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JP2020530047A - 洗浄液組成物及びこれを利用した重合装置の洗浄方法 - Google Patents

洗浄液組成物及びこれを利用した重合装置の洗浄方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、洗浄液組成物に係り、より詳しくは、化学式1で表される遷移金属化合物(発明の説明を参照)及び炭化水素系溶媒を含む洗浄液組成物及びこれを利用した重合装置の洗浄方法を提供する。

Description

本出願は、2017年10月31日付韓国特許出願第10‐2017‐0143126号及び2018年8月28日付韓国特許出願第10−2018−0101358号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は本明細書の一部として組み込まれる。
本発明は、洗浄液組成物に係り、より詳しくは、洗浄液組成物及びこれを利用した重合装置の洗浄方法に関する。
ジエン(diene)を含む単量体から高分子量の重合体を重合するために、高分子量の重合体を製造しやすい溶液重合(solution polymerization)方法が主に利用されている。例えば、SSBR(solution styrene butadiene rubber)、BR(butadiene rubber)及びSBS(styrene butadiene styrene block copolymer)などの高分子量の重合体が上記溶液重合(solution polymerization)方法を利用して重合される。
しかし、上記溶液重合方法を利用して高分子量の重合体を重合する時、重合反応器の内部に高分子量の重合体が蓄積されて重合反応器内の熱交換効率が低下され、蓄積された高分子量の重合体によって重合反応器内部の体積が減少することで生産性が低下し、蓄積された重合体が重合反応器の下端に流入されて反応物の移送を遮断する問題がある。
ここで、上記のような問題を解決するために、周期的に反応器内部に人力が直接投入され、高圧の水で蓄積された高分子量の重合体を物理的に取り除くジェット‐クリーニング(jet−cleaning)を実施するが、上記ジェット‐クリーニングの時、平均5日間の除去時間が必要であり、該当時間の間に該当重合反応器を含む生産設備が全て稼動中止となって生産性に非常に大きい影響を及ぼし、人力が重合反応器内部に直接投入されるので安全事故の発生可能性が常時存在し、ジェット‐クリーニングの時に水を利用するので、洗浄完了後に溶液重合、特に陰イオン重合を再開するために、さらに水気除去過程などの必要という問題がある。
よって、重合反応器の内部に蓄積された高分子量の重合体を取り除くための方法としてジェット‐クリーニングのような物理的方式の代わりに、生産性と安全性をいずれも確保することができる洗浄方法が求められている。ここで、本発明では蓄積されたゴムを取り除くことができる触媒を活用する化学的方法を提示する。
本発明で解決しようとする課題は、上記発明の背景となる技術で言及した問題を解決するために、重合反応器内部に蓄積された高分子量の重合体を物理的方式ではなく、洗浄液組成物を利用して化学的方式で取り除くことである。
すなわち、本発明は上記従来技術の問題点を解決するために案出されたことで、重合装置を洗浄するための洗浄液組成物を重合反応器に投入し、重合装置内で蓄積された高分子量の重合体を分解して化学的方式で取り除くので、人力を直接投入することに対する安全性を確保し、重合装置の洗浄時間を節減して生産性を確保することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の一実施例によると、本発明は下記化学式1で表される遷移金属化合物及び炭化水素系溶媒を含む洗浄液組成物及び炭化水素系溶媒を含む洗浄液組成物を提供する:
上記化学式1において、Mはルテニウムまたはオスミウムであってもよく、R及びRはそれぞれ独立的に水素原子、または下記化学式2で表される置換基であるが、少なくとも1個以上は下記化学式2で表される置換基であってもよく、X及びXはそれぞれ独立的にハロゲン原子であってもよく、Phはフェニル基であってもよく、
上記化学式2において、R及びRはそれぞれ独立的に炭素数1ないし10のアルキル基であるか;またはR及びRは互いに連結されて飽和または不飽和5員環を形成することができる。
また、本発明は重合装置内のジエン系重合体を炭化水素系溶媒で膨潤させる段階(S10);及び上記(S10)段階で膨潤されたジエン系重合体の存在下で、上記洗浄液組成物及びビニル系単量体を投入して撹拌させ、上記ジエン系重合体をオリゴマー化させる段階(S20)を含む重合装置の洗浄方法を提供する。
本発明による洗浄液組成物を利用して重合装置を洗浄する場合、重合装置内で蓄積された高分子量の重合体を化学的方式で取り除くことができ、これによって人力を直接投入することによる安全性に対する問題がなく、早い時間内で洗浄可能であり、重合反応器の再稼動時間を縮めて生産性を向上させる効果がある。
本発明の実施例2、3及び比較例1によって製造された洗浄液組成物を利用してゴムを分解及びろ過させた後、溶液内に残留するオリゴマーをゲル透過クロマトグラフィーで測定した重量平均分子量グラフである。
本発明の説明および特許請求の範囲で使用された用語や単語は、通常的や辞書的な意味で限定して解釈してはならず、発明者は自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則って、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈すべきである。
以下、本発明に対して理解しやすくするために本発明をより詳しく説明する。
本発明によると、上記言及した問題を解決するための洗浄液組成物が提供される。本発明の一実施例によると、上記洗浄液組成物は下記化学式1で表される遷移金属化合物及び炭化水素系溶媒を含む洗浄液組成物であってもよい。
