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겨울소나기

섬유용 화학제품에 관한 개인적인 글들

'분류 전체보기'에 해당되는 글 218건

제목 날짜
  • 유화중합개론 2015.03.30
  • Living group-transfer polymerization 2015.03.28
  • Heterogeneous phase, emulsion and inverse emulsion; 2015.03.28
  • 라디칼 중합반응 속도 2015.03.27
  • 불균일계 중합(Heterogeneous polymerization) 2015.03.26
  • 생물현미경(AJ-CM-1500A) 2015.03.25
  • 점착제1 2015.03.25
  • 팝파일 SPAM 필터링 도구 2015.03.24
  • 라디칼 중합 메커니즘 2015.03.24
  • Water-Based Ink 2015.03.23
  • 구글 블로그 - HTML tag 2015.03.22
  • 구글 블로그 - 페이지 2015.03.22
  • 시/사람이 남았잖아 2015.03.20
  • 인터에서 꼼수들 2015.03.19
  • 유연제(Fabric softener) 2015.03.19
  • Amino-modified Silicone Fluid for Textile Treatment 2015.03.19
  • 티스토리 어드민 페이지 접속 주소 2015.03.19
  • Water-in-oil polymer emulsions, process for their preparation and their use 2015.03.17
  • 수용성 레독스 촉매를 이용하는 역상중합 2015.03.17
  • Neural network applications in polymerization processes 2015.03.17

유화중합개론

Polymer_chemistry 2015. 3. 30. 14:23
  1. 서론
    1. 중합 공정의 비교
    2. 유화란 무엇인가?
      • 마이셀의 형성
    3. 마이셀의 모양과 크기
    4. 유화 중합의 예
    5. 유화 중합 단계
    6. 유화 중합의 특징
  2. 일반적인 라디칼 중합 반응의 속도론과 분자량 계산
  3. 유화 중합의 반응 속도 및 분자량
  4. 유화의 안정성
  5. 유화 기술
    1. 유화용 기기
    2. 유화 기술
  6. 유화 중합의 첨가 성분들의 특징 및 영향
    • 개시제, 계면활성제, 물, 단량체, 기타 화합물 온도, 산소
  7. 참고문헌
  8. 용어 해설 (Glossary)
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Posted by 겨울소나기

Living group-transfer polymerization

Polymer_chemistry 2015. 3. 28. 16:42

http://en.wikipedia.org/wiki/Living_polymerization 반드시 학습할 내용

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Posted by 겨울소나기

Heterogeneous phase, emulsion and inverse emulsion;

Polymer_chemistry 2015. 3. 28. 16:27

Online Monitoring of Emulsion Polymerization http://tulane.edu/sse/polyRMC/accomplishments/heterogeneous.cfm

  1. Surfactant-free emulsion polymerization
  2. Emulsion polymerization with SDS

An original idea was put in practice: use ACOMP to simultaneously measure properties of the dispersed components (emulsions) and their contents (polymer and monomer). dilute one withdrawn reactor stream with aqueous solution to preserve the dispersed (emulsion) phase and measure its characteristics online and the other withdrawn stream with THF to solubilize polymer and monomer.


Challenge – the choice of the most suitable model for the reaction mechanism.

Several approaches are reported in monitoring emulsion polymerization reactions: Raman spectroscopy, NIR spectroscopy, conductivity, calorimetry, densitometry Drawbacks: calibration models are required; errors in determining measured parameters; difficult to be quantified if more monomers are present; probe contamination

ACOMP contributes to a significant progress in unifying polymer and colloid worlds: Simultaneous monitoring of both polymer and particle characteristics in emulsion polymerization (A. M. Alb and W. F. Reed, Macromolecules 2008)

An original idea was put in practice: use ACOMP to simultaneously measure properties of the dispersed components (emulsions) and their contents (polymer and monomer). dilute one withdrawn reactor stream with aqueous solution to preserve the dispersed (emulsion) phase and measure its characteristics online and the other withdrawn stream with THF to solubilize polymer and monomer.

Raw data and analysis for free radical polymerization of Methyl methacrylate in emulsion at 70C.

Detectors on the ‘polymer side' included the MALS, viscometer, full spectrum UV/Vis, and RI detectors, as before. The ‘particle side' included a Malvern Mastersizer2000 detector, employing Mie scattering analysis from multi-angle scattering data. On the left side of figure, polymer Mw and hr are determined as functions of conversion, and on the right side, particle size distribution and specific surface area from the Mie scattering analysis are shown.

A number of features are captured by this process:

• multi-phase conversion,
• multimodal mass production,
• the correlation between monomer droplet disappearance and monomer conversion,
• the reaction time and large polymer masses produced.

RESULTS

Surfactant-free emulsion polymerization - from dilute regime to high solid contents (14%): Soap-free emulsion polymerization of butyl acrylate (BA)

a) Polymer side:

Top: Raw viscosity, light scattering (90) and UV (215nm) data. [BA]=1.11M; [I]=5.586mM. 

Bottom: The evolution of Mw with conversion. In the inset to figure, radius of gyration and monomer conversion, f are shown vs. time

b) Particle side:

Large monomer-containing droplets (microns) gradually cede their contents to a growing population of polymer- containing micelles of much smaller diameter (fractions of a micron

Top: The evolution of the specific surface area A (upper) for two BA polymerization reactions. The volume weighted mean diameter, D[4,3] for two modes in the particle size distribution (lower) for the 14% BA.

Bottom: Cryo-TEM image for BA surfactant–free polymerization reaction ([BA]=0.268M)

Emulsion polymerization with surfactant added (SDS) - from dilute regime to high solid contents (35%):

Soap-free emulsion polymerization of methy methacrylate (MMA) - polymer side

Kinetic and molar mass analysis show that free radical polymerization of MMA and BA in emulsion approximately resemble free radical polymerization in homogeneous phase, with some notable differences in details.

Top: The evolution of the fractional monomer conversion f, and the polymer mass, Mw during the polymerization reaction (0.45M). Discrete points are SEC results from manually withdrawn reaction aliquots. 



Bottom: Weight average reduced viscosity, hr,w and Mw vs. monomer conversion.

Emulsion polymerization with surfactant added (SDS) - chain transfer effect:

Emulsion polymerization of MMA and BA, respectively (~15%)

MMA polymerization reactions - Mw vs. conversion for reactions with and without chain transfer agent. In the inset , reduced viscosity hr,w as functions of conversion for the same reactions. 



BA polymerization reactions - hr,w as functions of time for reactions with different amount of transfer agent.

Emulsion Copolymerization - computing concentration of each comonomer during the reaction allows composition drift and distribution to be determined

INVERSE EMULSION COPOLYMERIZATION

  • First heterogeneous polymerization reaction monitored by ACOMP (A. M. Alb, R. Farinato, J. Calbick, W. F. Reed, Langmuir 2006, 22, 831-840) To make absolute measurements on a complex system containing oil, water, monomer, polymer, initiator, and surfactant,special means of online sample “conditioning” and data interpretation needed to be found. Stated simply, the monomeric and polymeric contents of the inverse emulsion/latex must be “spilled” out from the discrete phase droplet in a period of seconds, and the resulting detectors signals must be interpreted to allow differentiating among the complex mixture of components.

This work is meant to:

  • establish means of continuously inverting and conditioning the reactor liquid, determining the type of behavior that occurs in the multicomponent system upon conditioning, and how the relevant components can be tracked with the detector train;

  • make initial ACOMP measurements with the goal of obtaining preliminary kinetic data.

