폴리머의 반응 잔여물 세척 장치 및 방법

폴리머의 반응 잔여물 세척 장치 및 방법{Apparatus and methode for removing residue of polymer}

본 발명은 폴리머의 반응 잔여물 세척 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 일반적인 교반 방식이 아닌, 폴리머 자체를 외부 압력을 활용하여 가압함으로써 폴리머 내의 유체의 벌크 유동을 형성하고, 그로 인해 폴리머의 표면 및 기공에 존재하는 반응 잔여물을 효과적으로 제거할 수 있는 폴리머의 반응 잔여물 세척 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

축중합(Polymerization)이란, 폴리 축합, 중축합, 축합 중합이라고도 하며, 축합 반응을 실행하면서 점차 중합해 고분자 물질을 생성하는 화학 반응을 의미한다.

특히, 이러한 축중합은 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 페놀 수지, 요소 수지, 실리콘 수지 등의 합성 섬유 및 합성 수지의 생성 반응에 응용되고 있으며, 축중합체는 축중합 반응에 의해 생성된 물질을 의미한다.

한편, 축중합 반응을 통하여 최종적인 목표 물질을 생성하고 분리하기 위해서는 다양한 중간 반응 과정을 거치게 되는데, 이러한 과정에서 뜻하지 않은 부반응 생성물이나 용매의 잔여물이 축중합체에 잔류하게 된다.

따라서, 축중합 반응을 통해 생성된 축중합체를 실제 상품화하기 위해서는 이러한 잔여물을 제거하는 과정이 필수적이다. 이를 위해, 축중합체의 종류에 따라 다양한 잔여물의 제거 장치나 방법들이 존재하게 된다. 일반적인 경우, 물을 세척 용매로 사용하여 세척 완료 기준에 도달할 때까지 수 회에 걸쳐서 반복적으로 교반함으로써 폴리머의 표면 상에 잔류하는 다양한 반응 잔여물을 제거하게 된다.

그러나, 상술된 제거 방식의 경우에는 상당한 양의 세척수를 사용해야 하며 또한 시간적인 소모가 많다는 단점이 발생하게 된다.

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 일반적인 교반 방식이 아닌, 폴리머 자체를 외부 압력을 활용하여 가압함으로써 폴리머 내의 유체의 벌크 유동을 형성하고, 그로 인해 폴리머의 표면 및 기공에 존재하는 반응 잔여물을 효과적으로 제거할 수 있는 폴리머의 반응 잔여물 세척 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

즉 본 발명의 목적은, 보다 신속하고 보다 적은 세척수를 활용하여 축중합체의 세척을 효율적으로 수행할 수 있는 세척 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 폴리머의 반응 잔여물 세척 장치는, 세척수 및 폴리머를 수용하는 하우징; 및 상기 하우징 내측에서 상측 및 하측 방향으로 이동하며, 하나 이상의 홀이 형성된 압착부;를 포함하고, 상기 압착부는 상기 세척수 및 폴리머를 가압함으로써 상기 세척수 내에 위치하는 폴리머의 반응 잔여물을 제거하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 압착부는, 상기 세척수 및 폴리머를 가압함으로써 상기 세척수 내부의 유체 유동을 형성하고, 상기 유체 유동으로 인해 상기 폴리머의 표면 및 기공에 존재하는 반응 잔여물을 제거할 수 있다.

바람직하게는, 상기 압착부는 편평한(flat) 판형태로 구성되며, 그리고 상기 하우징의 단면에 상응하는 형태로 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 압착부에 형성되는 하나 이상의 홀의 직경은, 상기 세척수는 통과하고 상기 폴리머의 통과는 방지하도록 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 세척 장치는, 회전을 발생시키는 모터부; 상기 모터의 회전을 수직 운동으로 변환시키는 수직 변환 모듈; 및 상기 수직 변환 모듈과 상기 압착부를 연결하는 축부재;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 세척 장치는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 압착부의 상측 및 하측 이동에 대한 시간 간격, 압착 세기 및 압착 높이 중 어느 하나 이상을 제어할 수 있다.

