KR100191183B1 - 염화 비닐 수지의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

염화비닐 종합체 라텍스를 이중 유체 노즐에 의하여 분무 건조시키는데, 분무가스로서 수증기 또는 수증기와 불활성 가스의 가스 혼합물이 사용됨을 특징으로 하는, 염화 비닐 수지의 제조방법.

Description

염화 비닐 수지의 제조방법
본 발명은 분무 건조하므로써 , 입자 크기가 40㎛를 초과하는 입자가 저함량인 염화비닐 수지의 제조방법에 관한 것이다.
지금까지는, 염화 비닐 중합체 라텍스를 회전 디스크, 단일 유체 노즐 또는 이중 유체 노들의 수단에 의하여 분무 건조하여, 페이스트 - 제조용 수지로서 유용한 염화 비닐 수지를 제조하는 방법에 보통으로 사용되었다. 이중 유체 노즐의 수단에 의하여 분무 건조하여 페이스트-제조용 수지를 얻은 방법은 예를 들면 일본국 특허 공개 공보 제41951/1979호 또는 제67314/1973호에 개시되어 있다. 그러나, 이러한 공보에 기술된 방법에서, 공기가 분무가스로서 사용되고, 얻어진 염화 비닐 수지의 입자 크기가 크다는 것이 보통이었다. 40㎛를 초과하는 큰 입자(이후에는 거친 입자로 언급한다)를 함유하는 페이스트-제조용 염화 비닐은 플라스티졸(plastisol)의 제조용으로 사용될 경우, 이러한 입자의 가소제내로 분산되는 분산속도는 느리고, 많은 경우에, 졸의 형성에 시간이 걸린다. 또한, 거친 입자의 일부는 분산되지 않고 졸에 남아 있는 경향이 있고, 이들은 가공동안에 발포성을 손상시키고, 열융착을 지연시키거나, 특히 도포법용으로 사용될 때 생성물의 표면상에 단단한 반점이나 불규칙한 면을 형성할 수 있다.
이러한 결점을 방지 하기 위하여 건조입자를 분쇄하거나 체분리하더라도, 염화비닐수지내에 예를 들면 1㎛미만의 입자크기를 갖는 미세 분말의 함량이 증가하므로써, 분말 유동성이 떨어지는 경향이 있고, 함량의 자동측정이 어려워지는 경향이 있다. 또한, 이러한 미세 분말은 분진의 원인이 될 수도 있으며 작업환경의 관점에서 바람직하지도 못하다.
염화 비닐 중합체 라텍스에 대한 분무 공기의 질량비를 증가시킴으로써도 이중 유체 노즐의 수단에 의하여 분무 건조된 염화 비닐 수지의 입자크기를 감소시킬 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 큰 규모의 공기 압축 장치가 설치되어야 하며 다량의 에너지가 소모되는 단점고 갖고 있다. 또한 고체함량이 감소된 라텍스를 분무 건조시키는 것도 생각할 수 있지만, 이러한 방법은 증발되어야 하는 물의 양에 상응하는 많은 열량이 요구된다. 따라서, 이러한 방법은 경제적으로 불리하다.
일본국 특허 공개 공보 제226025/1984호에는 특정 구조를 갖는 이중 유체 노출에 의하여 예를 들면 폴리올레핀의 용융물로부터 구형 입자의 제조방법에 관하여 기술되어 있고 분무가스로서 수증기를 사용할 수 있다고 기술되어 있다. 그러나, 이러한 공보에서도 건조의 기술적 개념, 더욱 특별하게는 염화 비닐 중합체 라텍스가 미세 액체 방울의 형태로서 분무되고 건조되어 미세 건조입자를 얻는다는 기술적 개념에 대해서는 교시한 바가 없다.
본 발명가들은 40㎛를 초과하는 입자가 실질적으로 함유되어 있지 않으면서 분쇄나 체분리를 행하지 않고 가소제와 직접적으로 혼합되어질 수 있는 염화 비닐 수지의 제조방법에 관하여 방대한 연구를 행한 결과, 이중 유체 노즐에 의하여 분무 건조시에 분무 가스로서 수증기나 수증기와 불활성 가스의 가스 혼합물을 사용함으로써 목적을 달성할 수 있음을 발견하였다. 본 발명은 이러한 발명에 기호하여 완성되었다.