  • Strategy: use of HLB (high lypophilic balance) surfactant (or 'breaker surfactant') to invert the water-in-oil inverse emulsion droplets used in polymerization to an oil-in water system.


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Posted by 겨울소나기

라디칼 중합반응 속도

Polymer_chemistry 2015. 3. 27. 11:39

유화중합 / 일반적인 라디칼 중합의 속도론 / 반응 속도식의 유도

라디칼 중합 단계는 개시 반응, 전파 반응, 정지 반응, 그리고 사슬 이동 반응으로나누어서 설명할 수 있습니다. 사슬 이동 반응은 반응 속도론에서는 영향을 주지 않습니다만, 생성되는 고분자의 사슬 길이와 결국 분자량에 영향을 미치게 됩니다. 

 개시반응

 I (개시제) -ki->2R' (라디칼)

 

 (1)

 

 R' + M (단량체)  - k' -> R1

 

 (2)

    

 전파반응(propagation)

 R1 + M  - k1p ->  R2

 

 (3)

 

 R2 + M  - k2p ->  R2 

 

 (4)

 

 M  - knp -> Rn+1 
-----------------
         Rn +

 

(5)

    
  정지반응 (termination)

 (i) combination 

  
 

 Rn + Rm.  --ktc--> Pn+m

 

(6)

  (ii) disproportionation  
  Rn + Rm  --ktd-->  Pn + Pm 

(7)

    
  사슬 이동 반응
  (chain transfer reaction)
   


유화중합 / 일반적인 라디칼 중합의 속도론 / 반응 속도식의 유도

2. 라디칼 중합반응 속도식의 유도

위의 식 1-식 7 처럼 라디칼 중합반응의 각 과정이 일어난다고 하면,라디칼 중합속도, rp 는 식 8과 같이 된다.

rp = k'[R'][M] + k1p[R1][M] + k2p[R2][M] + .......      (8)

이 식을 다시 정리하면 식 9와 같이 쓸 수 있다.

rp = [M]k'[R'] + Σknp[Rn]                              (9)

k'[R']는 매우 작은 값이므로 무시하고, 라디칼의 반응성은 라디칼의 크기와 관련이 없다고 가정하면, k1p = k2p = ...knp = kp 이 성립합니다.

이것들을 적용하여서 다시 식 9를 정리하면 식 10 이 얻어진다.

rp = kp[M]Σ[Rn] = kp[M]                              (10)


의 값 계산: 

라디칼 중합 반응계 내에 존재하는 라디칼의 농도는 일정하다고 가정하면, 즉, 개시반응속도와 정지반응 속도가 같다고 가정하면 식 11이 성립합니다. 

여기서 은 성장 라디칼 전체의 농도이다.






 



    (17)

 라디칼 중합속도, rp 는 단량체 농도에 비례하고, 개시제 농도의 제곱근에 비례한다







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불균일계 중합(Heterogeneous polymerization)

Polymer_chemistry 2015. 3. 26. 12:23

불균일계 중합법에 의해 제조된 나노입자에 대해서 이해하기 위해서는 콜로이드 (colloid)에 대해서 먼저 언급하고자 한다. 콜로이드는 우리 주변에서 널리 볼 수 있는 것으로, 자연적 또는 합성에 의해 제조된 수 나노에서 수백 마이크로 크기의 작은 입자를 말하는 것으로, 넓은 표면적으로 인해 표면 성질이 소재 자체의 성질보다 우세한 특징을 갖으며, 틴들 (tyndall) 현상, 흡착 (adsorption), 전기영동 (electrophoretic mobility) 등의 특성을 보인다. 그림 1에 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 콜로이드에 대해 나타내었다.

그림 1. 주변에서 볼 수 있는 여러 가지 콜로이드.

콜로이드는 크게 분자형(단백질, PVA 등), 입자형(라텍스, 아이스크림 등), 회합형(미셀-유화제, 샴푸, 리포좀 등)으로 나눌 수 있다. 연속상의 종류 및 콜로이드의 회합구조에 따라서 에어로겔(aerogel), 하이드로겔(hydrogel), 유기겔(organogel), 에어로졸(aerosol), 하이드로졸(hydrosol), 유기졸(organosol) 등 다양한 형태가 있다. 최근 불균일계 중합법은 나노 또는 마이크로의 크기를 가진 반응기로 간주되어 기존의 반응기 시스템에 대한 활용의 폭을 증가시키고 있다.(그림 2) 이러한 나노 반응기(nano-reactor)는 작은 크기에 의해 기인하는 confinement 효과, 넓은 표면적에 의해 반응물 또는 부산물의 빠른 확산, 단위 부피당 많은 수에 의해 기인되는 반응 속도 증대 효과 등 여러 가지 특징을 갖고 있다.

그림 2. 불균일계 중합 반응의 특징 및 나노 반응기의 개념.

에멀젼 중합법 (Emulsion polymerization)

에멀젼 중합은 오랜 역사를 가진 천연 라텍스 (polyisoprene latex from heava brasiliensis, rubber tree)에서 착안하였으며, 다른 불균일계 중합법에 비해 오랜 역사를 가지고 있다. 제 2차 세계 대전 중 일본의 동남아 장악을 계기로 하여 지금까지 많은 발전을 거듭하였다. 초기에 합성 메커니즘을 살펴보면 단량체 액적 (monomer droplet)이 주된 중합 장소로 여겨졌으나, 수많은 실험과 이론연구를 통해 단량체 함유 미셀 (monomer-swollen micelle)이 주된 중합 장소라는 것이 밝혀지게 되었다. 고분자의 형성은 라디칼(free-radical) 중합 메커니즘에 기초를 두고 있으며, 그림 3에 도시하였다.


그림 3. 비닐단량체의 연쇄(라디칼) 중합 기구.

반응에 사용되는 단량체로는 기본적으로 탄소-탄소 이중결합을 갖고, 치환기의 종류에 따라서 styrene, methyl methacrylate, butyl acrylate, acrylic acid, butadiene, vinyl acetate 등 여러 가지가 있다. 라디칼 중합을 위해서는 기본적으로 개시제가 필요하며, 개시제에는 수용성(water-soluble)과 유용성(oil soluble)로 크게 나눌 수 있다. 기능성 기에 따라서는 peroxide, peroxysulphate, azo계열 등 여러 가지가 있으며, 열 개시(thermal initiation), 광개시(photo initiation), 산화 환원(redox, reduction-oxidation) 개시법 등 여러 가지로 나눌 수 있다. 유화 중합에서는 유화제(surfactant, SURFace ACTive AgeNT 또는 emulsifier)를 사용하는 데, 유화제는 양쪽성(amphiphilic)의 성질을 갖는다. 따라서 친수성(hydrophilic) 부분을 통상 머리(head group), 소수성(hydrophobic) 부분을 꼬리(tail)이라 칭하며, 머리와 꼬리의 함유량 및 이온 성질에 따라서 여러 가지로 분류된다. 유화제는 이러한 두 가지 성질을 동시에 가지므로, 서로 상이한 계면(예, 물-기름, 물-공기 등)에 흡착하여 두 상간의 표면 에너지를 낮춘다. 유화 중합에 복잡한 메커니즘에 비해, 유화 중합을 통한 나노입자의 합성은 아주 간단하다. 유화중합을 그림 4에 간단히 도시하였다. 반응기에 물과 유용성 단량체를 섞은 후, 유화제를 넣고 반응 온도에 도달할 때 까지 교반한다. 반응 온도가 유지되면 개시제를 넣은 후 수 시간 기다리면, 반응기 내에 그림과 같이 수십-수백 나노 크기의 고분자 입자가 형성된다. 형성된 고분자 입자는 그림 4에서와 같이, 수천-수십만 개의 고분자 사슬 (macromolecule)이 얽힌 구형체로 되어있다.그림 5에는 유화제를 사용하지 않는 무유화중합법(soap-free emulsion polymerization)을 이용하여 제조된 나노입자의 사진을 나타내었다.

그림 4. 유화 중합 반응을 통한 고분자 콜로이드의 합성.

그림 5. 무유화중합법을 통해 제조된 나노입자의 사진(좌)과 주사전자현미경(SEM) 사진(우, 나노입자를 유리판 위에 배열 후 60도 각도에서 tilting하여 찍은 사진).

입자 형성 메커니즘 (Particle nucleation)

에멀젼 중합법을 통해 제조된 입자의 형성메커니즘은 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 유화제의 농도가 임계미셀농 도(critical micelle concentration, CMC)인 경우, 균일핵생성(homogeneous nucleation) 메커니즘이 우세하고, 유화제의 농도가 CMC 이상인 경우 미셀핵생성(micellar nucleation) 메커니즘이 우세하게 된다. 통상 두 가지 메 커니즘이 공존하는 경우가 대부분이며, 특별히 유화제의 농도가 CMC보다 높더라도, 수용해도가 높은 단량체 (vinyl chloride, vinyl acetate 등)의 경우 균일핵생성이 지배적이다. 그림 6에 유화중합의 핵생성 메커니즘에 대한 그림을 도식적으로 나타내었다. 그림 6에 나타낸 것은 상당히 단순화시킨 결과이며, 실제 라디칼 중합 반응은 사슬 이동반응(chain transfer)을 통해 단량체 라디칼이 입자 및 미셀의 내부에서 탈착(desorption)되어 이보다 더 복잡 한 운명을 갖게 된다. 라디칼 중합 반응은 크게, 개시(개시제의 균등분할반응을 포함, initiation), 전파 (propagation), 종결(termination)의 반응 기구를 갖는다. 개시 반응은 수상에 존재하는 수용성 개시제의 균등분할 (homolysis)에 의해 비공유전자를 가진 라디칼(전기적으로 중성)을 형성하고, 이러한 라디칼은 수상에 녹아 있는 소량의 단량체와 만나서 개시 반응을 하게 된다. 개시된 라디칼은 수상에서 성장하여, 개시제의 친수성 부분과 단 량체의 소수성 부분의 균형(HLB, hydrophile-lipophile balance)가 적당하게 유지되는 순간부터 표면활성(surface activity)을 갖게 된다. 표면활성을 가진 라디칼의 단량체의 길이는 styrene의 경우 2-3개, methyl methacrylate의 경우 4-5개 정도로 알려져 있다. 표면활성을 띈 라디칼은 단량체를 함유한 미셀이나 이미 입자로 성장한 부분의 계 면으로 이동하게 된다. 계면에 이동한 라디칼은 더 높은 단량체 농도를 가진 미셀이나 입자의 단량체와 빠른 속도 로 결합하여 성장하게 된다.(particle nucleation). 미셀이 입자로 성장하면서 표면적이 증가되므로, 주위의 유화제 와 단량체 액적계면에 존재하는 유화제를 흡착하면서 성장해 나간다. 단량체의 연속적인 소모로 인해 단량체 액적 은 단량체의 저장탱크(reservoir) 역할을 하며, 수상을 매개로 하여 확산에 의해 단량체를 성장하는 입자에 제공한 다. 반응 도중 라디칼의 종결 반응은 입자 내부나, 수상에서 발생하고 종결 반응은 크게 커플링(coupling)이나 불균 등화(disproportionation) 반응에 의해 이루어진다. 불균등화 반응의 경우 라디칼의 활성이 전이되고, 종결된 라디 칼은 이중결합을 갖게 된다. 라디칼의 종결은 소위 ‘죽은 고분자(dead polymer)'를 형성하게 된다. 유화중합의 단 계를 크게 3가지도 구분하기도 한다. Interval I, II, III 로 구분하며, 각각 핵생성기간, 중합속도일정기간, 단량체액적 소멸후 기간을 나타내나 실제로 반응열량측정법(reaction calorimetry)에 의하며, interval II인 중합속도일정기간은 유명무실하다 할 수 있다. 그만큼 입자의 핵생성 기간과 단량체의 액적소멸 후 기간이 길다고 봐야하며, 중합 시스템에 따라서 다양한 양상을 띠게 된다.



그림 6. 유화중합에서의 핵생성 메커니즘에 대한 모식도.

입자내 라디칼 농도 (The average number of radicals per particle)

입자의 생성 및 성장 메커니즘을 이해하기 위해서는 입자내 라디칼 농도의 정확한 측정을 요구한다. 라디 칼의 측정은 ESR (electro-spin resonance)법이나, γ -ray relaxation법을 통해 측정할 수 있으나, 측정 조건이나 방법이 쉬운 편은 아니다. 입자 내 평균 라디칼 농도의 간편한 평가는 핵생성 기간이 없는 시드유 화중합(seeded emulsion polymerization)법을 이용하기도 하나, 핵생성이 있는 조건에서도 Ugelstad, Nomura 등이 제시한 방법에 의해 유추할 수 있다.(그림 7)


그림 7. 유화 중합에서의 입자 당 평균 라디칼.

기타 중합법

에멀젼 중합법 이외에 여러 가지 중합법들이 있다. 아래의 표 1은 여러 가지 중합법의 특징들을 간략하게 표로 나타 내었다. 에멀젼, 마이크로에멀젼, 미니에멀젼, 현탁 중합 등은 연속상으로 물을 사용하는 것이 특징이며, 분산중합 의 경우 물/알코올의 혼합물을 통상적으로 사용한다.

표 1. 여러 가지 중합법에서의 특징

분산중합

분산 중합은 연속상을 물과 알코올의 혼합물로 사용하고, 단량체와 개시제는 통상 연속상에 녹아 있으며, 에멀젼 중합에서 사용하는 이온성의 유화제 대신, 분산제(stabilizer)를 사용한다. 분산제는 통상 PVA (polyvinyl alcohol), PVP (polyvinyl pyrrolidone)계를 사용하며, 분자량은 수천에서 수 만정도의 크기가 사용된다. 중합 개시 후, 개시 제의 라디칼로부터 성장한 올리고 라디칼(oligomeric radical)은 크기가 증가함에 따라서 연속상으로부터 유리 (separation), 침전(precipitation)된다. 침전된 예비 입자는 분산제에 의해 안정화되며 입자의 크기가 증가함에 따 라서 더 많은 단량체를 흡수하고 입자로서 성장하게 된다. 분산 중합의 특징은 입자의 크기가 수 마이크로미터 이 며 매우 균일한 입자 크기를 가진 입자를 제조할 수 있어서 표준 입자, 크로마토그래피 충진물 (통상 PDVB로 일정 크기의 pore를 가진 입자)로 사용되었으며, 지금도 다양한 응용분야가 개척되고 있다. (그림 8)

그림 8. 분산 중합의 핵생성 메커니즘(좌)과 제조된 입자의 SEM 사진(우).

현탁중합

현탁 중합에서는 연속상으로 물을 사용하고, 개시제는 유용성 개시제, 유화제로는 안정제(stabilizer, PVA, PVP, etc.)를 사용한다. 그림 9에서 보는 바와 같이 현탁중합은 입자의 크기가 수 마이크로에서 수천마이크로의 크기를 갖고 있으며 입자의 크기분포가 넓다. 균일한 입자의 제조를 위해서는 통상 sieving 공정을 거치게 된다. 유용성 개 시제의 사용으로 입자의 형성은 monomer droplet에서 주로 이루어진다. 상업적으로 상당히 많은 양의 수지들이 현탁 중합 공정을 통해서 제조된다.

그림 9. 현탁중합 반응 및 이로부터 제조된 PVC 입자의 SEM사진.

마이크로에멀젼중합

마이크로에멀젼은 크기가 수십 나노 (10-30nm) 정도로 외관상투명한 색을 띤다. 작은 입자의 크기를 제조하기 위 해서 많은 양의 유화제가 사용된다. 따라서 단량체 액적과 수상간의 표면 에너지는 0.001mJ/m2 정도의 값을 갖는 다.(통상적인 에멀젼에서는 0.1~1mJ/m2). 열역학적으로 안정화되어 있어 수십년이 지나도 입자의 안정성이 유 지된다. 유화제 및 오일(단량체), 수상간의 혼합비, 이온강도, 온도 등에 따라서 다양한 morphology를 나타내는 것 이 특징이다. 그림 10에 도시한 삼성분계에 대한 상평형도에서 볼 수 있듯이 다양한 구조의 갖는다. 이러한 구조의 특징은 유화제의 geometry (예, packing parameter) 와도 밀접한 관계가 있다. 마이크로에멀젼 중합은 중합의 주 된 장소가 단량체를 함유한 미셀이며, 모든 단량체들이 미셀에 녹아 있으므로, 에멀젼에서 볼 수 있는 interval II 구 간이 존재하지 않는다. 개시 반응으로 인한 중합 속도 증가와 단량체 소모로 인한 중합속도 감소 구간만이 존재한 다. 반응 중에 먼저 활성화(라디칼의 유입)된 미셀은 성장하면서 주변의 활성화 되지 못한 미셀의 유화제를 흡착하 여 안정화된다. 따라서 초기 미셀의 수가 입자를 결정하는 데 중요한 인자로서 작용하나, 초기 미셀 수가 그대로 입 자 수로 되는 것은 아니다.


그림 10. 마이크로에멀젼의 3 성분계 상평형도에서 나타나는 다양한 morphologies.

미니에멀젼중합

그림 11에 보인 바와 같이 미니에멀젼은 단량체 액적이 주된 반응의 자료가 되며, 단량체 액적의 저장 안정성이 큰 문제가 되고 있다. Ostwald ripening 에 의해 단량체 액적의 coalescence로 인해 액적의 주가 반응 중 변하게 된 다. 따라서 ultrahydrophobe 라 불리는 co-surfactant를 단량체의 녹여 함께 사용한다. co-surfactant로는 hexadecane, cetyl alcohol, polyester 및 isocyanate계를 사용한다. 단량체 액적에서 중합이 되므로, 마이크로에 멀젼과 같이 interval II가 존재하지 않는다. 미니에멀젼 중합법은 최근 염료의 나노 분산화, 축합 고분자의 합성, 나 노 크기의 blending 등에 활용되고 있다.


그림 11. 미니에멀젼 합성 단계의 모식도 및 이를 이용한 magnetite 의 encapsulation TEM 사진.



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생물현미경(AJ-CM-1500A)

MyLife 2015. 3. 25. 17:39

AJ-CM-1500A

(디지털 멀티미디어 영상 현미경) 

제조사 : OMAX



광학계의 40년 역사와 전통! 대한민국 유일한 현미경 제조 made in KOREA!! "오맥스의 현미경에는 우리나라의 과학교육, 연구소, 병원, 기업체 등 각 분야의 발전을 뒷받침 한다는 책임의식이 깃들어 있습니다.

기능

  • e-Leaning과학교육 환경 구축에 최적
  • 실물자료나 생물 자료를 이미지 캡쳐 기능
  • 검사시료의 영상을 동영상으로 저장
  • USB단자를 지원하는 모든 컴퓨터에 간단하게 이동설치
  • USB단자를 이용하기 때문에 화질이 선명
  • 캡쳐를 위한 CCD카메라 기본장착
  • 현미경을 사용하기 위한 Windows용 Software를 제공
  • 초당 12.5M의 빠른 속도로 문서화
  • 최소 40에서 최고 1500관찰

제품규격

모델 : AJ-CM-1500A 품명 : 디지털 멀티미디어 영상 현미경 규격 : 삼안식

사양 ####

  1. 헤드 360°회전 삼안,양안시도 조절장치,45°경사 안폭조절장치 (55~75mm)
  2. 총배율 40X~1500X
  3. 대안렌즈 DIN WF 10X,15X
  4. 대물렌즈 DIN ACH 4X,10X,40X,(SP),100X(OIL SP)
  5. 스테이지 사각118X128mm 메카니칼 스테이지 (이동면적 30~75mm)
  6. 콘덴서 아베콘덴서(N,A1.25),홍체조리개 필터홀더(청색/백색필터)
  7. 초점조절 조동,미동 동일축
  8. 조명장치 6V 20W 할로겐램프 , 광량 조절장치 부착
  9. 종류 COLOR CAMERA
  10. 신호방식 NTSC방식
  11. 촬영소자 1/3인치 CCD (41만화소수)
  12. 유효화소수 768(H)X494(V)
  13. 주사방식 52LINES 2:1 Inter Lace
  14. 주사주파수 15.734Khz(H) 59.94Khz(V)
  15. 수평해상도 450TV Lines
  16. 영상출력 VBS 1.0 Vp-p/S-VHS
  17. S/N 46DB 이상
  18. 최저파사체조도 2Lux(F1.2,3200K)
  19. 화이트 바란스 Auto/Manual
  20. 전자셔터속도 1/60초~1/10,000초
  21. 전원 AC 200V 60Hz
  22. 컴퓨터접속 USB단자
  23. 소프트웨어 CD 타이틀(Amjeon USB Pro v3.1)




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Posted by 겨울소나기

점착제

MyLife 2015. 3. 25. 13:53

점착제 정의

손가락등의 가벼운 압력에 의해서도 쉽게 피착물에 붙일수 있는 고형화 되지 않는 반유동적인 성질의 물질. 또한 반영구적인 탄성을 유지하면서 항상 점착력을 유지하는 점탄성의 물질.

〈 점착제를 이용한 제품들은 라벨,양면테이프,접착테이프,포스트잇등 용도가 매우 많습니다. 이처럼 점착제품의 이용이 다양한 것은 점착제의 기능과 편리성에 기인하며,용도에 따라다양한 기능을 부여함으로써 넓은 분야에 걸쳐 제품이 발달한데에 따른 것이라 할수있습니다.〉

점착제의 3대 물성

1. 초기점착력 (TACK)

순간적인 부착성을 뜻하며 부착 용이성에 관계되는 것으로 점착제와 피착물을 단시간 내에 분리하는데 필요한 힘으로 측정된다. 닫기

.

2. 점착력(ADHESION)

피착물 표면으로부터 점착제 또는 점착 테이프를 박리시킬때 그에 따른 저항력을 나타내는 물성,즉 점착제와 피착물 간의 계면간의 결합력(파괴현상)의 힘이며 실질적으로 점착테이프가 잘 부착되어 있는가 잘 떨어지는가의 기준이 된다.닫기

3. 응집력(COHESION)

점착제 자신의 내부 응집력, 점착제 자체의 결합성을 의미한다. 일정 하중하에서의 밀림 저항성으로 점착제 내부의 파괴에 견디는 정도를 의미함. 점착제의 두께,분자간의 힘,가교 상태,분자량 등에 관계가 있다.닫기

점착제의 영향 인자

점착물성에 영향을 주는 인자는 단량체의 종류,분자량,분자량 분포,입자 크기,첨가제등에 의해 영향을 받음.

초기점착력과 점착력

분자량이 작을수록,점착제의 유리전이온도(Tg)가 낮을수록 점착제가 유연할수록 증가함.

응집력과 유지력

분자량이 클수록,딱딱할수록,가교될수록,2차 결합력이 셀수록 증가함. 〈유리전이 온도가 감소하면 유연성이 증가하여 초기 점착력이 증가하고 분자량이 감소하면 분자의 운동이 용이하여 초기 점착력이 증가하나 분자량이 너무 작아지면 점착제내부의 힘이 감소하여 초기 점착력이 감소하게 된다. 일반 적으로 점착력과 응집력은 정반대의 경향을 나타낸다.

점착제 종류

점착제의 종류에는 여러 분류 방식으로 나타낼 수 있으며 그 중 대표적인 것으로 POLYMER에 의한 분류와 형태에 의한 분류 점착 성능에 의한 분류로 나타낼수 있다.

점착제의 성능에 의한 분류

점착제는 영구적으로 점착되는 PERMANENT 형과 재박리가 가능한 REMOVABLE형 점착제로 나눌수 있다.

점착제의 가교

점착제의 물성 변화를 최소화 하기 위해 가교 기술이 필요하며 가교에 따라 다양한 물성변화를 가져올수는 있으나 과다한 가교는 도리어 점착성을 잃어 버릴수 있음으로 각별한 주의와 충분한 실험을 요한다. 가교제의 종류와 사용 목적은 다음과 같다.

점착제 선정시 고려할 사항

모든 라벨 제품에 있어 중요한 것은 사용되어지는 원지가 무엇인지? 또한 어떤 방식으로 인쇄가 이루어 지는지,인쇄후 사용되어지는 상태는 어떠한지,피착물의 종류가 무엇인지, 점착 요구 물성이 무엇인지 등이 항상 고려 되어야 최적의 제품을 생산하는데 도움이 될 수 있고 점착제의 종류와 점착 방식,성능의 개선등에 따라 같은 제품속에서도 다양한 물성을 나타낼수 있음으로 충분한 검토와 검수가 필요하다고 할수 있습니다. 여러 가지 변화에 따른 선정 요인이 있을수 있으나 간략하게 몇가지 사항에 대하여 고민해보기로 하겠습니다.

점착제에 대한 기본 설명

RUBBER(고무계)점착제

  • -Tg를 갖는 고분자(고무)에 +Tg를 갖는 점착부여성 수지를 배합해 상온 부근에서 점착력을 갖도록 설계된 점착제.
  • 점착력,응집력,TACK이 우수한 점착제.

아크릴계 점착제

  • 주 모노머가 탄소수 2~10정도의 acryl alkyl ester로 구성되며 가교를 위해 관능성 모노머를 소량 공중합한 polymer가 일반적으로 사용됨.
  • 관능성 모노머에 따라 응집성을 높여주고,점착성 향상,투명성 향상 등 점착제의 특수성을 나타내려는 곳에 사용됨.

실리콘 점착제

  • Si-O 결합 구조로 인해 다른 점착제와는 크게 다른 특성을 가지는 점착제.
  • 산화 및 내열에 대해 안정적인 점착제.
  • 낮은 분자간력으로 저온에서 유연성 및 기재 밀착성이 우수하나 기계적 강도가 떨어짐.
  • 내열,내한,내후,내전기성 등의 특성이 요구되는 용도에 사용.

핫멜트 점착제

  • 용제를 전혀 포함하지 않은 실온에서 100% 고체인 불휘발성,불연성,열가소성 수지로 만든 점착제.
  • 무용제로서 공해와 화재에 대한 위험성이 없다.
  • 종류로는 EVA,PE,POLYURETHANE,POLYAMIDE POLYESTER 등이 있음.

용제형 점착제

  • 다른 점착제와 비교해 매우 다양한 점착제품에 사용.
  • 다양한 성능과 탁월한 물성효과를 나타낼수 있는 장점이 있음.
  • 대표적인 용제로는 탄화수소계가 일반적으로 사용된다.

에멀젼형 점착제

  • 아크릴 에멀젼형 점착제는 중합시 모노머 이외에 유화제(계면활성제),고분자 보호 콜로이드 중합 개시제가 통상 적으로 사용된다.
  • 중합 반응후 pH 조정제,증점제,소포제 등이 사용됨.
  • 용제형에 비해 가격이 낮은 이점과 내습,내수성이 약한 단점이 있음.

점착제 발전 동향

과거 접착테이프와 라벨등에 사용되던 점착제의 대부분은 용제형 제품이었으나 심각하게 대두되고 있는 환경문제에 의해 친환경적인 점착제 및 점착제품 생산산업이 요구되면서 세계적으로 무용제형 점착제에 대한 관심과 기술 개발이 진행되어 현재 무용제형의 개발과 생산량이 크게 증가되었고 앞으로도 지속적으로 증가될 추세이다.

무용제형 점착제는 에멀젼형과 핫멜트형이 있으며 아크릴과 고무계 수지가 대표적이다. 무용제형 점착제의 대표적인 합성법은 수계 에멀젼 중합법이다. 미국,일본,유럽 등에서는 이미 오래전부터 환경 규제의 강화에 의해 용제형에서 수계 아크릴 에멀젼형으로 대체되고 있다.

국내에서도 최근들어 몇몇 중소기업에서 무용제형 점착제를 개발 생산하고 있으나 아직은 기술적으로 안정적이지 못하고 그 품질이 뛰어나지 못한 부분이 있으나 심각해지는 환경문제와 규제에 따라 더욱더 업그레이드된 기술 개발이 절실히 필요한 실정이다.

한일에서는 여러 가지 환경문제와 ROHS제한 제품 생산에 발맞추기 위하여 수년전부터 에멀젼 라벨 제품 개발에 주력하여 현재 환경친화적인 라벨 제품을 생산해내고 있다.

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Posted by 겨울소나기

팝파일 SPAM 필터링 도구

MyLife 2015. 3. 24. 17:06

메뉴얼은 여기에서 보십시오.

팝파일은 멋진 소프트웨어입니다. spam 대문에 메일 관리하는데 어려움을 느끼시는 분들에게 강추합니다. 

아웃룩을 설정하는 방법

  1. 계정생성
  2. 차단 경고메일 수신시 조치사항
  3. 팝파일이 작동되게 아웃룩을 설정하는 방법
  4. 팝파일을 훈련 시키기

1. 계정생성

  1. 마이크로소프트 아웃룩 2007 실행 → 도구 → 계정 설정 을 선택합니다.

