환경친화적 LE-형 비이온계면활성제를 사용한 반연속식 말브틸-아크릴레이트/메틸메타-아크릴레이트 유화중합에 관한 연구

Semi-continuous Emulsion Polymerization of n-Butyl acrylate/Methyl metacrylate using Environmental-Friendly LE-Type Nonionic Surfactant

본 연구는 환경친화적인 선형 비이온 계면활성제인 LE-형유화제를 사용하여 점착성분의 단량체로 노말부틸 아크릴레이트 (n-butyl acrylate, n-BA)와 응집성분의 단량체로 메틸메타 아크릴레이트 (methyl metacrylate, MMA)를 사용하여, 폴리머 시멘트용 아크릴계 에멀젼 수지를 제조하기 한 최적조건을 얻기 위해 수용액상에서 유화중합을 실시하였다. 실험결과, 사용한 계면활성제 (LE-형)의 친수성인 체인 길이(n)의 값이 증가할수록 응석의 발생이 줄어들어 안정한 폴리머 에멀젼을 얻을 수 있었다. 최종 폴리머 에멀젼의 농도는 이 계면활성제의 사용량을 증가시킴에 따라 증가하다가 어느 농도 이상에서 응석의 발생이 거의 없는 폴리머 에멀젼을 얻을 수 있었으며, 반면에 평균 입자크기도 사용량에 따라 작아지다가 250 nm로 일정한 크기를 나타내었다. 또한 기능성 폴리머로서 보조모노머의 첨가는 최종 폴리머 에멀젼의 응석과 입자크기에 크게 영향을 미쳤는데, 주 모노머에 보조 모노머인 아크릴산 (acrylic acid, AA)과 아크릴 아마이드 (acrylic amide, AM)의 혼합하여 첨가한 경우, 첨가하지 않은 경우에 비해 응석의 발생이 줄어들어 안정한 폴리머 에멀젼을 얻을 수 있었다. 최적조건에서 어진 아크릴 폴리머 에멀젼은 평균 입자크기 200-300 nm, 제타전위 (zeta potential)값 -50 mv 정도였으며, 단일 유리전이온도 (glass temperature, Tg)를 가진 고분자 나노 입자가 수용액상에 잘 분산되어 있음을 알 수 있었다. 따라서 중합조건을 최적화시켜 안정된 폴리머 에멀젼을 얻을 있었다.

In this study, semibatch emulsion copolymerization of n-BA as adhesive component and MMA as coagulant component were carried out for the stable acrylic polymer latex in aqueous phase for polymer cement using LE-type nonionic surfactant as environmental friendly surfactant. The stable polymer emulsion was obtained with the increases of chain length(n) of this surfactant. The effect on the amount of LE-50 as nonionic surfactant were showed that the concentration of polymer latex were increased by increasing the amount of LE-50, whereas the average particle size were decreased by increasing the amount. The addition of functional monomer in initial reactor charge showed a significant effect on the final polymer concentration and the latex particle size. The single polymerization of each n-BA or MMA showed a very low concentration of polymer latex and very big particle size due to coagulation. In the polymerization composed of mixed monomer with MMA and n-BA, the larger the ratio of MMA to n-BA in the copolymers, the greater the amount of coagulum produced. It was found that a stable copolymers were obtained in the range of 15-35 % of n-BA. Moreover, incorporation of some functional monomers in addition to of main monomers became more stable polymer latex. Through DSC and IR analysis, the final polymer latex was composed by MMA/n-BA/AA/AM with a single Tg depending on the reaction conditions. As a result, the conditions of this acrylic polymerization could also be effectively controlled to get the desired final products.