다시 말해, 본 발명의 목적은, 염화 비닐 중합체 라텍스를 분무 건조시켜 입자 크기가 40㎛를 초과하는 입자가 실질적으로 포함되어 있지 않은 염화 비닐 수지의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 염화 비닐 공중합체 라텍스를 이중 유체 노즐에 의하여 분무 건조시키는데, 여기서 분무 가스로서 수증기나 수증기와 불할성 가스의 가스 혼합물을 사용함을 특징으로 하는, 염화 비닐 수지의 제조방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 방법은 바람직한 양태를 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 방법용으로 사용되는 염화비닐 중합체 라텍스는, 예를 들면 염화비닐이거나 염화 비닐 및 이와 공중합 가능한 공단량체와의 혼합물을 유화제 및 수용성 중합 개시제의 존재하에 수성 매질중에서 유화-중합하는 방법에 의하거나, 상기와 같은 단량체 또는 단량체 혼합물에 유화제 및 오일-가용성 중합 개시체의 존재하에 미세 현탁 중합을 행하는 방법에 의하여 제조될 수 있다.
염화 비닐 중합체 라텍스내의 고체 함량 농도는 특정하지 않지만, 이는 보통 20~80중량%, 바람직하게는 40~65중량%이고, 점도는 보통 0.1pa.s를 넘지 않는다.
염화비닐과 공충합 가능한 공단량체는 염화 비닐리덴과 같은 할로겐화 비닐 단량체, 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트 또는 비닐 스테아레이트와 같은 비닐 에스테르, 아크릴산, 메타크릴산 또는 이타콘산과 같은 일염기성 불포화산, 일염기성 불포화산는 알킬 에스테르, 메틸 비닐 에테르, 에틸 비닐에테르, 옥틸 비닐 에테르 또는 라우릴 비닐 에테르와 같은 비닐 에테르, 말레산 또는 푸마르산과 산무수물, 이염기성 불포화산의 알킬 에스테르, 또는 불포화산 니트릴이 있다. 이러한 공단량체의 둘 이상이 공중합될 수 있다.
염화 비닐 중합체 라텍스의 제조용으로 사용되는 중합 개시제는, 예를 들면 과황산염(예컨대 나트륨염, 칼륨염 또는 암모늄염), 과산화 수소와 같은 수용성 과산화물, 또는 이러한 과황산염 또는 과산화물과 환원제(예컨데 아황산 나트륨, 피로아황산 나트륨, 아황산 암모늄, 아황산 수소 나트륨, 아스코르브산 또는 나트륨 포름알데히드 술폭실레이트)를 함유하는 수용성 산화, 환원 개시제, 단량체-가용성(오일-가용성)개시제, 예컨대 아조비스이소부티로니트릴, 아조비스-2, 4-디메틸발레로리트릴, 라우로일 퍼옥시드 또는 t-부틸퍼옥시드 피발레이트, 또는 상술한 산화,환원 개시제용 환원제와 유사한 환원제와 상기의 오일-가용성 개시제의 배압물로 구성된 개시제일 수 있다.
라텍스의 제조용으로 사용되는 유화제의 예로는 고급 알콜 황산 에스테르염(예컨대 알칼리 금속염 또는 암모늄염), 알킬 벤젠 황산염(예컨대 알칼리 금속염 또는 암모늄염). 고급 지방산염(예컨대 알칼리 금속염 또는 암모늄염), 다른 음이온 계면 활성제, 비이온 계면 활성제 또는 양이온 계면 활성제일 수 있다. 이들 계면 활성제는 단독으로나 2개 이상의 혼합물로서 배합되어 사용될 수 있다. 특히 바람직한 것은 음이온 계면 활성제이다. 또한 음이온 및 / 또는 비이온 계면 활성제가 라텍스가 얻어지는 동안이나 후에 혼합될 수 있다.