上記化学式1において、Mはルテニウムまたはオスミウムであってもよく、R及びRはそれぞれ独立的に水素原子、または下記化学式2で表される置換基であるが、少なくとも1個以上は下記化学式2で表される置換基であってもよく、X及びXはそれぞれ独立的にハロゲン原子であってもよく、Phはフェニル基であってもよく、
上記化学式2において、R及びRはそれぞれ独立的に炭素数1ないし10のアルキル基であるか;またはR及びRは互いに連結されて飽和または不飽和の5員環を形成することができる。
本発明の一実施例による洗浄液組成物に含まれる上記化学式1で表される遷移金属化合物は、重合装置内で蓄積された高分子量の重合体を分解するための遷移金属化合物であってもよく、具体例として重合装置内で蓄積された高分子量の重合体内に存在する反復単位の中で炭素‐炭素二重結合(C‐C double bonding)を分解及び再結合させるオレフィン交差複分解(olefin cross metathesis)を行い、高分子量の重合体を分子量の低いオリゴマー(oligomer)に分解するための触媒であってもよい。つまり、本発明の一実施例による洗浄液組成物は、洗浄液触媒組成物であってもよい。上記化学式1で表される遷移金属化合物を重合体を分解するための触媒で利用する場合、化学的安定性に優れ、重合体内に存在する反復単位の中で炭素‐炭素二重結合を除いた他の作用基及び置換基に対する影響が少ないため、重合装置を洗浄する時の洗浄効率に優れ、安定的に洗浄可能な効果がある。
本発明における水素原子、ハロゲン原子などのように、化合物内に含まれる「原子」は原子自体を意味してもよく、共有結合をなすラジカル、または配位結合をなすリガンドを意味してもよい。つまり、本発明の一実施例によると、上記水素原子は水素ラジカルを意味してもよく、上記ハロゲン原子はハロゲンリガンドを意味してもよい。ここで、上記ハロゲン原子は、F、Cl、Br及びIからなる群から選択された1種のハロゲン原子を意味する。
本発明における用語「飽和または不飽和の5員環」は、化学式2で表されたN原子を含み、5原子で形成された飽和または不飽和の環基を意味してもよく、飽和の環基は環内二重結合(double bonding)が存在しないことを意味してもよく、不飽和の環基は環内二重結合(double bonding)が1個以上存在することを意味してもよい。ここで、上記飽和または不飽和の5員環は、5員環を形成する原子が化学式2で表された窒素(N)原子を除いて全て炭素原子であってもよく、または炭素原子以外に酸素(O)、窒素(N)及び硫黄(S)からなる群から選択された1種以上のヘテロ原子をさらに含むものであってもよい。また、上記飽和または不飽和の5員環は、1価炭化水素基、またはヘテロ原子を含む1価炭化水素基などのような置換基で置換または非置換されたものであってもよい。
本発明の一実施例によると、上記化学式1で表される遷移金属化合物は具体例として、上記化学式1において、Mがルテニウムまたはオスミウムであってもよく、R及びRがそれぞれ独立的に上記化学式2で表される置換基であってもよく、X及びXはClまたはBrであってもよく、上記化学式2において、R及びRはそれぞれ独立的に炭素数1ないし5のアルキル基であるか;またはR及びRは互いに連結されて飽和または不飽和の5員環を形成するものであってもよい。より具体的な例として、上記化学式1で表される遷移金属化合物は、上記化学式1において、Mがルテニウムであってもよく、R及びRはそれぞれ独立的に上記化学式2で表される置換基であってもよく、X及びXはClであってもよく、上記化学式2において、R及びRは互いに連結されて飽和または不飽和の5員環を形成するものであってもよい。
また、本発明の一実施例によると、上記化学式1で表される遷移金属化合物は下記化学式3で表される遷移金属化合物であってもよい。
上記化学式3において、Mはルテニウムまたはオスミウムであってもよく、R及びRはそれぞれ独立的に水素原子、または下記化学式2で表される置換基であるが、少なくとも1個以上は下記化学式2で表される置換基であってもよく、Phはフェニル基であってもよく、
上記化学式2において、R及びRはそれぞれ独立的に炭素数1ないし10のアルキル基であるか;またはR及びRは互いに連結されて飽和または不飽和の5員環を形成することができる。
また、具体例として、上記化学式3で表される遷移金属化合物は、上記化学式3において、Mがルテニウムまたはオスミウムであってもよく、R及びRがそれぞれ独立的に上記化学式2で表される置換基であってもよく、X及びXはClまたはBrであってもよく、上記化学式2において、R及びRはそれぞれ独立的に炭素数1ないし5のアルキル基であるか;またはR及びRは互いに連結されて飽和または不飽和の5員環を形成するものであってもよい。より具体的な例として、上記化学式3で表される遷移金属化合物は、上記化学式3において、Mがルテニウムであってもよく、R及びRはそれぞれ独立的に上記化学式2で表される置換基であってもよく、X及びXはClであってもよく、上記化学式2において、R及びRは互いに連結されて飽和または不飽和の5員環を形成するものであってもよい。この場合、オレフィン交差複分解(olefin cross metathesis)の効率に優れて、より少ない量でも重合装置を洗浄することが可能で、安定的な洗浄が可能であり、洗浄完了後、重合再開時までの前処理段階時間を節減することができる効果がある。
より具体的な例として、上記化学式3で表される遷移金属化合物は、下記化学式3‐1ないし3‐8で表される遷移金属化合物であってもよい。
上記化学式3‐1ないし3‐8において、Mはルテニウムで、Phはフェニル基であり、Meはメチルギで、Etはエチル基で、Prはプロピル基で、Buはブチル基である。
一方、本発明の一実施例による上記化学式1または化学式3で表される遷移金属化合物の置換基である化学式2で表される置換基は、R及びRはそれぞれ独立的に炭素数1ないし10のアルキル基であるか;またはR及びRが互いに連結されて飽和または不飽和の5員環を形成することができるが、この場合、アミノ基の窒素原子、または飽和または不飽和の5員環の窒素原子に電子密度を変化させて中心金属の電子密度を調節することができる効果があり、これによって重合装置の洗浄能力が調節される効果がある。
本発明の一実施例によると、上記洗浄液組成物は上記化学式1で表される遷移金属化合物を2種以上含むものであってもよい。この場合、2種以上の化合物の間の組み合わせによって複分解反応の反応性が向上される効果がある。具体的に、上記化学式1で表される遷移金属化合物を2種含む場合、1種の遷移金属化合物は数百万単位の重量平均分子量を有する重合体を数十万単位に複分解し、他の1種の遷移金属化合物は上記複分解された数十万単位の重量平均分子量を有する重合体を数千単位の重量平均分子量を有する重合体に複分解することが可能であるため、複分解反応の反応性が向上される効果がある。
また、本発明の一実施例による洗浄液組成物は、上記記載された遷移金属化合物が炭化水素系溶媒に溶解された状態で存在する溶液(solution)形態の組成物であってもよい。この時、上記炭化水素系溶媒は、溶液を重合する時一般的に利用される炭化水素系溶媒であってもよく、具体例として、芳香族炭化水素溶媒であってもよく、より具体的な例として、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン及びキシレンなどからなる群から選択された1種以上の溶媒であってもよい。この場合、上記遷移金属化合物の溶解または分散が容易で、溶液を重合する時に利用される炭化水素系溶媒と性質を同一にして洗浄後、重合装置内に一部溶媒が残留しても溶液の重合に及ぼす影響を最小化する効果がある。
本発明の一実施例によると、上記洗浄液組成物の全体含量に対して上記化学式1で表される遷移金属化合物の含量は0.1重量%ないし10重量%、0.1重量%ないし5重量%、または0.1重量%ないし1重量%であってもよく、この範囲内でオレフィン交差複分解(olefin cross metathesis)の効率に優れて、より少ない量でも重合装置の洗浄が可能であり、安定的な洗浄が可能で、洗浄を完了した後、重合再開時までの前処理段階の時間を節減させることができる効果がある。
一方、本発明の一実施例によると、上記洗浄液組成物を製造するための製造方法が提供される。洗浄液組成物の製造方法は、下記化学式4及び化学式5で表される化合物を第1炭化水素系溶媒に投入して撹拌させる段階(S1);上記(S1)段階の撹拌中に下記化学式6で表される遷移金属化合物を投入して撹拌させる段階(S2);上記(S2)の撹拌を完了した後、第2炭化水素系溶媒を投入する段階(S3);上記(S3)段階による沈殿物をろ過して下記化学式1で表される遷移金属化合物を収得する段階(S4);及び上記(S4)段階で収得された遷移金属化合物を第3炭化水素系溶媒に投入する段階(S5)を含むことができる。
上記化学式4及び5において、R及びRはそれぞれ独立的に水素原子、または下記化学式2で表される置換基であるが、少なくとも1個以上は下記化学式2で表される置換基であってもよく、
上記化学式2において、R及びRはそれぞれ独立的に炭素数1ないし10のアルキル基であるか;またはR及びRは互いに連結されて飽和または不飽和の5員環を形成することができるし、
上記化学式6において、Mはルテニウムまたはオスミウムであってもよく、X及びXはそれぞれ独立的にハロゲン原子であってもよく、Phはフェニル基であってもよく、Cyは炭素数5ないし10の脂肪族、または芳香族炭化水素環基であってもよく、
上記化学式1において、Mはルテニウムまたはオスミウムであってもよく、R及びRはそれぞれ独立的に水素原子、または下記化学式2で表される置換基であるが、少なくとも1個以上は下記化学式2で表される置換基であってもよく、X及びXはそれぞれ独立的にハロゲン原子であってもよく、Phはフェニル基であってもよく、
上記化学式2において、R及びRはそれぞれ独立的に炭素数1ないし10のアルキル基であるか;またはR及びRは互いに連結されて飽和または不飽和の5員環を形成することができる。
本発明の一実施例によると、上記洗浄液組成物の製造方法に記載された各化合物の置換基は、上記洗浄液組成物に記載された各化合物の置換基と同一な置換基であってもよい。
本発明の一実施例によると、上記第1炭化水素系溶媒は芳香族炭化水素溶媒であってもよく、第2炭化水素系溶媒は脂肪族炭化水素溶媒であってもよく、第3炭化水素系溶媒は溶液重合時に一般的に利用される炭化水素系溶媒であってもよく、具体例として、芳香族炭化水素溶媒であってもよく、より具体的な例として、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン及びキシレンなどからなる群から選択された1種以上の溶媒であってもよい。
本発明の一実施例によると、上記洗浄液組成物はビニル系単量体を含むものであってもよい。
具体例として、上記ビニル系単量体は炭素数2ないし10のオレフィン単量体、共役ジエン系単量体及び芳香族ビニル系単量体からなる群から選択された1種以上であってもよく、具体例として上記炭素数2ないし10のオレフィン単量体は単一置換されたアルケン(alkene)であるエテン、プロペン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン及びデセンからなる群から選択された1種以上であってもよく、上記共役ジエン系単量体は、1,3‐ブタジエン、2,3‐ジメチル‐1,3‐ブタジエン、ピペリレン、3‐ブチル‐1,3‐オクタジエン、イソプレン、2‐フェニル‐1,3‐ブタジエン及び2‐ハロ‐1,3‐ブタジエン(ハロはハロゲン原子を意味する)からなる群から選択された1種以上であってもよく、上記芳香族ビニル系単量体は、スチレン、α‐メチルスチレン、3‐メチルスチレン、4‐メチルスチレン、4‐プロピルスチレン、1‐ビニルナフタレン、4‐シクロヘキシルスチレン、4‐(p‐メチルフェニル)スチレン及び1‐ビニル‐5‐ヘキシルナフタレンからなる群から選択された1種以上であってもよい。
本発明の一実施例によると、上記ビニル系単量体は2種以上のビニル系単量体を含むものであってもよい。この場合、2種以上のビニル系単量体の間の反応性の差によって、複分解反応の反応性の向上される効果がある。
上記のように、本発明によって洗浄液組成物を製造する場合、高い収率で本発明による洗浄液組成物を製造できる効果がある。
また、本発明によると上記洗浄液組成物を利用して重合装置を洗浄することができる重合装置の洗浄方法が提供される。本発明の一実施例によると、上記重合装置の洗浄方法は、重合装置内のジエン系重合体を炭化水素系溶媒で膨潤させる段階(S10);及び上記(S10)段階で膨潤されたジエン系重合体の存在下で、上記記載された洗浄液組成物及びビニル系単量体を投入して撹拌させ、上記ジエン系重合体をオリゴマー化させる段階(S20)を含むことができる。このような重合装置の洗浄方法によって重合装置を洗浄する場合、重合装置内で蓄積された高分子量の重合体を化学的方式で取り除くことができ、これによって人力を直接投入することによる安全性に対する問題がなく、早い時間内で洗浄可能であり、重合反応器の再稼動時間を縮めて生産性を向上させる効果がある。
本発明の一実施例によると、重合装置内の蓄積された上記ジエン系重合体は、ジエン系単量体から来由された反復単位を含む重合体、または共重合体であってもよく、具体例として、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン‐ブタジエンゴム及びスチレン‐ブタジエン‐スチレンブロック共重合体からなる群から選択された1種であってもよい。
一方、上記(S10)段階の膨潤は、重合装置内の蓄積、つまり、重合装置の壁面または撹拌装置などを始め、重合装置内に固着されたジエン系重合体を炭化水素系溶媒で膨潤させ、洗浄液組成物内の遷移金属化合物の接近の容易性を向上させるための段階であってもよい。本発明の一実施例によると、上記(S10)段階の膨潤は50℃ないし100℃、または60℃ないし90℃で実施されてもよく、この範囲内で重合装置内の蓄積されたジエン系重合体の膨潤が最大化される効果がある。
本発明の一実施例によると、上記(S10)段階で重合装置内のジエン系重合体を炭化水素系溶媒で膨潤させた後、次いで膨潤されたジエン系重合体をオリゴマー化させるために、洗浄液組成物及びビニル系単量体を投入して撹拌させる段階(S20)が実施されてもよい。上記洗浄液組成物は、上述したように、膨潤されたジエン系重合体に対して、重合体内に存在する反復単位の中で炭素‐炭素二重結合(C‐C double bonding)を分解及び再結合させるオレフィン交差複分解(olefin cross metathesis)を行い、高分子量の重合体を分子量が低いオリゴマー(oligomer)に分解するための触媒としての役目をすることができる。
一方、上記オレフィン交差複分解を通じて重合体をオリゴマー化するためには、ジエン系重合体内に存在する炭素‐炭素二重結合以外に、アルケン(alkene)で表される炭素‐炭素二重結合を含む別途化合物が一緒に投入される必要がある。これによって、本発明の一実施例によると、炭素‐炭素二重結合を含む化合物としてビニル系単量体が洗浄液組成物に含まれて投入されることができる。
上記ビニル系単量体は、一例として炭素数2ないし10のオレフィン単量体、共役ジエン系単量体及び芳香族ビニル系単量体からなる群から選択された1種以上であってもよく、具体例として上記炭素数2ないし10のオレフィン単量体は、単一置換されたアルケン(alkene)であるエテン、プロペン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン及びデセンからなる群から選択された1種以上であってもよく、上記共役ジエン系単量体は1,3‐ブタジエン、2,3‐ジメチル‐1,3‐ブタジエン、ピペリレン、3‐ブチル‐1,3‐オクタジエン、イソプレン、2‐フェニル‐1,3‐ブタジエン及び2‐ハロ‐1,3‐ブタジエン(ハロはハロゲン原子を意味する)からなる群から選択された1種以上であってもよく、上記芳香族ビニル系単量体は、スチレン、α‐メチルスチレン、3‐メチルスチレン、4‐メチルスチレン、4‐プロピルスチレン、1‐ビニルナフタレン、4‐シクロヘキシルスチレン、4‐(p‐メチルフェニル)スチレン及び1‐ビニル‐5‐ヘキシルナフタレンからなる群から選択された1種以上であってもよい。
本発明の一実施例によると、上記(S20)段階で、ビニル系単量体は2種以上投入されてもよい。この場合、2種以上のビニル系単量体の間の反応性の差によって複分解反応の反応性が向上される効果がある。具体的に、上記化学式1で表される遷移金属化合物を2種で含む時、ビニル系単量体を2種投入すると、1種のビニル系単量体は上記2種の遷移金属化合物の中で、1種の遷移金属化合物との高い複分解効率によって初期反応性を向上させ、他の1種のビニル系単量体は他の1種の遷移金属化合物との高い反応性によって中期及び後期の反応性を向上させ、全体的な複分解反応の反応性を向上させる効果がある。
本発明の一実施例によると、上記(S20)段階の撹拌は1時間ないし24時間、3時間ないし24時間、3時間ないし6時間、または12時間ないし24時間実施されてもよく、この範囲内で洗浄液組成物の効率を最大化して、残った付随的な堆積物を形成せずにジエン系重合体をオリゴマー化することができる効果がある。
具体例として、上記(S20)段階の撹拌は、投入される遷移金属化合物の種類によって決定されてもよく、初期反応速度が高い遷移金属化合物が投入される場合、速い洗浄のために3時間ないし6時間実施されてもよい。
本発明の一実施例によると、上記のように変更されたオリゴマーは反応器の洗浄に適用された炭化水素溶液に溶解されて存在するようになって、上記炭化水素溶液が重合装置から排出される時一緒に排出される。
また、本発明の一実施例によると、上記洗浄液組成物は重合装置内で蓄積されたジエン系重合体100g当たり洗浄液組成物内の遷移金属化合物0.001mmolないし1mmol、0.01mmolないし0.5mmol、または0.05mmolないし0.3mmolの当量で投入されてもよく、この範囲内でオレフィン交差複分解(olefin cross metathesis)の効率に優れ、より少ない量でも重合装置を洗浄することが可能で、安定的な洗浄が可能であり、洗浄完了後、重合再開時までの前処理段階時間を節減することができる効果がある。