바람직하게는, 상기 세척 장치는, 상기 모터의 회전 속도를 제어하는 모터 속도 조절 버튼;을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 세척 장치는, 상기 압착부의 압착 세기를 표시할 수 있는 압력 표시부;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 세척 장치는, 상기 압착부의 압착 높이를 조절할 수 있는 압착 높이 조절부;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 하우징은, 상기 세척수가 유입될 수 있는 세척수 유입구; 및 세척이 진행된 세척수가 유출될 수 있는 세척수 유출구;를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 폴리머의 반응 잔여물 세척 방법은 상술된 장치 중 어느 하나를 활용하여 폴리머의 반응 잔여물을 세척하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 폴리머를 외부 압력을 활용하여 가압함으로써 폴리머 내의 유체 벌크 유동을 형성하고, 그로 인해 폴리머의 표면 및 기공에 존재하는 반응 잔여물을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

결과적으로 본 발명에 따르면, 종래의 단순 교반 방식과는 달리, 보다 신속하고 보다 적은 세척수를 활용하여 축중합체의 세척을 효율적으로 수행할 수 있게 된다.

즉 종래의 단순 교반에 따른 세척의 경우 축중합체 내부 잔여물의 세척이 농도 구배에 의한 분자 확산 플럭스에 의해서만 수행되기 때문에 다소 진행이 느리나, 본 발명에 따르면 분자 확산 플럭스에 의한 세척에 추가하여, 폴리머 내부의 유체의 운동에 따른 플럭스에 의해서도 세척이 수행되게 됨으로써 보다 효과적인 세척이 수행된다.

특히 본 발명은 외부에서 물리적인 압력이 가해지더라도 그 형체가 유지되거나 형체 자체가 중요하지 않은 종류의 축중합체(혹은 폴리머) 세척에 효과적으로 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머의 반응 잔여물 세척 장치(100)의 개략적인 도면이다.
도 2(a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머의 반응 잔여물 세척 장치(100)의 작동 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3(a) 내지 도 3(e)는 단순 교반 세척시와 본 발명의 일 실시예에 따른 세척 장치(100)를 사용한 세척시의 시간에 따른 세척수의 pH 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 단순 교반 세척시와 본 발명의 일 실시예에 따른 세척 장치(100)를 사용한 세척시의 시간에 따른 세척수의 pH 변화를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머의 반응 잔여물 세척 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.

< 폴리머의 반응 잔여물 세척 장치>

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머의 반응 잔여물 세척 장치(100)의 개략적인 도면이다. 도 2(a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머의 반응 잔여물 세척 장치(100)의 작동 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머의 반응 잔여물 세척 장치(100)는 하우징(10) 및 압착부(20)를 포함할 수 있다.

하우징(10)은 세척수 및 축중합체(혹은 폴리머)를 수용하는 역할을 수행한다. 이를 위해 하우징(10)은 상측이 개방되고 하측 및 측벽이 폐쇄되도록 구성될 수 있다.

본 명세서에서는 하우징(10)의 형상이, 상측이 개방된 원통형으로 형성되었으나 반드시 이러한 형상에 제한되는 것은 아님을 유의한다.

이러한 하우징(10) 내에는 다양한 종류의 축중합체와 이를 세척할 수 있는 세척수가 수용될 수 있다. 바람직하게는, 외부에서 물리적인 압력이 가해지더라도 그 형체가 유지되거나 형체 자체가 중요하지 않은 종류의 축중합체가 제공되는 것이 보다 효과적이다.

한편, 하우징(10)에는 세척수가 유입될 수 있는 세척수 유입구(11) 및 세척이 진행된 세척수가 유출될 수 있는 세척수 유출구(12)가 더 제공될 수 있으며, 이러한 세척수 유입구(11) 및 세척수 유출구(12)는 각각의 조절 밸브(11a, 12a)에 의해 개방 및 폐쇄가 제어되게 된다.

압착부(20)는 하우징(10) 내의 세척수 및 폴리머를 가압함으로써 세척수 내에 위치하는 폴리머의 반응 잔여물을 제거하는 역할을 수행한다.

여기서, 압착부(20)는 하우징(10) 내의 폴리머를 직접 가압하여 폴리머 내부 유체의 벌크 운동을 야기시키는 것이 바람직하다.

