copolymer according to claim 11, which satisfies the following formula:
[Equation 2]
(In formula 2, And Is the molar concentration of the polar cosolvent and the chain transfer agent in the shear flow path of the reactor, respectively,
Wow Is the chain transfer coefficient (Cs) for ethylene of the polar cosolvent and the chain transfer agent at 200°C).
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP20749391.7A EP3909989A4 (en) | 2019-02-01 | 2020-01-29 | Method for producing ethylene-carboxylic acid copolymer |
JP2021544200A JP2022518828A (en) | 2019-02-01 | 2020-01-29 | Method for Producing Ethylene-Carboxylic Acid Copolymer |
CN202080011447.2A CN113396166B (en) | 2019-02-01 | 2020-01-29 | Process for preparing ethylene-carboxylic acid copolymers |
US17/427,131 US20220242980A1 (en) | 2019-02-01 | 2020-01-29 | Method for Producing Ethylene-Carboxylic Acid Copolymer |
PCT/KR2020/001308 WO2020159204A1 (en) | 2019-02-01 | 2020-01-29 | Method for producing ethylene-carboxylic acid copolymer |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20190013255 | 2019-02-01 | ||
KR1020190013255 | 2019-02-01 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20200096126A true KR20200096126A (en) | 2020-08-11 |
Family
ID=72048465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020200006278A KR20200096126A (en) | 2019-02-01 | 2020-01-17 | Method of producing ethylene-carboxylic acid compolymer |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20200096126A (en) |
CN (1) | CN113396166B (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115651109B (en) * | 2022-10-02 | 2024-02-02 | 中化国际聚合物(连云港)有限公司 | Agglomeration agent for producing elastomer and preparation method thereof |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6852792B1 (en) | 2000-04-13 | 2005-02-08 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Coating composition containing a low MFI ethylene acrylic acid copolymer |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7598321B2 (en) * | 2005-08-10 | 2009-10-06 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Ethylene acid copolymer |
US8871876B2 (en) * | 2010-09-30 | 2014-10-28 | Dow Global Technologies Llc | Ethylene-based interpolymers and processes to make the same |
WO2014105110A2 (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | Dow Global Technologies Llc | Method to reduce the crystallization temperature of carboxylic acid comonomer at elevated pressures, and to improve the copolymerization of the same |
CN107873035B (en) * | 2015-06-30 | 2021-04-09 | 陶氏环球技术有限责任公司 | High pressure free radical polymerization |
-
2020
- 2020-01-17 KR KR1020200006278A patent/KR20200096126A/en active Search and Examination
- 2020-01-29 CN CN202080011447.2A patent/CN113396166B/en active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6852792B1 (en) | 2000-04-13 | 2005-02-08 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Coating composition containing a low MFI ethylene acrylic acid copolymer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113396166B (en) | 2024-02-02 |
CN113396166A (en) | 2021-09-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2862081C (en) | Ethylene polymerization process using an inhibitor | |
US10465024B2 (en) | Process to make tubular ethylene based polymers with high melt strength | |
KR102502365B1 (en) | Lubricant compositions for improved high pressure free-radical polymerizations | |
TWI383998B (en) | Herstellung von vinylacetat-vinylester-mischpolymerisaten mit geringem gehalt an hochsiedenden vinylestern | |
KR20200096126A (en) | Method of producing ethylene-carboxylic acid compolymer | |
RU2625314C2 (en) | Application of mercaptomethyl complex esters as chain transmission agents | |
EP3763779B1 (en) | Lubricant composition and method of preparing copolymer using the same | |
US20220242980A1 (en) | Method for Producing Ethylene-Carboxylic Acid Copolymer | |
EP2647650A1 (en) | High-pressure radical ethylene co-polymerization process with a reduced temperature of the reaction mixture prior to introduction into the reaction zone | |
JP6998217B2 (en) | Low hexane extract and low density ethylene polymer | |
CN86102949A (en) | Method for shortstopping radical polymerization and stabilized resin composition | |
KR101410547B1 (en) | A method for preparing PVC with high productivity and thermal stability | |
WO2019005812A1 (en) | High pressure, free radical polymerizations to produce ethylene-based polymers | |
EP3404048B1 (en) | Method for preparing vinyl chloride based polymer | |
KR20210106403A (en) | Use of at least one hemi-peroxyacetal alone or in combination with other peroxides to promote polymerization or copolymerization of ethylene under high pressure | |
JPH0710910A (en) | Production of ethylene copolymer | |
CN1298414A (en) | Method for polymerising and copolymerising ethylene | |
DE4041320A1 (en) | Ethylene]-acrylic] ester copolymers with improved optical properties - by copolymerisation in presence of radical initiators, with simultaneous, but separate addn. of initiator and ester-stabiliser mixt. | |
KR20130090310A (en) | Polyvinyl chloride resin compositions based on monomer absorption accelerator and lataex polymerization method using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination |