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KR101695070B1 - 디엔계 고무 중합체의 제조방법 및 이를 포함하는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 그라프트 공중합체 - Google Patents

디엔계 고무 중합체의 제조방법 및 이를 포함하는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 그라프트 공중합체 Download PDF

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KR101695070B1
KR101695070B1 KR1020140181126A KR20140181126A KR101695070B1 KR 101695070 B1 KR101695070 B1 KR 101695070B1 KR 1020140181126 A KR1020140181126 A KR 1020140181126A KR 20140181126 A KR20140181126 A KR 20140181126A KR 101695070 B1 KR101695070 B1 KR 101695070B1
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Abstract

본 발명은 높은 중합 전환율을 가지면서 상대적으로 겔 함량은 낮고 팽윤지수는 높은 디엔계 고무 중합체의 제조방법, 이로부터 제조된 디엔계 고무 중합체 및 이를 코어로 포함하는 코어-쉘 구조의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 그라프트 공중합체에 관한 것이다. 이에 따른 디엔계 고무 중합체의 제조방법 및 이로부터 제조된 디엔계 고무 중합체를 포함하는 코어-쉘 구조의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 그라프트 공중합체는 이를 필요로 하는 산업, 특히 충격 보강제 산업에 용이하게 적용할 수 있다.

Description

디엔계 고무 중합체의 제조방법 및 이를 포함하는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 그라프트 공중합체{Preparation method of diene rubber polymer and acrylonitrile-butadiene-styrene graft copolymer comprising the same}
본 발명은 높은 중합 전환율을 가지면서 상대적으로 겔 함량은 낮고 팽윤지수는 높은 디엔계 고무 중합체의 제조방법, 이로부터 제조된 디엔계 고무 중합체 및 이를 코어로 포함하는 코어-쉘 구조의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 그라프트 공중합체에 관한 것이다.
일반적으로 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(이하, ABS)계 수지는 내충격성, 기계적 강도, 성형성, 광택도 등의 물성이 비교적 양호하여 전기, 전자부품, 사무용기기, 자동차 부품 등에 광범위하게 사용되고 있다.
상기 ABS계 수지는 고무 성분인 디엔계 고무 라텍스의 평균입경 등의 물성에 따라 영향을 많이 받는다. 예컨대, 디엔계 고무 라텍스의 평균입경, 겔 함량 및 팽윤지수에 따라 ABS계 수지의 물성이 달라질 수 있다.
구체적으로, ABS계 수지는 통상적으로 유화중합 방법을 통하여 제조되고 있다. 충격 강도를 부여하기 위하여 디엔계 고무 라텍스를 유화중합법으로 제조한 후, 여기에 방향족 비닐 화합물 및 비닐시안 화합물을 첨가하여 유화중합법으로 그라프트 반응시켜 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 그라프트 공중합체를 제조하고, 이 그라프트 공중합체에 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(이하, SAN)를 혼합하여 최종적으로 열가소성 ABS 수지가 제조된다.
이때, 상기 디엔계 고무 중합체는 중합 전환율이 90% 이상이 되어야 ABS계 수지의 제조에 유리하게 적용될 수 있으며, 상기 디엔계 고무 중합체가 중합 전환율이 90% 이상일 경우 90 내지 95%의 겔 함량과 14 내지 20의 팽윤지수를 가질 수 있다.
겔 함량과 팽윤지수는 중합 전환율 및 중합 반응온도와 밀접한 관련이 있으며, 예컨대 중합 전환율을 높이기 위해서는 상대적으로 높은 온도에서 중합을 수행하게 되며, 이에 중합 전환율이 향상됨과 동시에 겔 함량이 급격히 증가하고 팽윤지수가 크게 감소하게 된다. 겔 함량이 높으면 팽윤지수가 낮아 투명성은 증가할 수 있으나 내충격성은 저하될 수 있고, 이와 반대로 겔 함량이 너무 낮고 팽윤지수가 너무 높을 경우에는 내충격성은 향상될 수 있으나 투명성이 저하될 수 있다. 따라서, 우수한 물성을 갖는 ABS계 수지를 얻기 위해서는, 중합 전환율, 입경, 겔 함량 및 팽윤지수가 적절히 조절된 디엔계 고무 중합체가 요구된다.
대한민국 등록특허공보 10-1279267
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 중합 전환율이 높으면서 상대적으로 겔 함량은 낮고 팽윤지수는 높은 디엔계 고무 중합체의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 디엔계 고무 중합체의 제조방법으로부터 제조된 디엔계 고무 중합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 디엔계 고무 중합체를 코어로 포함하는 코어-쉘 구조의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 그라프트 공중합체를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는
공액디엔계 단량체 혼합물 50 중량부 내지 75 중량부, 유화제 1 중량부 내지 4 중량부 및 분자량 조절제 0.1 중량부 내지 0.5 중량부를 반응기에 투입하고 1차 중합하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 중합 전환율이 10% 내지 40%인 시점에 공액디엔계 단량체 혼합물 25 중량부 내지 50 중량부를 0.5 내지 10시간 동안 연속투입하고 2차 중합하는 단계 (단계 2); 및 상기 단계 2의 중합 전환율이 92% 이상인 시점에서 중합을 종료시키는 단계(단계 3);를 포함하는 디엔계 고무 중합체의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 제조방법으로부터 제조된 디엔계 고무 중합체를 제공한다.
아울러, 본 발명은 상기 디엔계 고무 중합체를 포함하는 코어 30 중량부 내지 70 중량부; 및 상기 코어 상에 형성된 방향족 비닐 화합물 및 비닐시안 화합물을 포함하는 쉘 30 중량부 내지 70 중량부를 포함하고, 상기 쉘은 방향족 비닐 화합물 및 비닐시안 화합물을 5:1 내지 1:5의 중량비로 포함하는 코어-쉘 구조의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 그라프트 공중합체를 제공한다.
본 발명에 따른 디엔계 고무 중합체의 제조방법은 중합 전환율 40% 내지 85%인 시점에 분자량 조절제를 추가로 투입하고, 단일 온도 조건에서 중합을 수행하지 않고 2단계로 분리한 중합 반응온도 조건하에서 중합을 수행함으로써 가교반응을 조절하여 높은 중합 전환율을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제조방법에 의하여 제조된 디엔계 고무 중합체는 낮은 겔 함량을 가지면서 팽윤지수는 향상될 수 있으며, 이를 포함하는 코어-쉘 구조의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 그라프트 공중합체는 충격강도 특성이 더욱 향상될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 디엔계 고무 중합체의 제조방법 및 이로부터 제조된 디엔계 고무 중합체를 포함하는 코어-쉘 구조의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 그라프트 공중합체는 이를 필요로 하는 산업, 특히 충격 보강제 산업에 용이하게 적용할 수 있다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.
본 발명은 코어-쉘 구조의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 그라프트 공중합체의 고무 성분으로 용이하게 적용할 수 있는 높은 전환율을 가지면서 겔 함량은 낮추고 팽윤지수는 높일 수 있는 디엔계 고무 중합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 디엔계 고무 중합체의 제조방법은
공액디엔계 단량체 혼합물 50 중량부 내지 75 중량부, 유화제 1 중량부 내지 4 중량부 및 분자량 조절제 0.1 중량부 내지 0.5 중량부를 반응기에 투입하고 1차 중합하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 중합 전환율이 10% 내지 40%인 시점에 공액디엔계 단량체 혼합물 25 중량부 내지 50 중량부를 0.5 내지 10시간 동안 연속투입하고 (단계 2); 및
상기 단계 2의 중합 전환율이 92% 이상인 시점에서 중합을 종료시키는 단계(단계 3);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단계 1은 공액디엔계 단량체 혼합물과 유화제 및 분자량 조절제를 혼합하여 중합을 개시하기 위하여, 공액디엔계 단량체 혼합물 50 중량부 내지 75 중량부, 유화제 1 중량부 내지 4 중량부 및 분자량 조절제 0.1 중량부 내지 0.5 중량부를 반응기에 투입하고 1차 중합하는 단계이다.
본 발명에서 상기 공액디엔계 단량체 혼합물은 공액디엔계 단량체 단독으로 구성된 것이거나, 또는 공액디엔계 단량체와 방향족 비닐계 단량체 및 비닐시안계 단량체로 구성되는 것일 수 있다. 즉, 상기 공액디엔계 단량체 혼합물은 공액디엔계 단량체를 의미하는 것이거나, 또는 공액디엔계 단량체, 방향족 비닐계 단량체 및 비닐시안계 단량체의 단량체 혼합물을 의미하는 것일 수 있다.
상기 공액디엔계 단량체 혼합물이 상기의 단량체 혼합물일 경우에는, 상기 공액디엔계 단량체 혼합물은 공액디엔계 단량체 55중량% 내지 99.7중량%; 방향족 비닐계 단량체 0.1중량% 내지 40중량%; 및 비닐시안계 단량체 0.1중량% 내지 40중량%를 포함하는 것일 수 있다.
상기 공액디엔게 단량체는 특별히 한정하는 것은 아니나, 예컨대 1,3-부타디엔, 이소프렌, 클로로프렌 및 피퍼릴렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. 구체적으로, 1,3-부타디엔일 수 있다.
상기 방향족 비닐계 단량체는 특별히 한정하는 것은 아니나, 예컨대 스티렌, α-메틸 스티렌, α-에틸 스티렌 및 p-메틸 스티렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다. 구체적으로는, 스티렌일 수 있다.
상기 비닐시안계 단량체는 특별히 한정하는 것은 아니나, 예컨대 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 및 에타크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다. 구체적으로는 아크릴로니트릴일 수 있다.
상기 유화제는 특별히 한정하는 것은 아니나, 예컨대 로진산 칼륨, 지방산 칼륨, 소디움 라우릴 설포네이트, 소디움 알킬벤젠 설포네이트 등과 같은 음이온계 흡착형 유화제, 폴리옥시에틸렌 알킬페닐 에테르 등의 비이온계 유화제, 소디움 도더셀 알릴 슬포숙시네이트, C16 -18 알케닐 숙식산 디-포타슘염, 소디움 아크릴아미도스테아레이트 등의 반응형 유화제, 폴리옥시에틸렌 알킬페닐에테르 암모늄 술페이트, 폴리옥시에틸렌 알킬에테르 술페이트 에스테르 암모늄염 등의 고분자형 반응형 유화제 등을 단독 또는 혼용하여 사용할 수 있다.
상기 분자량 조절제는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예컨대 a-메틸스티렌다이머, t-도데실 머캅탄, n-도데실 머캅탄, 옥틸 머캅탄과 같은 머캅탄류, 사염화탄소, 염화메틸렌, 브롬화메틸렌과 같은 할로겐화 탄화수소, 테트라 에틸 티우람 다이 설파이드, 디펜타메틸렌 티우람 다이 설파이드, 디이소프로필키산토겐 다이 설파이드와 같은 황 함유 화합물일 수 있다. 바람직하게는 t-도데실 머캅탄일 수 있다.
상기 1차 중합은 필요에 따라 이온교환수, 중합 개시제 및 전해질 중 1종 이상의 첨가제의 존재 하에 수행할 수 있다. 이때, 상기 이온교환수, 중합 개시제 및 전해질의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니나, 예컨대 상기 이온교환수는 65 중량부 내지 100 중량부, 중합 개시제는 0.2 중량부 내지 0.4 중량부, 그리고 전해질은 0.2 중량부 내지 3 중량부로 사용할 수 있다.
상기 중합 개시제는 특별히 한정하지 않고 당업계에 공지된 통상의 것을 사용할 수 있으나, 예컨대 과황산염과 같은 수용성 중합 개시제, 퍼옥시 화합물과 같은 지용성 중합 개시제 또는 산화-환원계 촉매 등을 사용할 수 있다.
상기 과황산염은 과황산 칼륨, 과황산 나트륨, 과황산 암모늄 등일 수 있으며, 상기 지용성 중합 개시제는 큐멘 하이드로 퍼옥사이드, 디이소프로필 벤젠 하이드로퍼옥사이드, 아조비스 이소부틸로니트릴, 3급 부틸 하이드로퍼옥사이드, 파라멘탄 하이드로퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드 등일 수 있다. 또한, 상기 산화-환원계 촉매는 소듐 포름알데히드 술폭실레이트, 소듐에틸렌디아민 테트라아세테이트, 황산 제1철, 덱스트로즈, 피롤린산나트륨, 아황산나트륨 등일 수 있다.
상기 전해질은 염화칼륨, 염화나트륨, 중탄산칼륨, 중탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산나트륨, 황산칼륨, 황산나트륨, 아황산수소칼륨, 아황산수소나트륨, 피로인산칼륨, 피로인산나트륨, 인산칼륨, 인산나트륨, 인산수소칼륨, 인산수소나트륨 등일 수 있다.
상기 단계 2는, 1차 중합의 중합 전환율이 10% 내지 40%인 시점에 공액디엔계 단량체 혼합물 25 중량부 내지 50 중량부 중량부를 0.5 내지 10시간 동안 연속 투입하는 단계이다.
본 발명에 따른 상기 제조방법은 전술한 바와 같이 공액디엔계 단량체 혼합물을 중합 전환율 시점에 따라 2단계 (일괄 투입 및 연속 투입)로 나누어 투입함으로써 적정 입경크기를 갖는 디엔계 고무 중합체를 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 상기 제조방법은 2차 중합의 중합 전환율이 40% 내지 85%인 시점에 0.01 중량부 내지 0.3 중량부의 분자량 조절제를 추가로 투입하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있으며, 구체적으로는 중합 전환율 55% 내지 70%인 시점에 투입하는 것일 수 있다. 본 발명에 따른 제조방법은 분자량 조절제를 중합 전환율 40% 내지 85%인 시점에 추가 투입함으로써 가교반응을 억제할 수 있어 중합 전환율은 높이면서 겔 함량의 증가 및 팽윤지수의 감소를 억제할 수 있다. 이에, 결과적으로 중합 전환율이 높으면서 겔 함량이 낮고 상대적으로 팽윤지수는 높은 디엔계 고무 중합체를 수득할 수 있다. 또한, 상기 분자량 조절제는 상기한 바와 동일하거나, 상이한 것을 사용하여도 된다.
한편, 본 발명에 따른 상기 1차 중합 및 2차 중합은 각각 상이한 온도조건 하에서 중합이 이뤄지는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 1차 중합은 60℃ 내지 72℃의 온도조건 하에서 수행하는 것일 수 있고, 상기 2차 중합은 72℃ 내지 85℃의 온도조건 하에서 수행하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명은 중합이 진행될수록 온도조건을 점차 상승시켜가며 중합을 수행하는 것일 수 있다.
상기 단계 3은 디엔계 고무 중합체를 수득하기 위하여, 2차 중합의 중합 전환율이 92% 이상인 시점에서 중합을 종료시키는 단계이다.
상기 중합 종료는 중합 억제제를 사용하여 수행하는 것일 수 있으며, 상기 중합 억제제는 당업계에 공지된 통상적인 것을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 제조방법으로부터 제조된 디엔계 고무 중합체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 디엔계 고무 중합체는 평균입경 (D50)이 2,600Å 내지 5,000Å인 것일 수 있고, 겔 함량이 70% 내지 84%인 것일 수 있으며, 팽윤지수가 11 내지 25인 것일 수 있다.
여기에서, 상기 Å는 전자기 방사선(electromagnetic radiation)의 파장을 표현하는데 사용하는 길이의 단위를 나타내는 것으로, 1Å는 0.1 nm와 같다.
상기 겔 함량은 중합체 내에 가교결합 정도, 즉 중합체의 가교도를 나타내는 것으로, 겔 함량 수치가 클수록 중합체의 가교도가 높을 수 있다.
상기 팽윤지수는 중합체가 용매에 의하여 팽윤하는 정도를 나타내는 것으로, 중합체의 가교도가 높을수록 팽윤지수는 낮을 수 있다.
아울러, 본 발명은 상기의 디엔계 고무 중합체를 포함하는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공중합체는
상기 디엔계 고무 중합체를 포함하는 코어 30 중량부 내지 70 중량부; 및
상기 코어 상에 형성된 방향족 비닐 화합물 및 비닐시안 화합물을 포함하는 쉘 30 중량부 내지 70 중량부를 포함하고,
상기 쉘은 방향족 비닐 화합물 및 비닐시안 화합물을 1:5 내지 5:1의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공중합체는 15% 내지 40%의 그라프트율을 갖는 것일 수 있으며, 상기 공중합체 건조 분말로부터 추출된 프리러버(free rubber)의 분자량이 25,000 내지 65,000인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체는 전술한 바와 같이 상기의 디엔계 고무 중합체를 포함하는 코어를 30 중량부 내지 70 중량부로 포함하는 것일 수 있다. 만약, 상기 코어가 30 중량부 미만으로 포함될 경우에는 최종 생성되는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체가 딱딱해지는 등 특성이 저하될 수 있으며, 70 중량부를 초과하여 포함될 경우에는 상대적으로 쉘의 함량이 줄어들어 최종 생성되는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체의 내유성이 저하되고 인장강도가 감소되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체는 전술한 바와 같이 방향족 비닐 화합물 및 비닐시안 화합물을 포함하는 쉘을 30 중량부 내지 70 중량부로 포함할 수 있다. 만약, 상기 쉘이 30 중량부 미만으로 포함될 경우에는 최종 생성되는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체의 내유성이 저하되고, 인장강도가 감소될 수 있으며, 상기 쉘이 70 중량부를 초과하여 포함될 경우에는 상대적으로 코어 부분이 줄어들어 최종 생성되는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체가 딱딱해질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 상기 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체는 특별히 한정되지 않고 당업계에 공지된 통상적인 방법에 의하여 제조할 수 있으며, 예컨대 디엔계 고무 중합체에 방향족 비닐 화합물, 비닐시안 화합물 및 유화제 등의 첨가제를 투입하고 유화중합한 후 응집 및 세척하여 제조하는 것일 수 있다. 이때, 각 구성성분은 반응기에 일괄적으로 첨가하는 방법, 연속적으로 첨가하는 방법 또는 일부를 1차로 첨가하고 중합 개시 후 분할 투입하는 방법을 통하여 반응에 참여시킬 수 있다.
또한, 유화중합을 용이하게 이루어지게 하기 위하여, 필요에 따라 킬레이트제, 분산제, pH 조절제, 탈산소제, 입경조정제, 노화방지제, 산소포착제(oxygen scavenger)와 같은 첨가제를 추가로 사용할 수 있으며, 상기 유화중합은 통상적으로 10℃ 내지 90℃의 온도범위에서 수행될 수 있으나, 바람직하게는 25℃ 내지 75℃의 온도범위일 수 있다.
또한, 상기 응집은 유화중합 이후 형성된 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 라텍스 조성물을 응집하여 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 라텍스 응고물을 형성하기 위한 것으로, 당업계에 공지된 통상적인 방법에 의하여 수행할 수 있으며, 예컨대 상기 조성물에 염 수용액 또는 산 수용액을 처리하고 염응집 또는 산응집하여 수행할 수 있다.
상기 세척은 상기 염응집 또는 산응집을 통해 형성된 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 라텍스 응고물로부터 불순물(잔류 유화제, 응집제 등)을 제거하여 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체를 수득하기 위한 것으로, 상기 응고물을 무기염 수용액에 첨가하여 세척한 후 건조하여 수행할 수 있다.
이때, 상기 세척 및 건조는 특별히 한정하지 않고 당업계에 통상적인 방법에 의하여 수행할 수 있다.
이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
1) 디엔계 고무 중합체의 제조
질소 치환된 중합반응기(오토크레이브)에 이온교환수 65 중량부, 1,3-부타디엔 70 중량부, 로진산 칼륨염 1.5 중량부, 올레인산 포타슘염 0.8 중량부, 탄산칼륨(K2CO3) 0.8 중량부, 3급 도데실머캅탄(TDDM) 0.3 중량부, 과황산 칼륨(K2S2O8) 0.3 중량부를 일괄투여하고 70℃에서 중합 전환율 30%까지 반응(1차 중합)시킨 후 1,3-부타디엔 30 중량부를 6 시간 동안 연속 투입하였으며, 연속 투입 시점부터 10시간 동안 반응 온도를 서서히 승온시켜 80℃에 도달하도록 하였다 (2차 중합). 이때, 중합 전환율 55%인 시점에서 3급 도데실머캅탄 0.05 중량부를 추가로 투입하여 반응에 참여시켰다. 그 후 중합 전환율 93%에서 중합억제제 N,N-디에틸 히드록실 아민을 투입하여 반응을 종료시켜 디엔계 고무 중합체를 수득하였다.