また、本発明の一実施例によると、上記洗浄液組成物は重合装置内で蓄積されたジエン系重合体100g当たり洗浄液組成物内の遷移金属化合物1mgないし100mg、10mgないし100mg、または30mgないし70mgの当量で投入されてもよく、この範囲内でオレフィン交差複分解(olefin cross metathesis)の効率に優れ、より少ない量でも重合装置を洗浄することが可能で、安定的な洗浄が可能であり、洗浄完了後、重合再開時までの前処理段階の時間を節減することができる効果がある。
また、本発明の一実施例によると、上記ビニル系単量体は、重合装置内で蓄積されたジエン系重合体100g当たり1mlないし100ml、5mlないし50ml、または5mlないし30mlの当量で投入されてもよく、この範囲内でジエン系重合体をより小さい重量平均分子量を有するオリゴマーにオリゴマー化することができる効果がある。
一方、本発明の一実施例によると、上記ジエン系重合体、つまり重合装置内で蓄積されたジエン系重合体は重量平均分子量が30,000g/molないし100,000,000g/mol、50,000g/molないし80,000,000g/mol、または100,000g/molないし50,000,000g/molのものであってもよく、上記重合装置の洗浄方法によってオリゴマー化されたジエン系オリゴマーは、重量平均分子量が100g/molないし10,000g/mol、100g/molないし8,000g/mol、または100g/molないし5,000g/molであってもよく、この範囲内でより多くの量のジエン系重合体の除去が可能で洗浄効率が高く、洗浄が完了された後で重合装置内の溶媒とともに排出しやすい効果がある。
一方、本発明の一実施例によると、上記(S20)段階でオリゴマー化されたオリゴマーは、溶媒とオリゴマーを分離するために別途分離装置及び蒸溜装置に移送された後、分離段階及びストリッピング段階を通じて取り除くことができる。
以下、実施例によって本発明をより詳しく説明する。しかし、下記実施例は本発明を例示するためのものであって、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で様々な変更及び修正が可能であることは通常の技術者にとって自明なことであり、これらのみで本発明の範囲が限定されることではない。
製造例
下記製造例1ないし7の合成は、標準Schlenk技術を利用して窒素またはアルゴン気体雰囲気で実施し、酸素濃度が2ppm未満の窒素が充填されたグローブボックス(Glovebox)を利用した。トルエン及びノルマルヘキサンなど使用されたすべての溶媒は、溶媒精製カラムを通過させて無水溶媒を製造して使用し、反応物が液体の場合はCaHを使用して精製し、反応物が固体の場合は溶媒に溶解させた後でCaHで精製した。合成が完了された後、沈澱及びろ過して収得した固体の生成物は、脂肪族炭化水素溶媒で3回洗浄し、減圧乾燥させて最終生成物を収得した。合成された化合物に対するH NMRは499.85MHzのVarian Mercury500を利用してCDClに溶解させて測定した。
製造例1
250mlのフラスコに下記化学式4‐1で表される化合物11.8gをトルエン100mlに入れた後、1時間撹拌した。上記撹拌中の溶液相に下記化学式6‐1で表される化合物20gを投入して常温で3時間撹拌した。撹拌後、フラスコ内の反応溶液が赤色から淡い緑色に変わると、ノルマルヘキサンを投入して淡い緑色の化合物を沈澱させた。沈澱された化合物をろ過した後、減圧乾燥させて92%の収率で下記化学式4‐1で表される化合物がルテニウムに配位された下記化学式3‐1で表される遷移金属化合物を収得した。
上記化学式6‐1において、Mはルテニウムである。
上記化学式3‐1において、Mはルテニウムである。
H NMR(CDCl,500MHz)δ19.10(s,1H)、8.18(d,2H)、7.64(d,2H)、7.48(t,11H)、7.38(d,2H)、7.08(t,2H)、7.00(broad s,2H)、6.77(broad s,2H)、6.49(d,2H)、6.15(d,2H)、4.07(broad d,4H)、2.98(s,6H)、2.88(s,6H)、2.61‐2.21(18H)。
製造例2
250mlのフラスコに下記化学式4‐7で表される化合物14gをトルエン100mlに入れた後、1時間撹拌した。上記撹拌中の溶液相に下記化学式6‐1で表される化合物を20gを投入し、常温で12時間撹拌した。撹拌後、フラスコ内の反応溶液が赤色から淡い緑色に変わると、ノルマルヘキサンを投入して緑色の化合物を沈澱させた。沈澱された化合物をろ過した後、減圧乾燥させて87%の収率にする化学式4‐7で表される化合物がルテニウムに配位された下記化学式3‐7で表される遷移金属化合物を収得した。
上記化学式6‐1において、Mはルテニウムである。
上記化学式3‐7において、Mはルテニウムである。
H NMR(CDCl,500MHz)δ19.05(s,1H)、8.31(d,2H)、7.63(d,2H)、7.48(t,11H)、7.34(d,2H)、7.09(t,2H)、7.02(broad s,2H)、6.78(broad s,2H)、6.37(d,2H)、6.05(d,2H)、4.07(broad d,4H)、3.30(m,4H)、3.19(m,4H)、2.61‐2.21(18H)、2.02(m,4H)、1.94(m,4H)。
製造例3
250mlのフラスコに下記化学式4‐8で表される化合物14gをトルエン100mlに入れた後、1時間撹拌した。上記撹拌中の溶液相に下記化学式6‐1で表される化合物を20gを投入し、常温で12時間撹拌した。撹拌後、フラスコ内の反応溶液が赤色から淡い緑色に変わると、ノルマルヘキサンを投入して緑色の化合物を沈澱させた。沈澱された化合物をろ過した後、減圧乾燥させて80%の収率で下記化学式4‐8で表される化合物がルテニウムに配位された下記化学式3‐8で表される遷移金属化合物を収得した。
上記化学式6‐1において、Mはルテニウムである。
上記化学式3‐8において、Mはルテニウムである。