또한, 중합도를 조절하기 위한 시약이나 다른 첨가물도 염화 비닐 중합체 라텍스의 제조용으로 사용될 수 있다. 중합도를 조절하기 위한 시약의 예로는 사슬 전이제, 예컨대 트리클로로에틸렌, 사염화 탄소. 2-메르캅토에탄올 또는 옥틸메르캅탄, 또는 가교 결합제, 예컨대 디알릴 프탈레이트, 트리알릴 이소시아누레이트, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 또는 트리메틸롤프로판 드리메타크릴레이트이다.
다른 첨가제로는, 염화 제1구리, 황산 제1철 또는 질산 니켈과 같은 수용성 전이 금속염, 및 인산일수소 또는 이수소 알칼리 금속, 프탈산 수소 칼륨 또는 탄산 수소 나트륨과 같은 pH 도절제가 언급될 수 있다.
본 발명의 방법에서 사용되는 이중 유체 노즐은 건조 장치의 내벽에 제공되고, 이의 구조는 내부 혼합형 또는 외부 혼합형일 수 있다. 다수의 이중 유체 노즐이 건조장치에 제공될 수 있다. 본 발명의 방법에서, 수증기 또는 수증기와 불활성 가스를 함유하는 가스 혼합물이 염화 비닐 중합체 라텍스를 분무 건조시에 분무가스로서 사용된다. 분무가스의 온도는 특정하지 않지만, 이는 보통 25~300℃, 바람직하게는 40~250℃, 더욱 바람직하게는 50~100℃의 범위내이다. 여기서 사용되는 불활성 가스의 예로는 공기, 질소 또는 네온일 수 있다. 그러나, 공기가 쉽게 구입할 수 있기 때문에, 본 발명의 목적을 위하여 공기가 가장 적합하다.
만일 고온의 분무 가스를 사용하면, 라텍스는 분무 가스와 라텍스를 공급하는 공급관의 형상에 따라 분무 가스에 의하여 가열될 수 있으므로, 라텍스의 안정성이 손상될 수 있거나, 라텍스 공급관이 라텍스의 응집에 의하여 막힐 수 있다. 따라서, 공급관의 형상에 의존하여, 라텍스의 온도가 너무 높지 않도록 공급 가스의 온도를 조절할 필요가 있다.
수증기 온도는 분무 가스의 원하는 온도 또는 공기의 혼합비에 의존하지만, 이는 보통 110~300℃, 바람직하게는 140~250℃의 범위이다.
가스 혼합물이 분무 가스로서 사용될 때, 분무 가스로서 가스 혼합물중의 수증기의 비율은 보통 2중량% 이상, 바람직하게는 5중량% 이상, 더욱 바람직하게는 10중량% 이상이다. 만일 그 양이 2중량% 미만일 경우에 거친 입자의 형성이 증가되는 경향이 있다.
혼합되어지는 불활성 가스의 온도 주위 온도일 수 있다. 그러나 분무가스 온도의 요동을 피하기 위하여, 불활성 가스는 수증기와 혼합되기 전에, 이를 열교환기를 통과시켜 이를 예정된 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 불환성 가스의 온도가 너무 낮으면, 수증기를 응축하는 작용이 높아서 효율이 떨어진다. 반면에 100℃를 초과하는 고온의 불활성 가스를 사용하려면, 불활성 가스를 가열하기 위한 비용이 증가하므로, 이것도 비경졔적이다. 혼합 동안에 응축에 의하여 형성된 물방울은, 예컨대 배수 분리기에 의하여 제거하는 것이 바람직하다. 본 발명의 방법에 따르면, 염화 비닐 수지의 입자 크지는 라텍스에 대한 분무 가스의 비율을 조정하거나 수증기와 불활성 가스의 혼합비를 조정하므로써 조정될 수 있다. 분무가스를 얻으려고 수증기와 불활성 가스를 혼합하는 것은 분무 가스 도관내에서 수증기의 기류에 불황성 가스를 붙어 넣거나 불황성 가스의 기류에 수증기를 불어넣으므로써 수행되고, 이들은 분무 가스가 염화 비닐 중합체 라텍스와 접촉하는 이중 유체 노즐의 전방 단부에서 가스 혼합물을 형성한다.
