초록 : 국내 적용히드록시프로필 메틸셀룰로오스고중합도 PVC 생산에 수입산 대신 국산 히드록시프로필메틸셀룰로오스를 도입하였다. 두 종류의 히드록시프로필메틸셀룰로오스가 고중합도 PVC의 물성에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과, 수입산 히드록시프로필메틸셀룰로오스를 국산으로 대체하는 것이 타당함을 확인하였다.
고중합 PVC 수지는 평균 중합도가 1,700 이상이거나 분자 간에 약간의 가교 구조를 갖는 PVC 수지를 말하며, 이 중 평균 중합도가 2,500인 PVC 수지가 가장 흔하다[1]. 일반 PVC 수지에 비해 고탄성, 작은 압축 영구 변형률, 우수한 내열성, 내노화성, 내피로성 및 내마모성을 가지며, 고무 대체재로 이상적이며 자동차 씰링 스트립, 전선 및 케이블, 의료용 카테터 등에 사용될 수 있다[2].
고중합도 PVC의 생산 방법은 주로 현탁 중합입니다[3-4]. 현탁 중합법에서 분산제는 중요한 보조제이며, 분산제의 종류와 양은 최종 PVC 수지의 입자 형상, 입자 크기 분포, 그리고 가소제 흡수율에 직접적인 영향을 미칩니다. 일반적으로 사용되는 분산 시스템으로는 폴리비닐알코올 시스템과 히드록시프로필메틸셀룰로오스 및 폴리비닐알코올 복합 분산 시스템이 있으며, 국내 제조업체들은 대부분 후자를 사용합니다[5].
1 주요 원재료 및 사양
시험에 사용된 주요 원료 및 규격은 표 1에 나타내었다. 표 1을 통해 본 논문에서 선정한 국산 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 수입산 히드록시프로필메틸셀룰로오스와 일치함을 알 수 있으며, 이는 본 논문의 대체 시험에 대한 전제 조건을 제공한다.
2 테스트 내용
2. 1 히드록시프로필메틸셀룰로오스 용액의 제조
일정량의 탈이온수를 용기에 넣고 70°C로 가열한 후, 히드록시프로필메틸셀룰로오스를 계속 저어주면서 조금씩 첨가합니다. 셀룰로오스는 처음에는 물 위에 뜨다가, 점차 분산되어 균일하게 혼합됩니다. 용액을 표선까지 식힙니다.
표 1 주요 원재료 및 규격
| 원재료명 | 사양 |
| 염화비닐 단량체 | 품질 점수≥99.98% |
| 담수화된 물 | 전도도≤10. 0 μs/cm, pH 값 5. 00 ~ 9. 00 |
| 폴리비닐알코올 A | 알코올 분해도 78.5% ~ 81.5%, 회분 함량≤0.5%, 휘발분≤5.0% |
| 폴리비닐알코올 B | 알코올 분해도 71.0%~73.5%, 점도 4.5~6.5mPa·s, 휘발분≤5.0% |
| 폴리비닐알코올 C | 알코올 분해도 54.0% ~ 57.0%, 점도 800 ~ 1400mPa·s, 고형분 39.5% ~ 40.5% |
| 수입 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 A | 점도 40 ~ 60 mPa·s, 메톡실 질량 분율 28% ~ 30%, 하이드록시프로필 질량 분율 7% ~ 12%, 수분 ≤5.0% |
| 국내산 히드록시프로필메틸셀룰로오스 B | 점도 40 ~ 60 mPa·s, 메톡실 질량 분율 28% ~ 30%, 하이드록시프로필 질량 분율 7% ~ 12%, 수분 ≤5.0% |
| 비스(2-에틸헥실 퍼옥시디카보네이트) | 질량 분율 [ (45 ~ 50) ± 1] % |
2. 2 시험방법
10L 용량의 소형 시험 장치에서 수입 히드록시프로필메틸셀룰로오스를 사용하여 벤치마크 시험을 수행하여 소형 시험의 기본 조성을 결정하고, 수입 히드록시프로필메틸셀룰로오스를 국산 히드록시프로필메틸셀룰로오스로 대체하여 시험한다. 다양한 히드록시프로필메틸셀룰로오스로 생산된 PVC 수지 제품을 비교하여 국산 히드록시프로필메틸셀룰로오스의 대체 가능성을 검토한다. 소형 시험 결과에 따라 생산 시험을 수행한다.
2. 3 테스트 단계
반응 전에 중합 가마솥을 청소하고, 바닥 밸브를 닫고, 일정량의 탈염수를 첨가한 후 분산제를 첨가한다; 가마솥의 뚜껑을 닫고, 질소 압력 시험을 통과한 후 진공화한 후, 염화비닐 단량체를 첨가한다; 냉각 교반 후, 개시제를 첨가한다; 순환수를 이용하여 가마솥 내의 온도를 반응 온도까지 올리고, 이 과정 중에 중탄산암모늄 용액을 적시에 첨가하여 반응계의 pH 값을 조절한다; 반응 압력이 공식에 명시된 압력으로 떨어지면 종결제 및 소포제를 첨가하고, 원심분리 및 건조를 통해 PVC 수지의 완제품을 얻었고, 분석을 위해 샘플링했다.