H NMR(CDCl,500MHz)δ19.05(s,1H)、8.54(d,2H)、7.52(d,2H)、7.48(t,11H)、7.34(d,2H)、7.24(d,2H)、7.09(t,2H)、7.02(broad s,2H)、6.78(broad s,2H)、6.33〜6.37(dd,4H)、6.05(d,2H)、4.07(broad d,4H)、2.61‐2.21(18H)。
製造例4
窒素充填されたグローブボックスにおいて、下記化学式6‐1で表される化合物10gとCuCl 1.16gを500mlの丸底フラスコに入れてマグネチックバー(magnetic bar)を入れた。フラスコをゴムセプタム(septum)で密封してグローブボックスの外に取り出した後、窒素気体下でシリンジ(syringe)を使って精製された CHCl 195mlを入れた。20mlバイアルにN,N'‐ジメチル‐1‐(2‐ビニルフェニル)メタンアミン(N,N'‐dimethyl‐1‐(2‐vinylphenyl)mathaneamine)2.06gを入れ、シリコンセプタム(silicon septum)で密封した後、窒素気体下でシリンジを使用して精製されたCHClを入れて溶かした溶液を先に用意した混合物に添加した。添加した後、バイアルに残っている N,N'‐ジメチル‐1‐(2‐ビニルフェニル)メタンアミン(N,N'‐dimethyl‐1‐(2‐vinylphenyl)mathaneamine)をそれぞれ2×1ml CHClを使用して残さずに触媒反応容器に添加した。500mlの丸底フラスコ反応容器に還流冷却器を取り付けて温度を40℃に昇温した後、窒素気体下で3時間撹拌した。反応後の温度を常温に下げた後、マグネチックバーを取り除いて減圧蒸溜を通じて溶媒を取り除いた。減圧蒸溜を通じて溶媒を取り除いた後、フラスコに残った反応混合物が溶けられる少量のCHClを入れて、固体を完全に溶かした後、CHClの1.5倍くらいのノルマルヘキサンを添加した。ノルマルヘキサンを利用して反応混合物をセライト(celite)ろ過を通じて白い固体沈殿物を取り除いて明るい緑色のろ過液を得た。この緑色のろ過液を減圧乾燥して黒緑の固体を得ると、シリカカラムで精製して緑色の下記化学式7で表される化合物を75%の収率で収得した。
上記化学式6‐1において、Mはルテニウムである。
H NMR(CDCl3,500MHz)δ18.72(s,1H)、7.46(broad s,1H)、7.12(broad s,1H)、7.03(broad s,4H)、6.93(broad s,1H)、6.75(broad s,1H)、4.18(broad s,6H)、2.8‐2.2(18H)、1.94(broad s,6H)。
製造例5
500mlのフラスコに下記化学式4‐9で表される化合物17.3gをトルエン200mlに入れた後、1時間撹拌した。撹拌後、上記撹拌中の溶液相に下記化学式6‐1で表される化合物を20gを投入し、常温で12時間撹拌した。フラスコ内の反応溶液が青緑色に変わると、ノルマルヘキサンを投入して化合物を沈澱させた。沈澱された化合物をろ過した後、減圧乾燥させて81%の収率で下記化学式4‐9で表される化合物がルテニウムに配位された下記化学式3‐9で表される遷移金属化合物を収得した。
上記化学式6‐1において、Mはルテニウムである。
上記化学式3‐9において、Mはルテニウムである。
H NMR(CDCl,500MHz)δ19.10(s,1H)、8.18(d,2H)、7.64(d,2H)、7.48(t,11H)、7.38(d,2H)、7.08(t,2H)、7.00(broad s,2H)、6.77(broad s,2H)、6.49(d,2H)、6.15(d,2H)、4.07(broad d,4H)、3.46(t,8H)、2.61‐2.21(18H)、1.58〜1.50(m,12H)。
製造例6
500mlのフラスコに下記化学式4‐10で表される化合物200mLと下記化学式6‐1で表される化合物を20gを投入し、常温で1時間撹拌した。フラスコ内の反応溶液が赤色から明るい緑色に変わると、冷たいノルマルヘキサンを投入して化合物を沈澱させた。沈澱された化合物をろ過した後、減圧乾燥させて80%の収率で下記化学式4‐10で表される化合物がルテニウムに配位された下記化学式3‐10で表される遷移金属化合物を収得した。
上記化学式6‐1において、Mはルテニウムである。
上記化学式3‐10において、Mはルテニウムである。
H NMR(CDCl,500MHz)δ19.67(s,1H)、8.84(broad s,2H)、8.39(broad s,2H)、8.07(broad s,2H)、7.15(t,1H)、6.80‐6.00(broad multiple,9H)、3.36(broad d,4H)、2.79(s,6H)、2.45(s,6H)、2.04(s,6H)。
製造例7
250mlのフラスコに下記化学式4‐11で表される化合物15gをトルエン100mlに溶かして、1時間撹拌した。撹拌後、上記撹拌中の溶液相に下記化学式6‐1で表される化合物を20gを投入し、常温で12時間撹拌した。フラスコ内の反応溶液が赤色から明るい緑色に変わると、ノルマルヘキサンを投入して化合物を沈澱させた。沈澱された化合物をろ過した後、減圧乾燥させて83%の収率で下記化学式4‐11で表される化合物がルテニウムに配位された下記化学式3‐11で表される遷移金属化合物を収得した。
上記化学式6‐1において、Mはルテニウムである。
上記化学式3‐11において、Mはルテニウムである。
H NMR(CDCl,500MHz)δ19.10(s,1H)、8.79(broad s,2H)、8.70(broad s,2H)、8.09(broad s,2H)、7.84(broad s,2H)、7.64(broad s,2H)、7.65(d,2H)、7、47(t,1H)、7.08(t,2H)、6.81(broad s,4H)、4.03(broad d,4H)、2.57(s,6H)、2.28(s,12H)。
実施例
実施例1