이를 위해, 압착부(20)는 하우징(10) 내측에서 상측 및 하측 방향으로 이동하도록 구성된다. 한편 본 명세서에서는, 압착부(20)가 편평한(flat) 판형태로 구성되며, 하우징(10)의 단면에 상응하는 형태로 형성되었으나 반드시 이러한 형상에 제한되는 것은 아님을 유의한다.

이러한 압착부(20)에는 하나 이상의 홀(21)이 형성되며, 하나 이상의 홀(21)로 인하여, 압착부(20)가 하우징(10) 내측에서 하측 방향으로 세척수 및 폴리머를 가압하는 경우 세척수가 하나 이상의 홀(21)을 통하여 압착부(20) 상측으로 유출될 수 있게 된다. 바람직하게는, 하나 이상의 홀(21)의 홀의 직경은, 세척수는 통과하고 폴리머의 통과는 방지하도록 형성되는 것이 상기 기능을 위해 보다 바람직하다.

한편 본 명세서에서는, 하나 이상의 홀(21)이 압착부(20)의 둘레를 따라 일정한 간격으로 형성된 것으로 도시되었으나 이러한 형상에 제한되는 것은 아님을 유의한다.

이러한 구성으로 인해, 하우징(10) 내에 세척수 및 축중합체가 위치한 경우에, 압착부(20)가 세척수와 함께 폴리머를 가압함으로써 (즉 폴리머에 대하여 물리적 압력을 제공함으로써) 폴리머 내부의 유체 유동을 형성하고, 유체 유동으로 인해 폴리머의 표면 및 기공에 존재하는 반응 잔여물을 제거될 수 있게 된다.

여기서 "기공"이란 폴리머 자체 내에 형성되는 기공뿐만 아니라 폴리머가 얽혀있는 경우 발생되는 빈 공간 역시 포함하는 의미임을 유의한다.

이때, 1차 세척이 완료되는 경우 세척수 유출구(12)를 통해 축중합체를 제외한 오염된 세척수가 배출되게 되며, 2차 세척을 위해 세척수 유입구(11)를 통해 새로운 세척수가 유입되게 된다. 또한 이러한 세척 과정을 반복적으로 수행함으로써 축중합체의 세척을 완료하게 된다.

즉 본 발명에 따르면 종래의 단순 교반 방식과는 달리, 보다 신속하고 보다 적은 세척수를 활용하여 축중합체의 세척을 효율적으로 수행할 수 있게 된다.

한편, 상술된 기능을 보다 효과적으로 수행하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머의 반응 잔여물 세척 장치(100)는 모터부(30), 제어부(40), 모터 속도 조절버튼(50), 압착 높이 조절부(60) 및 압력 표시부(70)를 더 포함할 수 있다.

모터부(30)는 회전을 발생시키는 역할을 수행한다.

이러한 모터의 회전 운동은 수직 변환 모듈(31)에 의해 수직 운동으로 변환되고, 수직 변환 모듈(31)과 압착부(20)를 연결하는 축부재(32)를 통해, 압착부(20)는 하우징(10) 내측에서 상측/하측 방향으로 이동가능하게 된다.

제어부(40)는 압착부(20)의 상측 및 하측 이동에 대한 시간 간격, 압착 세기 및 압착 높이 중 어느 하나 이상을 제어하는 역할을 수행한다.

이러한 제어부(40)의 제어를 통해 사용자는 다양한 종류의 축중합체에 따라 압착부(20)의 상측 및 하측 이동에 대한 시간 간격(즉 압착부(20)의 압착 속도), 압착 높이 및 압착 세기 등을 제어함으로써 보다 효과적인 세척을 수행할 수 있게 된다.

예를 들어, 형체 자체가 중요하지 않은 종류의 축중합체의 경우에는, 압착부(20)의 가압 시간 간격을 보다 빠르게 설정하거나, 혹은 압착 높이를 보다 낮게 설정하거나 혹은 압착 세기를 보다 강하게 설정할 수 있을 것이다. 반대의 경우에는 반대로 설정할 수 있을 것이다.

모터 속도 조절버튼(50)은 모터부(30)의 회전 속도를 제어하는 역할을 수행하며, 사용자가 편하게 조작할 수 있도록 외측에 돌출된 버튼 형식으로 구성될 수 있다.

이러한 모터 속도 조절버튼(50)은 사용자의 조작에 따라 모터부(30)의 회전 속도를 제어할 수 있으면 충분하고, 공지된 기술 요소를 사용함으로 이에 대한 설명을 생략하기로 한다.

압착 높이 조절부(60)는 사용자의 조작에 따라 압착부(20)의 압착 높이를 조절하는 역할을 수행한다.

이러한 압착 높이 조절부(60)는 압착부(20)에 연결하는 축부재(32)의 높이를 조이거나 품으로써 조절할 단순하게 조절할 수 있도록 구성된다.

이와 같이, 압착부(20)의 압착 높이에 따라 세척수에 가해지는 압력이 조절되게 되며, 사용자는 상황에 따라 압착 높이 조절부(60)를 통해 세척수에 가해지는 압력을 조절할 수 있게 된다.

압력 표시부(70)는 세척수에 가해지는 압력을 표시하는 역할을 수행한다.

이를 위해 압력 표시부(70)는 실시간으로 무게의 단위로 세척수에 가해지는 압력을 표시하게 된다. 이러한 압력 표시부(70)는 하우징(10) 하측에 위치하는 저울(weighing machine)의 형태로 구성될 수도 있음을 유의한다.

< 실험예 >

도 3(a) 내지 도 3(e)는 단순 교반 세척시와 본 발명의 일 실시예에 따른 세척 장치(100)를 사용한 세척시의 시간에 따른 세척수의 pH 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4(a) 내지 도 4(c)는 단순 교반 세척시와 본 발명의 일 실시예에 따른 세척 장치(100)를 사용한 세척시의 시간에 따른 세척수의 pH 변화를 나타낸 그래프이다.

실험 조건은 다음과 같다.

동일한 종류의 폴리머 샘플 12g를 직경 10cm 용기에 넣고 25℃, 200ml의 세척수로 배치당 20분간 세척을 진행하였다.

세척 조건은 단순히 교반을 수행한 경우(도 3 및 도 4의 얇은선으로 표시)와 본 발명의 일 실시예에 따른 세척 장치(100)를 사용한 경우이며, 세척 장치(100)를 사용시 5초 주기로 12kg(약 120N)의 힘을 가하였다(도 3 및 도 4의 굵은선으로 표시).

1차 내지 5차에 걸쳐 세척을 수행한 결과를 도 3(a) 내지 도 3(e)에 도시하였다. 도 3(a) 내지 도 3(e)를 참조하면, 기존의 단순한 교반에 따른 세척은 약 800 ~ 1,000초 이후에 평형에 도달하는 반면 세척 장치(100)를 사용한 압착 세척은 약 200 ~ 600초 사이에서 평형 상태에 도달하고 있음을 알 수 있다.

이를 통해 살펴보면, 세척 장치(100)를 사용한 압착 세척이 기존의 교반을 통한 세척에 비하여 더 빠르게 진행된다는 점을 알 수 있다.

또한 6차 내지 8차에 걸쳐 세척을 수행한 결과를 도 4(a) 내지 도 4(c)에 도시하였다. 도 4(a) 내지 도 4(c)를 참조하면, 세척 장치(100)를 사용한 압착 세척의 경우가 보다 빠르게 pH 7 근처에 도달함을 알 수 있다.

이를 통해 살펴보면, 세척 장치(100)를 사용한 압착 세척이 기존의 교반을 통한 세척에 비하여 세척 효율이 더 우수하다는 점을 알 수 있다.

즉, 종래의 단순 교반에 따른 세척의 경우 축중합체 내부 잔여물의 세척이 농도 구배에 의한 분자 확산 플럭스에 의해서만 수행되기 때문에 다소 진행이 느리나, 본 발명에 따른 세척 장치(100)를 사용한 압착 세척에 경우에는 분자 확산 플럭스에 의한 세척에 추가하여 세척수 내부의 유체의 운동에 따른 플럭스에 의해서도 세척이 수행되게 됨으로써 보다 효과적인 세척이 수행됨을 알 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 폴리머의 반응 잔여물 세척 장치
10 : 하우징
20 : 압착부
30 : 모터부
40 : 제어부
50 : 모터 속도 조절버튼
60 : 압착 높이 조절부
70 : 압력 표시부