  2. 신규 계정 생성을 위해 '새로만들기'를 선택합니다.    

  3. 서비스 유형을 선택합니다.                                  

  4. '수동으로 서버 설정 또는 추가 서버 유형 구성' 을 선택합니다.

  5. '인터넷 전자 메일' 을 선택합니다.

  6. 사용하실 서버와 계정의 정보를 입력합니다.

  7. 6번 그림의 우측 하단의 '기타설정'을 선택하여 '보내는 메일 서버' 설정을 합니다.

  8. 마지막으로 정상적으로 설정이 되었는지 확인해보겠습니다. 6번 그림 상단의 '계정 설정 테스트' 를 선택하여, 좌측에 녹색 표시가 2개 모두 나오는지 확인합니다.

  9. 다음(6번 그림) → 마침 으로 계정생성을 완료합니다.

2. 차단 경고메일 수신시 조치사항

  1. 위 2번 화면에서 '새로만들기'가 아닌 사용하시는 이메일 계정 선택 후 '변경'을 선택합니다.

  2. 위 6번 화면에서 '기타설정'을 선택합니다.

  3. 가장 우측의 '고급' 탭을 선택하여 하단의 '서버에 메시지 복사본 저장' 이 체크되어 있는지 확인합니다.

  4. 체크가 되어있는 경우, 체크를 해제하시고 확인→다음→마침 을 통해 메인화면으로 나옵니다.

  5. '보내기/받기'버튼을 클릭합니다.

  6. 이전과 동일하게 설정하기 위에 위의 작업을 역으로 진행하여 '서버에 메시지 복사본 저장' 부분을 다시 체크하고 사용하시면 기존과 동일하게 사용하실 수 있습니다.

팝파일 설정하는 방법(아웃룩을 사용하는 경우)

  • 도구->전자 메일 계정 메뉴를 선택하십시오. 전자 메일 계정 창이 뜰 것입니다. [스크린샷]
  • "기존의 전자 메일 계정 보기 또는 변경"을 클릭하시고 "다음" 버튼을 클릭하십시오. 팝파일에 연동할 계정을 선택하시고 "변경(C)..." 클릭. 받는 메일 서버(POP3) 칸의 서버명과 로그온 정보 항목의 사용자 이름(U)을 종이에 적어두십시오.[스크린샷]
  • 받는 메일 서버(POP3) 를 127.0.0.1로 변경하십시오. 로그온 정보 항목의 사용자 이름(U)도 변경하시되, 원래의 "받는 메일 서버(POP3)" 서버명에 :를 덧붙이고, 원래의 "사용자 이름(U)" 을 덧붙인 형태로로 변경하십시오.
  • (사용자 정보 항목의 사용자 이름(Y)는 전혀 바꿀 필요 없습니다. 로그온 정보 항목의 사용자 이름(U)을 바꾸셔야 합니다) [스크린 샷]
  • 즉, 예를들어 원래의 "받는 메일 서버(POP3)" 명이 my.mail.com 이고, "사용자 이름(U)" 이 jdoe 이라면 새 사용자 이름(U)은 my.mail.com:jdoe 가 됩니다.
  • 암호는 바꾸실 필요 없습니다.
  • "다음"을 누르고 마침을 누르세요.
  • 팝파일이 실행중임을 확인하십시오. 이제부터 팝파일을 거쳐서 메일이 배달될 것입니다.
  • 윈도우가 시작될때마다 항상 팝파일이 시작되어야 합니다. 윈도우즈 인스톨러 보전을 사용하신다면 시작 메뉴의 프로그램 그룹의 시작 프로그램에 'Start POPFile in Background' 단축 아이콘이 있는지 확인하십시오. (없으면 시작 메뉴의 POPFile 그룹 중 'Start POPFile in Background' 단축 아이콘을 시작 프로그램 그룹에 드래그 앤 드랍하시면 됩니다. 이제 윈도우즈는 시작시마다 팝파일을 실행할 것입니다.
  • 중요!! 만약 팝파일이 실행중이 아니면 메일 프로그램이 접속에 실패하게 되고 메일을 받을 수 없습니다.

자, 위 설정이 끝났으면 메시지 규칙을 설정할 차례입니다. 그래야 팝파일의 분류작업 결과를 메일 프로그램이 활용할 수 있게 되고, 활용할 수 있어야 메일을 적절한 폴더에 넣을 수 있습니다.

참고로, [분류]문자열을 메일의 제목에 넣을 것인지 안 넣을 것인지 설정할 수 있습니다. 웹 UI 화면의 버킷 페이지 상단의 의 "제목 변경" 부분에서 정할 수 있고, 만약 스팸 과 비 스팸 두가지로만 분류하시겠다면 스팸 버킷에는 "제목 변경"을 "사용"으로 설정하시고, 비 스팸 버킷에는 "사용 안함"으로 설정하시면 좀더 깔끔합니다. 어느경우에도 X-Text-Classification 헤더는 항상 추가됩니다.(보이지는 않음)

아웃룩에서 팝파일이 작동하게 설정하는 방법

  • 아웃룩에서 도구->규칙마법사 를 선택하십시오. [스크린 샷]
  • 규칙 마법사가 나타납니다. 새로 만들기 를 클릭하시고 "새 규칙으로 시작" 을 선택하십시오. [스크린 샷]
  • 아웃룩은 X-Text-Classification 라는 메일 헤더를 사용할 수 있으므로 메일 분류의 흔적이 남지 않습니다. "다음" 버튼을 누르시고 "메시지 머리글에 지정 단어이(가) 포함된 경우" 에 체크표시 하십시오.
  • 자, 아래쪽 창의 지정 단어 를 클릭하시고 새로 생긴 창에 "X-Text-Classification: " 뒤에 버킷 이름 중 하나를 덧붙인 형태로 입력하십시오. 그런 다음 "추가"를 누르시고 "확인"을 누르십시오.
  • "다음"을 클릭하시고 "지정 폴더로 이동" 에 체크표시 하십시오.
  • 아래 창의"지정" 이라는 단어를 클릭하면 폴더 목록이 나타납니다. 버킷에 해당하는 메일을 담고 싶은 폴더를 선택하시고 확인을 클릭하십시오.
  • "마침" 버튼을 클릭하십시오.
  • 각 버킷에 대해 위의 절차를 반복하시고 확인 버튼을 눌러서 규칙 마법사를 닫으십시오.
  • 이상으로 설정 끝입니다!
  • 참고: 팝파일 웹 화면의 "설정" 탭에서, "제목 변경" 옵션이 사용않음으로 되어있는지 확인하십시오.

이것이 해야할 일의 전부입니다! ... 그러나...

이런 설정에도 불구하고, 팝파일은 아직은 메일 분류를 하지 않을겁니다. 왜냐고요? 여러분이 설정하신 버킷의 의미를 모르기 때문입니다. 'spam'과 'genuine' 버킷이 무슨 의미인지, 'work' 와 'personal' 버킷이 무엇인지 전혀 알지 못합니다. 심지어 메일이 어떤 언어로 되어 있는지도 모릅니다 - 그리고 관심갖지도 않습니다. 여러분이 스팸과 일반 메일을 구별하도록 훈련시키셔야 합니다. 자, 이제, 훈련에 대해 알아봅시다. >>.