250mlのアンドリューガラス(Andrew glass)3個に自然硬化され、分子量の測定が不可能なポリブタジエンゴム20gとノルマルヘキサン100gをそれぞれ投入した。グローブボックス(glove box)内で上記製造例1で収得した化学式3‐1で表される遷移金属化合物10mgをトルエン4.0mlに溶かして、スチレン単量体5.0mlとともに上記それぞれのアンドリューガラスに順次投入した。次いで、アンドリューガラスを70℃の恒温槽でそれぞれ3時間、6時間及び24時間撹拌した。以後、各々のアンドリューガラス内で圧力を取り除いて、アンドリューガラス内の溶液をメッシュにろ過して各時間帯別に残余ゴムを回収した。
実施例2
上記実施例1において、製造例1で収得した化学式3‐1で表される遷移金属化合物の代わりに製造例2で収得した化学式3‐7で表される遷移金属化合物を同じ当量で投入したことを除いて、上記実施例1と同様の方法で実施した。
実施例3
上記実施例1において、製造例1で収得した化学式3‐1で表される遷移金属化合物の代わりに製造例3で収得した化学式3‐8で表される遷移金属化合物を同じ当量で投入したことを除いて、上記実施例1と同様の方法で実施した。
実施例4
上記実施例1において、製造例1で収得した化学式3‐1で表される遷移金属化合物10mgの代わりに、化学式3‐1で表される遷移金属化合物5mg及び化学式3‐7で表される遷移金属化合物5mgをトルエン4mlに溶かして、それぞれのアンドリューガラスに投入したことを除いて、上記実施例1と同様の方法で実施した。
実施例5
上記実施例1において、製造例1で収得した化学式3‐1で表される遷移金属化合物10mgの代わりに、化学式3‐1で表される遷移金属化合物5mg及び化学式3‐8で表される遷移金属化合物5mgをトルエン4mlに溶かして、それぞれのアンドリューガラスに投入したことを除いて、上記実施例1と同様の方法で実施した。
実施例6
上記実施例1において、製造例1で収得した化学式3‐1で表される遷移金属化合物10mgの代わりに、化学式3‐7で表される遷移金属化合物5mg及び化学式3‐8で表される遷移金属化合物5mgをトルエン4mlに溶かして、それぞれのアンドリューガラスに投入したことを除いて、上記実施例1と同様の方法で実施した。
実施例7
上記実施例1において、製造例1で収得した化学式3‐1で表される遷移金属化合物10mgの代わりに、化学式3‐1で表される遷移金属化合物3.3mg、化学式3‐7で表される遷移金属化合物3.3mg及び化学式3‐8で表される遷移金属化合物3.3mgをトルエン4mlに溶かして、アンドリューガラスに投入したことを除いて、上記実施例1と同様の方法で実施した。
実施例8
上記実施例1において、スチレン単量体5.0mlの代わりにスチレン単量体2.5ml及び1‐ヘキセン(1‐Hexene)単量体2.5mlを投入したことを除いて、上記実施例1と同様の方法で実施した。
実施例9
上記実施例1において、スチレン単量体5.0mlの代わりにスチレン単量体2.5ml及び1‐オクテン(1‐Octene)単量体2.5mlを投入したことを除いて、上記実施例1と同様の方法で実施した。
比較例1
上記実施例1において、製造例1で収得した化学式3‐1で表される遷移金属化合物の代わりに製造例4で収得した化学式7で表される遷移金属化合物を同じ当量で投入したことを除いて、上記実施例1と同様の方法で実施した。
比較例2
上記実施例1において、製造例1で収得した化学式3‐1で表される遷移金属化合物の代わりに製造例5で収得した化学式3‐9で表される遷移金属化合物を同じ当量で投入したことを除いて、上記実施例1と同様の方法で実施した。
比較例3
上記実施例1において、製造例1で収得した化学式3‐1で表される遷移金属化合物の代わりに製造例6で収得した化学式3‐10で表される遷移金属化合物を同じ当量で投入したことを除いて、上記実施例1と同様の方法で実施した。
比較例4
上記実施例1において、製造例1で収得した化学式3‐1で表される遷移金属化合物の代わりに製造例7で収得した化学式3‐11で表される遷移金属化合物を同じ当量で投入したことを除いて、上記実施例1と同様の方法で実施した。
実験例
上記実施例1ないし9及び比較例1ないし4によって各時間帯別にメッシュにろ過されたゴムを乾燥重量測定方法によって通常の真空オーブンを利用し、80℃の温度で12時間減圧乾燥させた後、通常の天秤を利用して乾燥されたゴムの重量を測定し、最初投入したポリブタジエンゴムに対する重量を下記数式1によって計算し、これを実施例1によって取り除かれたゴムの量を基準にして指数化(分解指数)して下記表1及び2に示す。取り除かれたゴムの量が多いほど、つまりメッシュによってろ過されたゴムの量が少ないほど指数が高く、これは除去効率に優れることを示す。
また、上記ゴムがろ過された実施例2、3及び比較例1のノルマルヘキサン溶液の残留物に対してゲル透過クロマトグラフィー(gel permeation chromatography)を実施し、ノルマルヘキサン溶液内に残留するオリゴマーの重量平均分子量を測定して下記図1に示す。具体的に、上記ゲル透過クロマトグラフィーは、PLgel Olexis(Polymer Laboratories社)カラム2本と、PLgel mixed‐C(Polymer Laboratories社)カラム1本を組み合わせて使用した。分子量を計算する時、GPC基準物質(Standard material)はPS(polystyrene)を使って実施した。
ここで、図1の重量平均分子量グラフは、x軸に示される特定重量平均分子量を有するオリゴマーが、y軸に示される値ほど存在するか否かを見せるためのグラフである。
図1のx軸のLog Mwは重量平均分子量を意味するものであって、x軸の値が2.0の場合は100g/mol、3.0の場合は1,000g/mol、4.0の場合は10,000g/mol、5.0の場合は100,000g/molを意味する。
図1のy軸のdwt/d(Log Mw)は、x軸の重量を示す各オリゴマーの個数を意味するものであって、y軸の値が高いほどx軸の重量を示すオリゴマーがたくさん存在することを意味する。
上記表1及び2に示すように、本発明による実施例1ないし9の洗浄液組成物を利用して硬化されたゴムをオリゴマーに分解させた場合、比較例1ないし4に比べて高い分解指数を示すことを確認することができた。特に、比較例2ないし3と比べてみると、ルテニウム中心金属に類似するピリジン誘導体を配位させるとしても、ピリジンに置換された置換基の種類によって分解能力に大差を示すことを確認することができた。
