KR102068308B1 - 고분자의 잔류 모노머 함량 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 고분자의 잔류 모노머 함량 제어방법에 관한 것으로, 상기 제어방법은 열풍 온도 및 열풍 속도를 유지한 경우, 열풍 질량비를 조절함으로써 다른 외부 인자의 영향 없이 잔류 모노머의 함량을 예측할 수 있다.

Description

고분자의 잔류 모노머 함량 제어방법{A residual monomer content cntrolling method of polymer}
본 출원은 고분자의 잔류 모노머 함량 제어방법에 대한 것이다.
현재 양산되고 있는 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)는 합성, 탈수 등의 공정을 거쳐 유동층 건조기(Fluidized Bed Dryer)에서 건조되며, 열풍 온도 및 열풍 속도를 제어함으로써 다양한 함수율 및 잔류 모노머를 갖는 제품이 생산된다.
다양한 건조 조건에 따라 함수율, 잔류 모노머 농도 등의 최종 제품 물성이 결정되는데, 보통 체류 시간이 길고 열풍 온도가 높을수록 최종 제품에서 낮은 잔류 모노머 함량을 보이는 경향이 있다.
그러나, 원하는 수준의 잔류 모노머 함량을 가지는 고분자를 생산하기 위한 건조 조건을 설정하는 과정에서 체류 시간 및 열풍 온도 이외에도, 베드(Bed)의 크기, 고분자 유입 속도(Feed Rate), 공탑 속도 등의 건조기 인자, 고분자 입자 특성 및 공정의 특성에 따라 잔류 모노머 함량이 변하게 되어, 잔류 모노머를 예측하기 위한 명확한 정량적 지표가 없는 실정이다.
따라서, ABS 입자 내 잔류 모노머 제어를 위한 건조 조건 인자를 개발하여 원하는 수준의 잔류 모노머를 갖는 제품을 만들기 위한 지표가 필요하다.
한국공개특허 제2016-0054742호
본 출원은 잔류 모노머 제어를 위한 건조 조건 인자를 개발하여 원하는 수준의 잔류 모노머를 갖는 제품을 만들기 위한 지표를 제공하고자 한다.
본 출원은 고분자의 잔류 모노머 함량 제어방법에 관한 것이다.
고분자의 제조방법은, 합성, 탈수 등의 공정을 거쳐 유동층 건조기(Fluidized Bed Dryer)에서 건조하여 잔류 모노머를 제어하였다.
통상적으로, 유동층 건조기(Fluidized Bed Dryer)는, 수분을 함유한 고분자 입자에 열풍을 공급하여 고분자 입자를 운동시키면서 수분을 제거하는 건조 기계이다.
기존에는 이러한 유동층 건조기를 이용하여 고분자의 잔류 모노머를 제거하기 위하여 체류 시간을 길게하고, 열풍 온도를 높여 최종 제품의 잔류 모노머 함량을 낮췄다.
그러나, 상기 유동층 건조기를 사용하여 수분을 제거하는 과정을 통해 잔류 모노머를 제어하는 공정은, 열풍 온도, 체류 시간 이외에 여러 인자들의 영향을 받았다. 예를 들어, 베드(Bed)의 크기, 고분자 유입 속도(Feed Rate), 열풍 유량, 공탑 속도 등의 건조기 인자, 고분자 입자 특성 및 공정의 특성 등의 인자가 잔류 모노머 함량이 함량에 영향을 미쳤다.
이하, 상기 인자들의 의미를 설명하기로 한다.
체류 시간이란, 수분을 함유한 고분자 입자가 유동층 건조기의 유입구에서 유출구까지 이동하면서 체류하는 시간을 의미한다.
열풍 온도란, 수분을 함유한 고분자 입자의 수분을 제거하기 위하여 유동층 건조기 내로 유입되는 공기의 온도를 의미한다.
베드의 크기란, 유동층 건조기 내에서 수분을 함유한 고분자 입자를 열풍 건조할 수 있는 공간의 부피를 의미한다.
고분자 유입 속도는, 수분을 함유한 고분자 입자의 유입 유량을 의미한다.
열풍 유량이란, 수분을 함유한 고분자 입자의 수분을 제거하기 위하여 유동층 건조기 내로 유입되는 공기의 유량을 의미한다.
공탑 속도란, 수분을 함유한 고분자 입자의 유입 유량을 베드의 단면적으로 나눈 겉보기 속도를 의미한다.
상기 설명한 바와 같이, 기존에는 고분자의 건조 공정을 통해 잔류 모노머를 제거할 때 다양한 인자의 영향을 받기 때문에, 최종 제품의 잔류 모노머를 원하는 수준으로 제어하는데 어려움이 있었다.
이에 대해, 본 발명은 잔류 모노머 제어를 위한 건조 조건 인자를 개발하여 원하는 수준의 잔류 모노머를 갖는 제품을 만들기 위한 지표를 제공하고자 한다.