2. 4 분석 방법
기업표준 Q31/0116000823C002-2018의 관련 시험방법에 따라 완성된 PVC수지 100g의 점도수, 겉보기밀도, 휘발분(물 포함), 가소제 흡수율을 시험하여 분석하였다. PVC수지의 평균입자크기를 시험하였으며, PVC수지 입자의 형태는 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였다.
3 결과 및 논의
3. 1 소규모 중합에서 PVC 수지의 다양한 배치의 품질 비교 분석
2. 4에 기술된 시험 방법에 따라 소규모 완성 PVC 수지의 각 배치를 시험하였으며, 그 결과는 표 2에 나타나 있다.
표 2 다양한 배치의 소규모 테스트 결과
| 일괄 | 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스 | 겉보기 밀도/(g/mL) | 평균 입자 크기/μm | 점도/(mL/g) | 100g PVC수지/g의 가소제 흡수율 | 휘발성 물질/% |
| 1# | 수입 | 0.36 | 180 | 196 | 42 | 0.16 |
| 2# | 수입 | 0.36 | 175 | 196 | 42 | 0.20 |
| 3# | 수입 | 0.36 | 182 | 195 | 43 | 0.20 |
| 4# | 국내의 | 0.37 | 165 | 194 | 41 | 0.08 |
| 5# | 국내의 | 0.38 | 164 | 194 | 41 | 0.24 |
| 6# | 국내의 | 0.36 | 167 | 194 | 43 | 0.22 |
표 2에서 볼 수 있듯이, 소량의 시험에 다양한 셀룰로스를 사용하였기 때문에 얻어진 PVC수지의 겉보기 밀도, 점도수, 가소제 흡수율은 비교적 비슷하였고, 국산 하이드록시프로필 메틸셀룰로스 배합을 사용하여 얻은 수지제품의 평균 입자크기는 약간 작았다.
그림 1은 다양한 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스를 사용하여 얻은 PVC 수지 제품의 SEM 이미지를 보여줍니다.
(1)—수입된 히드록시프로필메틸셀룰로오스
(2)—국내산 히드록시프로필메틸셀룰로오스
그림 1. 다양한 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스 존재 하에 10L 중합기에서 제조된 수지의 SEM
그림 1에서 볼 수 있듯이, 다양한 셀룰로스 분산제에 의해 생성된 PVC 수지 입자의 표면 구조는 비교적 유사합니다.
결론적으로, 본 논문에서 시험한 국산 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 수입 히드록시프로필메틸셀룰로오스를 대체할 수 있는 타당성이 있음을 알 수 있다.
3. 2 고중합도 PVC수지의 생산시험 품질 비교 분석
생산 시험의 높은 비용과 위험성으로 인해, 소량 시험의 완전한 대체 방안을 직접 적용할 수 없습니다. 따라서, 제형 내 국산 히드록시프로필메틸셀룰로오스의 비율을 점진적으로 증가시키는 방안을 채택했습니다. 각 배치별 시험 결과는 표 3에 제시되어 있습니다.
표 3 다양한 생산 배치의 테스트 결과
| 일괄 | M(국산 히드록시프로필메틸셀룰로오스):M(수입 히드록시프로필메틸셀룰로오스) | 겉보기 밀도/(g/mL) | 점도수/(mL/g) | 100g PVC수지/g의 가소제 흡수율 | 휘발성 물질/% |
| 0# | 0:100 | 0.45 | 196 | 36 | 0.12 |
| 1# | 1.25:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.11 |
| 2# | 1.25:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.13 |
| 3# | 1.25:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.10 |
| 4# | 2.50:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.12 |
| 5# | 2.50:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.14 |
| 6# | 2.50:1 | 0.45 | 196 | 36 | 0.18 |
| 7# | 100:0 | 0.45 | 196 | 36 | 0.11 |
| 8# | 100:0 | 0.45 | 196 | 36 | 0.17 |
| 9# | 100:0 | 0.45 | 196 | 36 | 0.14 |
표 3에서 알 수 있듯이, 국산 히드록시프로필메틸셀룰로오스 사용량은 점진적으로 증가하여 모든 배치의 국산 히드록시프로필메틸셀룰로오스가 수입 히드록시프로필메틸셀룰로오스를 대체했습니다. 가소제 흡수율과 겉보기 밀도와 같은 주요 지표는 큰 변동이 없었으며, 이는 본 논문에서 선정한 국산 히드록시프로필메틸셀룰로오스가 생산 과정에서 수입 히드록시프로필메틸셀룰로오스를 대체할 수 있음을 시사합니다.
4 결론
국내 시험히드록시프로필 메틸 셀룰로스10L 소형 시험 장치에서는 수입 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 대체할 수 있는 타당성이 있음을 보여줍니다. 생산 대체 시험 결과, 국산 히드록시프로필 메틸셀룰로오스가 PVC 수지 생산에 사용되었으며, 완제품 PVC 수지의 주요 품질 지표와 수입 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 간에는 유의미한 차이가 없었습니다. 현재 시중에서 국산 셀룰로오스의 가격은 수입 셀룰로오스보다 낮습니다. 따라서 국산 셀룰로오스를 생산에 사용한다면 생산 원가를 크게 절감할 수 있습니다.
게시 시간: 2024년 4월 25일