2) 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체의 제조
질소 치환된 중합 반응기에 상기 1)에서 제조된 디엔계 고무 중합체 60 중량부 및 이온 교환수 100 중량부를 투입하고, 별도의 혼합장치에서 혼합된 아크릴로니트릴 10 중량부, 스티렌 30 중량부, 이온 교환수 25 중량부, t-부틸 하이드로퍼옥사이드 0.12 중량부, 로진산 칼륨 1.0 중량부 및 3급 도데실 머캅탄 0.3 중량부로 이루어진 혼합용액과 덱스트로즈 0.054 중량부, 피롤린산 나트륨 0.004 중량부 및 황산 제1철 0.002 중량부를 함께 상기 중합 반응기에 70℃에서 3시간 동안 연속투입하였다. 연속투입이 끝난 후 덱스트로즈 0.05 중량부, 피롤린산 나트륨 0.03 중량부, 황산 제1철 0.001 중량부, t-부틸 하이드로퍼옥사이드 0.05 중량부를 일괄적으로 상기 중합 반응기에 투입하고 온도를 80℃까지 1시간에 걸쳐 승온한 후 반응을 종결하였다. 형성된 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 라텍스를 황산 수용액으로 응고시켜 세척하고 건조하여 분말상태의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체를 수득하였다.
비교예 1
디엔계 고무 중합체 제조 시에 중합 전환율 55%인 시점에 3급 도데실머캅탄을 추가로 투입하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 분말상태의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체를 수득하였다.
비교예 2
디엔계 고무 중합체 제조 시에 중합 전환율 55%인 시점이 아닌 30%인 시점에 3급 도데실머캅탄 0.05 중량부를 추가로 투입한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 분말상태의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체를 수득하였다.
비교예 3
디엔계 고무 중합체 제조 시에 1차 중합의 반응 온도를 85℃로 조절하고, 2차 중합의 반응 온도를 서서히 하강시켜 70℃로 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 분말상태의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체를 수득하였다.
비교예 4
디엔계 고무 중합체 제조 시에 1차 중합의 반응 온도를 75℃로 조절하고, 2차 중합의 반응 온도를 1차 중합과 같은 75℃로 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 분말상태의 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체를 수득하였다.
실험예 1
상기 실시예 및 비교예 1 내지 4에서 제조한 각 디엔계 고무 중합체 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체의 물성을 비교분석하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1) 전환율(%)
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에서 제조한 각 디엔계 고무 중합체의 전환율을 측정하여 비교분석하였다.
2) 겔 함량(%) 및 팽윤지수
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에서 제조한 각 디엔계 고무 중합체의 겔 함량을 측정하여 비교분석하였다.
겔 함량은 상기 각 디엔계 고무 중합체 1 g에 톨루엔 100 g을 넣고 48시간 동안 실온의 암실에서 보관하였다. 상기 톨루엔에 녹지 않는 부분을 채취하여 하기의 식으로 계산하였다.
Figure 112014122012467-pat00001
Figure 112014122012467-pat00002

3) 프러러버(free rubber)의 분자량
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 각 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 분말에서 추출된 프리러버(가교되지 않아서 추출되어 나오는 부분)의 분자량 및 분자량 분포를 측정하였다.
분자량 및 분자량 분포는 상기 추출된 각 프리러버를 THF(tetrahydrofuran)에 용해하여 겔 침투 크로마노그래피(GPC) 분석기기를 이용하여 측정하였다.
4) 충격강도
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 각 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체의 충격강도 향상 효과를 분석하기 위하여, 각 공중합체의 충격강도를 측정하였다.
충격강도는 상기 각 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 27.5 중량부에 스티렌-아크릴레이트 공중합체(SAN, 92HR, LG 화학) 72.5 중량부를 혼합기에 넣어 혼합한 후 압출기를 이용하여 펠렛을 제조하여 측정하였다.