また、実施例1、8及び9の場合、3時間撹拌及び6時間撹拌する時も、比較例はもとより実施例2ないし7に比べて取り除かれたゴムの量がもっと高く表れ、初期反応速度が高いので、短い時間にもより多くの量のゴムを取り除くことができることを確認することができた。
また、実施例2、3及び比較例1のノルマルヘキサン溶液の残留物に対してゲル透過クロマトグラフィー(gel permeation chromatography)を実施し、ノルマルヘキサン溶液内に残留するオリゴマーの重量平均分子量を測定して示す図1を参照にしてみると、実施例2及び3の洗浄液組成物を利用して硬化されたゴムをオリゴマーに分解させた場合、比較例1の洗浄液組成物を利用して硬化されたゴムをオリゴマーに分解させた場合に比べて、相対的に低分子量のオリゴマーが多く存在して高い分解指数を示すと同時に、溶液内に残留する分解されたオリゴマーが数万g/mol台(Log Mw4.0ないし5.0)の重量平均分子量を有する比較例1とは違って、210、308、407、507及び608g/molなどの数百g/mol台(Log Mw2.0ないし3.0)の重量平均分子量を示して、より低い重量平均分子量のオリゴマーに分解させることができる分解能力に優れ、これによって重合装置を洗浄する時、より容易に洗浄できることを確認することができた。
すなわち、本発明者らは上記のような結果から、本発明による洗浄液組成物を利用して重合装置を洗浄する場合、重合装置内で蓄積された高分子量の重合体を化学的方式で取り除くことができ、これによって人力を直接投入することによる安全性に対する問題がなく、早い時間内で洗浄可能であり、重合反応器の再稼動時間を縮めて生産性を向上させることを確認することができた。

Claims (15)

  1. 下記化学式1で表される遷移金属化合物及び炭化水素系溶媒を含む洗浄液組成物。

    上記化学式1において、
    Mはルテニウムまたはオスミウムであり、
    及びRはそれぞれ独立的に水素原子、または下記化学式2で表される置換基であるが、少なくとも1個以上は下記化学式2で表される置換基であり、
    及びXはそれぞれ独立的にハロゲン原子であり、
    Phはフェニル基であり、

    上記化学式2において、
    及びRはそれぞれ独立的に炭素数1ないし10のアルキル基であるか;または
    及びRは互いに連結されて飽和または不飽和の5員環を形成する。
  2. Mはルテニウムまたはオスミウムであり、
    及びRはそれぞれ独立的に上記化学式2で表される置換基であり、
    及びXはClまたはBrであり、
    及びRはそれぞれ独立的に炭素数1ないし5のアルキル基であるか;または
    及びRは互いに連結されて飽和または不飽和の5員環を形成する請求項1に記載の洗浄液組成物。
  3. Mはルテニウムであり、
    及びRはそれぞれ独立的に上記化学式2で表される置換基であり、
    及びXはClであり、
    及びRは互いに連結されて飽和または不飽和の5員環を形成する
    請求項1に記載の洗浄液組成物。
  4. 上記化学式1で表される遷移金属化合物は、下記化学式3で表される遷移金属化合物である請求項1に記載の洗浄液組成物。

    上記化学式3において、
    Mはルテニウムまたはオスミウムであり、
    及びRはそれぞれ独立的に水素原子、または下記化学式2で表される置換基であるが、少なくとも1個以上は下記化学式2で表される置換基であり、
    Phはフェニル基であり、

    上記化学式2において、
    及びRはそれぞれ独立的に炭素数1ないし10のアルキル基であるか;または
    及びRは互いに連結されて飽和または不飽和の5員環を形成する。
  5. 上記化学式3で表される遷移金属化合物は、下記化学式3‐1ないし3‐8で表される遷移金属化合物のいずれか一つである請求項4に記載の洗浄液組成物。








    上記化学式3‐1ないし3‐8において、
    Mはルテニウムであり、
    Phはフェニル基であり、
    Meはメチル基であり、
    Etはエチル基であり、
    Prはプロピル基であり、
    Buはブチル基である。
  6. 上記洗浄液組成物は、上記化学式1で表される遷移金属化合物を2種以上含む請求項1に記載の洗浄液組成物。
  7. 上記炭化水素系溶媒は、芳香族炭化水素溶媒である請求項1に記載の洗浄液組成物。
  8. 上記洗浄液組成物の全体含量に対して上記化学式1で表される遷移金属化合物の含量は、0.1重量%ないし10重量%である請求項1に記載の洗浄液組成物。
  9. 上記洗浄液組成物は、ビニル系単量体を含む請求項1に記載の洗浄液組成物。
  10. 上記ビニル系単量体は、炭素数2ないし10のオレフィン単量体、共役ジエン系単量体及び芳香族ビニル系単量体からなる群から選択された1つ以上である請求項9に記載の洗浄液組成物。
  11. 上記ビニル系単量体は2つ以上のビニル系単量体を含む請求項9に記載の洗浄液組成物。
  12. 重合装置内のジエン系重合体を炭化水素系溶媒で膨潤させる段階(S10);及び
    上記(S10)段階で膨潤されたジエン系重合体の存在下で、請求項1ないし請求項11のいずれか一項に記載の洗浄液組成物を投入して撹拌させ、上記ジエン系重合体をオリゴマー化させる段階(S20)を含む重合装置の洗浄方法。
  13. 上記ジエン系重合体は、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン‐ブタジエンゴム及びスチレン‐ブタジエン‐スチレンブロック共重合体からなる群から選択された1種である請求項12に記載の重合装置の洗浄方法。
  14. 上記(S10)段階の膨潤は、50℃ないし100℃で行われる請求項12に記載の重合装置の洗浄方法。
  15. 上記(S20)段階の撹拌は、1時間ないし24時間行われる請求項12に記載の重合装置の洗浄方法。
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