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Posted by 겨울소나기

라디칼 중합 메커니즘

Polymer_chemistry 2015. 3. 24. 00:37

라디칼 중합 메커니즘

라디칼 중합 메커니즘은 보통 다음 4 단계로 나누어서 설명합니다. 각 단계는 다음과 같습니다.

                1. 개시 반응 (initiation)
                2. 전파 반응 (propagation)
                3. 정지 반응  (termination)
                4. 사슬 이동반응 (chain transfer)

다음은 AIBN 을 사용하여서 vinyl 단량체 (CH2=CHR)의 중합과정을 화학식으로 나타낸 것입니다.

  1. 개시반응 
  2. 개시 반응은 개시제가 라디칼을 형성한 다음 이 라디칼이 첫 단량체와 반응하는 단계까지를 말합니다. 

    (1) 개시제 분해반응

     

    (2) 개시반응

    이렇게 생긴 라디칼-단량체의 라디칼은 다음 단계부터는 단량체와 계속 반응하게 됩니다.


  3. 전파반응(propagation reaction) 
  4. 전파 반응은 단량체가 계속 결합하여서 사슬의 길이가 증가하여 고분자가 형성되는 반응입니다.

    개시 단계보다 요구 에너지가 작아 빠르게 발생


  5. 정지반응(termination reaction) 
  6.  정지 반응은 두 라디칼이 반응하여서 라디칼이 없어지는 반응을 말하는데, 결합반응과 불균등반응 두가지 반응이 가능합니다. 

    (1). 결합반응 (combination) 

    (2). 불균등반응 (disproportionation)

  7. 사슬 이동 반응
  8. 사슬이동 반응은 성장하는 고분자라디칼, Rn 이 분자 X 와 반응하여서 고분자 Pn 이 형성되고 라디칼 분자 X. 가 생기는 반응으로 식 7과 같이 쓸 수 있습니다. 우리는 X를 사슬이동제 (chain transfer agent) 라고 말합니다.

    Rn + X --- kx---> Pn + X.                     (7)
    

    이 사슬 이동 반응은 고분자의 분자량, 반응속도, 중합 금지, 중합 지연 등과도 관련이 있게 됩니다.


라디칼 개시제의 종류 및 반응

자유 라디칼 (free-radical) 또는 라디칼이라고 부르는 라디칼 개시제 (radical initiator)는 단량체 존재하에서 라디칼을 생성하는 화합물을 말합니다. 일반적으로, 빛이나 열, 화학반응 또는 방사선에 의해 화학결합이 약한 부분의 결합이 끊어져서 라디칼이 형성됩니다. 개시제의 라디칼 생성 조건에 따라서 다음과 같이 나누어서 고찰할 수 있습니다. 각각에 대해서 아래에 설명하고, 표 1에 라디칼 개시제의 유형과 반응을 요약해두었습니다.

  1. 열분해 반응
  2. 산화환원 반응에의한 개시반응
  3. 직접 열 개시
  4. 광개시 반응
  5. 고에너지 방사선에의한 개시

 

 개시제 종류

 화학식 혹은 예

 1

 유기 과산화물 또는 하이드로과산화물

 R-O-O-R, RCOOH, 벤조일퍼옥시드, PhC(=O)OOC(=O)Ph 

 2

 산화-환원제

 퍼설페이트+환원제, 하이드로과산화물+ 철(Ⅱ)이온

 3

 아조 화합물

 R-N=N-R',  Me2C(CN)N=NC(CN)Me2 (AIBN)

 4

 유기금속시약

 알킬화은, RAg

 5

 열, 빛, 자외선 혹은 고에너지 조사

 

 6

 전해질의 전자이동

 

1. 열분해 반응

과산화물, 아조화합물 등은 열분해에 의해 쉽게 단일 결합이 끊어져서 라디칼을 형성합니다.

1).  과산화물의 분해    

 과산화물, R-O-O-R'은 열분해에의해 라디칼을  형성합니다.  아래에 benzoyl peroxide의 분해 반응을 보여줍니다.  그리고 표 2에는 자주 사용되는 과산화물들의 이름과 사용온도 등을 정리해두었습니다.

R-O-O-R --> 2 R-O.


2). 아조화합물의 분해 

아조화합물, R-N=N-R'은 열분해에의해 라디칼을 형성합니다. 

 R-N=N-R  --> 2 R. +  N2

 표 3. 아조화합물,(R'N=NR') 의 활성화에너지와 유용한 개시온도 범위

  R'

 Eact(Kcal/mol)

 유용한 개시온도범위(℃)

 1

 CH3

 50.2

 225~250

 2

 (CH3)2CH

 40.8

 180~200

 3

 C6H5(CH3CH)

 36.5

 105~125

 4

 (C6H5)CH

 26.6

 20~35

 5

 (CH3)2(CN)C

 30.8

 40~60

2. 산화환원 반응에의한 라디칼의 형성

퍼설페이트 등은 화학반응에 의해 라디칼을 형성합니다.

히드로과산화물도 철 이가 이온과 반응하여서 라디칼을 형성합니다.

3. 전자선 및 방사선 등 고에너지에의한 라디칼 형성

3. 직접 열 개시  및 광개시

 



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How to use PC 2015. 3. 22. 19:46

HTML DIV tag: 테두리선 종류 - BORDER LINE TYPE : solid, dotted, dashed, double, groove, inset, outset, ridge

DIV영역의 테두리선 종류를 잘 이용하면, DIV영역이 페이지에 잘 어울리도록 하거나 또는 눈에 잘 띄도록 할 수 있다.

[선의 종류]
solid, dotted, dashed, double, groove, inset, outset, ridge 

border: 선굵기 선종류  선색상;


[Solid 1px 을 적용한 모습]
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Double 5px을 적용한 모습
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Groove 5px을 적용한 모습
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Outset 5px을 적용한 모습
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Posted by 겨울소나기

구글 블로그 - 페이지

How to use PC 2015. 3. 22. 19:36

구글블로그에서는 포스트(posts)와 페이지(pages)라는 용어를 사용하고 있다. 포스트와는 달리 페이지(pages)는 그냥 '페이지'라고 하면 혼동이 일어난다. 예컨데, 대문페이지, 홈페이지, 검색페이지, 라벨페이지... 등과 같이 '페이지'라는 낱말이 두루 쓰이기 때문이다.

이 글에서는 그러한 혼동을 피하기 위하여, 부득이, 왼쪽 그림에 있는 블로그의 기능 가운데 하나인 페이지(pages)는 '페이지즈'라고 부르기로 한다.

구글 블로그에 글을 쓸 수 있는 곳이 두 군데 있다. 하나는 블로그의 일반적인 글을 쓰는 글쓰기(posts)이고 또 하나는 페이지즈(pages)이다. 페이지즈(pages)는 블로그 프로필 등과 같이 자주 바뀌지 않는 내용을 올리는데 많이 쓰이므로 페이지즈를 '스태틱 페이지(static pages)'라고 부르기도 한다. 주) static [스태틱: 고정되어 있는, 움직이지 않는] 페이지즈(pages)는 포스트(posts)와 달리 아래와 같은 특징이 있다.

1. 글을 작성하는 경로가 다르다.

왼쪽 그림에서 보는 것처럼, 일반 글쓰기(posts)와 페이지즈(pages)는 별도의 기능으로 나뉘어 있다. 즉, 포스트와 페이지즈는 목적과 기능이 다른 것이다. 포스트와 페이지 메뉴를 들어가 보면, 목록이 나열되는 모양새도 전혀 다르다.