하나의 예로서, 본원은 건조기를 이용한 건조 공정에 따른 고분자의 잔류 모노머 함량을 제어하는 방법에 있어서,
하기 일반식 1로 표현되는 열풍 질량비 인자를 이용하여, 고분자의 잔류 모노머 함량 제어방법을 제공할 수 있다.
[일반식 1]
A/B
상기 일반식 1에서, A는 건조기 내로 유입되는 열풍의 질량(Kg)이고, B는 건조기 내로 유입되는 고분자의 질량(Kg)이다.
이와 같이, 본원에 따른 고분자의 잔류 모노머 함량을 제어하는 방법을 통해, 상기 일반식 1로 표현되는 열풍 질량비 인자를 제어함으로써, 베드의 크기, 공탑 속도, 열풍 유량, 체류 시간 및 고분자의 종류로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 외부 인자에 관계없이 고분자의 잔류 모노머 함량을 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 일반식 1로 표현되는 열풍 질량비 인자는 건조기 내로 유입되는 고분자의 질량(Kg) 대비 건조기 내로 유입되는 열풍의 질량(Kg)을 의미할 수 있다.
상기 일반식 1로 표현되는 열풍 질량비가 증가함에 따라, 선형 또는 비선형 적으로 잔류 모노머의 함량이 감소할 수 있다.
구체적으로, 일반식 1로 표현되는 열풍 질량비가 증가한다는 것은, 건조기 내로 유입되는 고분자의 질량과 비교하여 건조기 내로 유입되는 열풍의 질량이 더 많은 것을 의미한다. 따라서, 적은 양의 수분 함유 고분자를 건조하기 위하여 많은 양의 열풍이 공급되므로, 최종 제품의 잔류 모노머의 함량이 감소할 수 있다.
상기 잔류 모노머의 함량은 열풍 온도 인자를 더 포함하여 제어될 수 있다.
예를 들어, 일반식 1로 표현되는 열풍 질량비가 일정한 조건에서, 열풍 온도가 증가할수록, 잔류 모노머의 함량을 감소하는 경향을 보인다.
이때, 열풍 온도 60 내지 100℃ 및 열풍 질량비 2 내지 10의 범위 내에서 고분자의 잔류 모노머 함량을 4500ppm 이하로 제어될 수 있다.
또한, 열풍 온도 60 내지 100℃ 및 열풍 질량비 10 내지 20의 범위 내에서 고분자의 잔류 모노머 함량을 2500ppm 이하로 제어될 수 있다.
또한, 열풍 온도 60 내지 100℃ 및 열풍 질량비 20 내지 30의 범위 내에서 고분자의 잔류 모노머 함량을 1000ppm 이하로 제어될 수 있다.
이를 통해, 특정 온도 조건에서 열풍 질량비에 따른 잔류 모노머 함량의 예측이 가능하다는 것을 알 수 있다.
상기 잔류 모노머의 함량은 열풍 속도 인자를 더 포함하여 제어될 수 있다.
예를 들어, 일반식 1로 표현되는 열풍 질량비 및 열풍 온도가 일정한 조건에서, 열풍 속도가 증가할수록, 잔류 모노머의 함량을 감소하는 경향을 보인다.
상기 열풍 속도란, 수분을 함유한 고분자 입자의 수분을 제거하기 위하여 유동층 건조기 내로 유입되는 공기의 속도를 의미한다.
이때, 열풍 온도 70℃로 유지할 경우, 열풍 속도 0.2 내지 0.6m/s의 범위 내에서 고분자의 잔류 모노머 함량을 4000ppm 이하로 제어될 수 있다.
또한, 열풍 온도 70℃로 유지하고, 열풍 속도 0.2 내지 0.6m/s의 범위 내에서 열풍 질량비가 5 내지 10인 경우, 고분자의 잔류 모노머 함량을 3500ppm 이하로 제어될 수 있다.
또한, 열풍 온도 70℃로 유지하고, 열풍 속도 0.2 내지 0.6m/s의 범위 내에서 열풍 질량비가 10 내지 20인 경우, 고분자의 잔류 모노머 함량을 2500ppm 이하로 제어될 수 있다.
또한, 열풍 온도 70℃로 유지하고, 열풍 속도 0.2 내지 0.6m/s의 범위 내에서 열풍 질량비가 20 내지 200인 경우, 고분자의 잔류 모노머 함량을 100ppm 이하로 제어될 수 있다.
이와 같이, 열풍 온도와 열풍 속도를 유지할 경우, 열풍 질량비에 따라 잔류 모노머 함량을 예측할 수 있다.
본 발명에 따른 방법으로 잔류 모노머 함량을 제어할 수 있는 고분자는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 아크로니트릴 부티디엔 스티렌(ABS) 공중합체일 수 있다.