상기 각 펠렛을 1/4 인치 두께의 시험편으로 제조하고, ASTM D256에 의거하여 충격강도를 측정하였다.
구분 디엔계 고무 중합체 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌
공중합체
전환율
(%)		 반응시간
(hr)		 겔 함량(%) 팽윤지수 프리러버 분자량 프리러버
분자량 분포		 충격강도
실시예 1 93 21.5 79 17 31242 2.47 36
비교예 1 93 21 85 14 18590 1.81 32
비교예 2 93 22 81 16 28313 2.15 34
비교예 3 93 20 85 13 22307 2.09 31
비교예 4 86 28 74 18 33460 2.68 36
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법에 따르면 2 단계로 분리한 중합 반응 온도 조건 하에서, 2차 중합 반응 온도를 1차 중합 반응 온도인 70℃에서 80℃로 상승시키면서 중합 전환율 55% 시점에 3급 도데실머캅탄 0.05 중량부를 넣은 실시예 1의 경우가 3급 도데실머캅탄을 넣지 않은 비교예 1에 비해 93% 높은 전환율에서도 낮은 겔 함량, 높은 팽윤 지수, 높은 충격 강도를 보였다.
한편, 3급 도데실머캅탄을 30% 시점에 넣은 비교예 2의 경우 실시예 1에 비해 겔 함량, 팽윤 지수의 영향이 적었고, 충격 강도의 향상 정도가 낮았다. 한편, 반응 온도를 85℃에서 70℃로 하강시켰던 비교예 3의 경우 겔 함량이 낮아지지 않았고, 팽윤 지수도 올라가지 않았으며 충격 강도가 저하되었다. 반응 온도를 75℃로 일정하게 유지시킨 비교예 4 경우는 낮은 겔 함량 및 높은 팽윤 지수, 높은 충격 강도를 보였으나, 반응 시간 지연 낮은 중합 전환율을 보였다.

Claims (21)

  1. 공액디엔계 단량체 혼합물 50 중량부 내지 75 중량부, 유화제 1 중량부 내지 4 중량부 및 분자량 조절제 0.1 중량부 내지 0.5 중량부를 반응기에 투입하고 60℃ 내지 72℃의 온도조건하에서 1차 중합하는 단계 (단계 1);
    상기 단계 1의 중합 전환율이 10% 내지 40%인 시점에 공액디엔계 단량체 혼합물 25 중량부 내지 50 중량부를 0.5 내지 10시간 동안 연속투입하는 단계 (단계 2);
    중합 전환율이 55% 내지 70%인 시점에 0.01 중량부 내지 0.3 중량부의 분자량 조절제를 추가로 투입하면서 72℃ 내지 85℃의 온도조건 하에서 2차 중합하는 단계 (단계 3); 및
    상기 단계 2의 중합 전환율이 92% 이상인 시점에서 중합을 종료시키는 단계 (단계 4);를 포함하는 디엔계 고무 중합체의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계 1의 1차 중합은 이온교환수, 중합 개시제 및 전해질 중 적어도 하나 이상의 첨가제 존재 하에 수행하는 것을 특징으로 하는 디엔계 고무 중합체의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 공액디엔계 단량체 혼합물은 공액디엔계 단량체 단독으로 구성되는 것을 특징으로 하는 디엔계 고무 중합체의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 공액디엔계 단량체 혼합물은
    공액디엔계 단량체 55중량% 내지 99.7중량%;
    방향족 비닐계 단량체 0.1중량% 내지 40중량%; 및
    비닐시안계 단량체 0.1중량% 내지 40중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 디엔계 고무 중합체의 제조방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 공액디엔계 단량체는 1,3-부타디엔, 이소프렌, 클로로프렌 및 피퍼릴렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 디엔계 고무 중합체의 제조방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, α-메틸 스티렌, α-에틸 스티렌 및 p-메틸 스티렌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 디엔계 고무 중합체의 제조방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 비닐시안계 단량체는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 및 에타크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 디엔계 고무 중합체의 제조방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계 3)의 중합 종료는 중합 억제제를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 디엔계 고무 중합체의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
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