라텍스에 대한 분무 가스의 중량비는 보통 0.5~5, 바람직하게는 1.5~3범위내이다. 중량비가 0.5미만일 경우에, 이는 거친 입자를 감소시키는데 어려움이 있다. 한편, 5를 초과하는 경우에, 비록 이것이 거친 입자를 감소시키는 목적에 효과적이지만, 비용이 높아지고 비경제적인 경향이 있다.
가스 혼합물이 분무 가스로서 사용할 경우, 수증기의 비율이 클수록, 거친 입자의 형성이 감소한다. 따라서, 동일한 저함량의 거친 입자를 갖는 염화 비닐 수지가 높은 비율의 수증기를 갖는 가스 혼합물을 사용하여 제조될 경우에 라텍스에 대한 분무 가스의 중량비는 불활성 가스를 단독으로 사용하거나 작은 비율의 수증기를 갖는 가스 혼합물을 사용하는 경우와 비교하여 작아지므로, 분무 가수의 소모가 최소화될 수 있고, 이는 공업적으로 유리하다.
건조 장치내의 건조 공기의 온도는 공급량, 즉 라텍스의 분무량에 의존하여 변한다. 그러나, 이는 건조 장치의 입구에 있는 건조 공기의 온도를 5~300℃, 바람직하게는 120~200℃의 범위내로, 출구에 있는 온도를 25~90℃, 바람직하게는 40~80℃의 범위내로 조정하는 것이 바람직하다. 건조 장치의 출구내의 온도가 25℃미만일 경우에, 염화 비닐 수지의 건조는 불완전 해지는 경향이 있거나, 일정한 수준으로 온도를 유지하는 것이 어려운 경향이 있다. 다른 한편, 출구내의 온도가 90℃를 초과하면, 수지 입자의 온도가 염화 비닐 수지의 유리 전이점을 초과하는 경향이 있으므로, 건조된 입자가 서로 충돌하면, 이들은 결합하여 거친 입자를 형성하는 경향이 있고, 이들은 가소제내에 거의 분산되지 못하는 경향이 있으므로, 이는 만족스러운 플라스티졸을 얻기가 어렵다. 또한, 공급되는 라텍스의 양은 감소되면서, 생산성이 낮아질 것이다.
한편, 본 발명의 방법은 하기 실시예를 참조하여 더욱 상세치 기술될 것이지만, 본 발명은 이러한 특정예로 한정하려는 의도는 없다는 것을 이해하여야 한다.
[실시예 1~14 및 비교예 1~11]
(1) 염화 비닐 중합체 라텍스의 제조
라텍스는 공지된 파종 유화 중합 및 미세 현탁중합에 의하여 제조된다.
라텍스 A : 주요 유화제로서 황산 라우릴 나트륨을 사용한 파종 유화 중합 :
고체 함량 농도 : 45중량% :
평균 입자 크기 : 1.1㎛
라텍스 B : 주요 유화제로서 황산 라우릴 나트륨을 사용한 미세 현탁 중합 :
고체 함량 농도 : 38중량% :
평균 입자 크기 : 0.8㎛
라텍스 C : 주요 유화제로서 황산 도데실벤젠 나트륨을 사용한 파종 유화 중합 :
40중량%의 고체 함량 농도는 극여과기에 의하여 55중량%까지 증가된다 ;
평균 입자 크기 : 1.0㎛
(2) 라텍스의 분무 조건
상기 단계(1)에서 얻어진 라텍스는 내부 용량이 150㎥인 분무 건조 장치내에 동일 원주상의 동일한 거리에 포개지고, 장치의 내벽으로부터 동일한 거리에 위치하도록 한 10개의 이중 유체 노즐에 약 65~75㎏/hr 노즐의 유속으로 공급되고 건조 조작은 표 1~3에 나타낸 건조 공기 온도 및 분무 가스/라텍스 중량비의 조건하에 분무 가스 조성에 따라 수행된다.
얻어진 염화 비닐 수지내에서 40㎛를 초과하는 입자의 비율은 다음항목에 나타낸 입자 크기 측정법(3)에 의하여 측정된다. 그 결과를 표 1~3에 또한 나타내었다.