지금까지 유동층 건조기를 예를 들어 설명하였으나, 상기 설명한 고분자의 잔류 모노머 함량의 제어방법은 열풍건조기 등과 같이 일정 온도 및 일정 풍속을 이용하여 입자계를 건조시키는 경우에 모두 적용될 수 있다.
본 출원은 고분자의 잔류 모노머 함량 제어방법에 관한 것으로, 상기 제어방법은 열풍 온도 및 열풍 속도를 유지한 경우, 열풍 질량비를 조절함으로써 다른 외부 인자의 영향 없이 잔류 모노머의 함량을 예측할 수 있다.
도 1은 특정 열풍 온도 조건에서 열풍 질량비에 따른 잔류 모노머 함량을 나타낸 그래프이다.
도 2는 특정 열풍 온도 내지 열풍 속도 조건에서 열풍 질량비에 따른 잔류 모노머 함량을 나타낸 그래프이다.
이하 본 출원에 따르는 실시예 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1: 특정 열풍 온도 조건에서 열풍 질량비에 따른 잔류 모노머 함량 측정
베드의 단면적이 15 cm x 15 cm이고, 높이가 30 cm인 유동층 건조기에서, 열풍 온도를 70℃, 80℃및 90℃로 각각 달리하면서, 현 양산 건조기(Dryer) 기준을 포함한 열풍 질량비(열풍 Mass비)에 따른 잔류 모노머의 함량을 측정하였다.
그 결과는 하기 도 1에 나타내었다. 도 1을 참조하면, 열풍 질량비가 증가함에 따라, 잔류 모노머의 함량이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
실시예 2: 특정 열풍 속도 조건에서 열풍 질량비에 따른 잔류 모노머 함량 측정
실시예 1과 동일한 유동층 건조기에서, 열풍 온도를 70℃로 일정하게 유지하고, 열풍 속도를 0.3 m/s 및 0.55 m/s로 각각 달리하면서, 열풍 질량비(열풍 Mass비)에 따른 잔류 모노머의 함량을 측정하였다.
그 결과는 하기 도 2에 나타내었다. 도 2를 참조하면, 열풍 질량비가 증가함에 따라, 잔류 모노머의 함량이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
비교예 1: 건조 조건에 따른 잔류 모노머 함량 측정
유동층 건조기에서, 단면적이 1 m x 1 m이고, 높이가 1 m인 베드에서, 3 m/s의 공탑 속도 조건으로, 체류 시간 및 열풍 온도를 70℃/5min 및 90℃/10min로 각각 달리하면서 잔류 모노머의 함량을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
열풍 온도/체류 시간 잔류 모노머(ppm)
- 4,200
70℃/5min 420
90℃/10min 70
그러나, 표 1의 결과는, 1 m x 1 m이고, 높이가 1 m인 베드에서 매우 높은 공탑 속도 조건에서만 나타나는 결과로, 다른 조건에서는 이와 같은 결과가 나타나지 않는 것으로 확인되었다.
이와 같은 결과는, 고분자 유입 속도, 베드의 크기 및 고분자의 물성 차이에 따라 체류 시간 및 공탑 속도 등이 변화하게 되기 때문이다.
즉, 체류 시간 및 열풍 온도에 관계 없이, 매우 높은 속도로 열풍을 공급할 경우, 매우 낮은 잔류 모노머 함량의 고분자를 제조할 수 있다는 것을 의미한다.
따라서, 이러한 방법으로는 잔류 모노머 함량의 예측이 어렵다는 것을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 건조기를 이용한 건조 공정에 따른 고분자의 잔류 모노머 함량을 제어하는 방법에 있어서,
    하기 일반식 1로 표현되는 열풍 질량비 인자, 열풍 속도 인자 및 열풍 온도 인자로 이루어진 인자를 이용하여 잔류 모노머의 함량을 제어하고,
    열풍 온도를 60 ℃ 내지 100 ℃의 범위 내로, 열풍 질량비를 2 내지 10의 범위 내로 제어하면 고분자의 잔류 모노머 함량이 4500 ppm 이하이며,
    베드의 크기, 공탑 속도, 열풍 유량, 체류 시간 및 고분자의 종류 중 적어도 하나의 외부 인자에 관계 없는 고분자의 잔류 모노머 함량 제어방법:
    [일반식 1]
    A/B
    상기 일반식 1에서, A는 건조기 내로 유입되는 열풍의 질량(Kg)이고, B는 건조기 내로 유입되는 고분자의 질량(Kg)이다.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    일반식 1로 표현되는 열풍 질량비가 증가함에 따라, 선형 또는 비선형 적으로 잔류 모노머의 함량이 감소하는 고분자의 잔류 모노머 함량 제어방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    열풍 온도를 70 ℃로, 열풍 속도를 0.2 내지 0.6m/s의 범위 내로 제어하면 고분자의 잔류 모노머 함량이 4000ppm 이하인 고분자의 잔류 모노머 함량 제어방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    고분자는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 공중합체 입자인 고분자의 잔류 모노머 함량 제어방법.
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