(3) 입자크기 측정법
유동셀 홀더를 레이저 회절형 입자 크기 분포 측정 장치(LA-500, HORIBA, LTD. 에 의하여 측정됨)에 고정시키고, 약 200㎖의 0.1% 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모로라우레이트 수용액을 분산 매질로서 욕에 넣고 교반하여 순환시킨다. 회절상의 공백을 측정한 다음, 상기 단계(2)에서 얻어진 소량의 염화 비닐 수지를 욕에 넣고 30초동안 분산시켜, 시료의 입자 크기 분포를 측정한다. 입자 크기 분포로부터 40㎛를 초과하는 커다란 입자의 입자 비율(중량% )를 측정한다.
상기 실시예 및 비교예의 결과로부터 명백한 바와 같이, 크기가 40㎛를 초과하는 입자가 분무 가스로서 수증기 또는 수증기와 불활성 가스의 가스 혼합물이 사용될 때 상당히 감소될 수 있다.
본 발명의 방법에 따르면, 수증기 또는 수증기의 불활성 가스의 가스 혼합물이 이중 유체 노즐에 의한 염화 비닐 중합체 라텍스의 건조시에 분무가스로서 사용되므로써, 파쇄, 체분리 등의 단계가 생략되거나 축소될 수 있다. 또한, 거친 입자의 양은 분무 가스중의 수증기의 비율을 증가시켜 감소시킬 수 있다. 따라서, 동일한 소량의 거친 입자를 갖는 염화 비닐 수지가 큰 비율의 수증기를 갖는 가스 혼합물을 사용하여 제조될 경우에, 라텍스에 대한 분무가스의 중량비는 불활성 가스 단독에 의하거나 적은 비율의 수증기를 갖는 가스 혼합물에 의하여 분무 건조할때와 비교하여 적어 질 수 있다. 따라서, 분무가스의 소모가 감소되어질 수 있고, 불활성 가스를 압축하는데 필요한 전기 에너지의 소모도 감소될 수 있다.
본 발명의 방법에 의하여 제조된 염화 비닐 수지는 가소제와 단순하고 직접적으로 혼합되어 용이하게 플라스티졸을 얻을 수 있다.

Claims (19)

  1. 염화 비닐 중합체 라텍스를 이중 유체 노즐에 의하여 분무 건조시키는데, 분무가스로서 수증기 또는 수증기와 불활성 가스의 가스 혼합물이 사용됨을 특징으로 하는, 염화 비닐 수지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 분무가스의 온도가 25~300℃범위내에 있는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 분무가스중의 수증기의 비율이 2중량% 이상인 방법.
  4. 제2항에 있어서, 분무 가스중의 수증기의 비율이 2중량% 이상인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 염화 비닐 중합체 라텍스에 대한 분무 가스의 중량비가 0.5~5범위내인 방법.
  6. 제2항에 있어서, 염화 비닐 중합체 라텍스에 대한 분무가스의 중량비가 0.5~5범위내인 방법.
  7. 제3항에 있어서, 염화 비닐 중합체 라텍스에 대한 분무 가스의 중량비가 0.5~5범위내인 방법.
  8. 제4항에 있어서, 염화 비닐 중합체 라텍스에 대한 분무 가스의 중량비가 0.5~5범위내인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 공기가 불활성 가스로서 사용되는 방법.
  10. 제2항에 있어서, 공기가 불활성 가스로서 사용되는 방법.
  11. 제3항에 있어서, 공기가 불활성 가스로서 사용되는 방법.
  12. 제4항에 있어서, 공기가 불활성 가스로서 사용되는 방법.
  13. 제5항에 있어서, 공기가 불활성 가스로서 사용되는 방법.
  14. 제6항에 있어서, 공기가 불활성 가스로서 사용되는 방법.
  15. 제7항에 있어서, 공기가 불활성 가스로서 사용되는 방법.
  16. 제8항에 있어서, 공기가 불활성 가스로서 사용되는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 분무 건조 장치의 건조용 공기 출구에서 건조용 공기의 온도가 25~90℃범위내인 방법.
  18. 제2항에 있어서, 분무 건조 장치의 건조용 공기 출구에서 건조용 공기의 온도가 25~90℃범위내인 방법.
  19. 제3항에 있어서, 분무 건조 장치의 건조용 공기 출구에서 건조용 공기의 온도가 25~90℃범위내인 방법.
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