2. 페이지즈는 아카이브에 포함되지 않는다.

블로그의 글들은 발행일시순으로 아카이브(Archive) 목록에 묶어지는 반면에, 페이지즈는 아카이브에 포함되지 않는다. 따라서, 페이지즈는 아카이브나, 블로그 글 아래에 있는 앞글(Previous post 또는 New post) 뒷글(Next post 또는 Older post) 링크, 그리고 블로그 피드(RSS Feeds)로는 접근할 수 없다.

방문자가 페이지즈에 접근할 수 있도록 하려면 블로그 대시보드의 짜임새(Layout)로 들어가서 페이지즈가젯(pages gadget), 링크리스트가젯(link-list gadget), HTML/JavaScript 가젯 등을 이용하거나 아니면 블로그 HTML 편집창에서 직접 링크를 걸어주어야 한다. 그렇지 않으면 방문자는 페이지즈에 접근할 수 없고 읽을 수도 없다.

3. 이어보기(Jump-break) 기능이 적용되지 않는다.

블로그 대시보드 > 짜임새(Layout) > 블로그 글설정(Blog Posts) > 한페이지에 보여줄 글 수(Number of posts on main page)에서 글 수를 지정해주면, 대문 페이지, 검색결과 페이지, 라벨검색 페이지 등에서 지정된 수 만큼의 글이 한 페이지에서 보여지게 된다.

페이지즈는 위의 설정이 적용되지 않으며, 한 번에 하나의 페이지즈만 보여지게 된다. 따라서 점프-브레이크 기능이 필요 없으므로, 점프-브레이크 기능이 적용되지 않는다. 페이지즈에 점프-브레이크 태그인 를 삽입해도 무시되고 작동되지 않는다.

4. 페이지즈는 홈페이지로 지정될 수 없다.

대시보드 > 페이지즈(pages)로 들어가면, [Home]이라는 페이지즈가 기본적으로 만들어져 있다. 이 [Home]페이지즈는 최근에 작성된 글을 맨 위로 하여, 지정된 글 갯수 만큼을 한 페이지에 보여주도록 설정되어 있다.

편법이기는 하지만, 블로그의 리다이렉트(redirect) 기능을 이용하면 [Home]를 눌렀을 때 특정한 페이지즈로 연결되도록 할 수는 있다.

5. 페이지즈는 피드(RSS Feeds)에 포함되지 않는다.

위에서 말한 바와 같이, 페이지즈는 피드에 포함되지 않기 때문에, 블로그의 RSS피드를 구독하는 독자는 페이지즈가 새로 올려져도 읽을 수 없다.

거꾸로, RSS피드를 통해서 읽혀지기를 바라지 않는 내용이 있다면, 페이지즈를 활용하면 될 것 같다.

구글블로그 사용법: 포스트와 페이지의 페이지설정 기능 차이점

6. 글작성창의 설정(Settings)기능에 차이가 있다.

옆의 그림에서 윗쪽은 일반적인 글(posts) 작성창의 글설정(Post settings) 기능이고, 아래쪽은 페이지즈(pages) 작성창의 페이지설정(Page settings) 기능이다.

그림에서 보듯이, 페이지즈 글작성창의 페이지설정 기능은 두 가지 뿐이다.

6-1. 페이지즈에는 라벨을 달 수 없다.

페이지즈는 라벨이 없으므로, 라벨가젯에 나타나지 않으며 라벨링크나 라벨검색을 통해서 접근할 수 없다.

6-2. 페이지즈에는 발행일정을 지정하거나 변경할 수 없다.

페이지즈는 발행일시를 지정할 수 없고, 즉시 발행된다. 따라서, 일반적인 글(posts)와는 달리 발행일시에 따른 순서를 변경할 수 없다.

6-3. 페이지즈에는 퍼머링크를 작성할 수 없다.

페이지즈는 페이지즈의 제목에 있는 영문자를 뽑아 자동으로 퍼머링크가 만들어진다.

6-4. 페이지즈에는 위치태그를 달 수 없다.

#### 일반 글(posts)에는 지역위치 태그를 달아서, 검색자의 위치와 연동시킬 수 있지만, 페이지즈는 지역위치 태그를 달 수 없다.

7. 페이지즈는 리다이렉트(redirect) 기능이 있다.

페이지즈는 블로그 머리부분(헤더: Header)이나 사이드바(Sidebar)에 카테고리나 메뉴 버튼으로 사용할 수 있다. 즉, 페이지즈에 특정한 페이지로 연결(리다이렉트: redirect)되도록 설정할 수 있다.(아래 그림 참조). 이러한 기능을 위해 페이지즈 가젯이 별도로 제공되고 있다.

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Posted by 겨울소나기

시/사람이 남았잖아

MyLife 2015. 3. 20. 10:30

사람이 남았잖아

"바보같이 살았나 봐요.
좀 더 약게 처신하고 내 몫을 챙겼다면
지금보다는 더 이름을 날렸을지도 모르는데요."
나도 모르게 지인들에게 하소연 같은 말을 했습니다.
주어진 책임을 완수하겠다고,
나름 의리를 지킨다고 했는데 그것이 결국
발전에 지체를 가져온 듯 해서,
기회가 줄어든 듯 해서 뱉은 말이었습니다.

"그렇게 생각하지 마. 대신 네 주위에 사람이 남았잖아."
그들은 나를 위로해주었습니다.

'사람이 남았다'는 말만큼 좋은 말이 어디 있겠습니까.
그러나 곰곰 생각해보니, 과연 그럴까 싶기도 했습니다.
사람관리도 제대로 못한 듯 하니 말입니다.
그래도 그 말이 싫지는 않았습니다.
금전보다 중요한 것이 사람간의 정과 도리겠지요.
때로 명예가 우선이고 물질이 우선으로 여겨질 때,
사람이 남았다는 말을 되새겨보렵니다.
'교묘한 것은 서툰 것만 못하다.
약삭빠른 것보다는 오히려 우직한 것이 더 낫다'는 명언을
읊조려보겠습니다.

최선옥

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인터에서 꼼수들

MyLife 2015. 3. 19. 17:38

YouTube 동영상 다운로드 하기 savefrom.net에서 주소 넣고 엔터

YouTube-mp3.org 는 비디오를 mp3로 전환하는 가장 쉬운 온라인 서비스 -> 2015-3-19 작동하지않음. 여기에서 변환

http://x.co/89eqJ

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유연제(Fabric softener)

Textile_auxiliary 2015. 3. 19. 14:09

섬유 가공용 유연제

실 또는 직물에 적당한 유연성을 주거나 유연 평활성을 주어 최종제품의 태를 개량하여 상품가치를 높이기 위해서 처리하는 가공을 유연가공(soft finishing)이라고 한다. 가공에 쓰이는 약제는 유연제 또는 유연평활제로 불리고 있다. 그러나 실제적으로는 직물에 유연성을 주거나 태를 개량하는 목적 외에 섬유의 종류 및 최종제품의 용도에 따라 편성, 봉제, 대전방지, 흡수, 재오염방지, 수지가공 등에 있어서 직물의 물성저하 방지, 발수·발유 등의 제 성능과의 조합이 배려된다. 그런데 최근 섬유제품의 가공은 기능성보다도 감성(感性)을 중요시하는 경향이 있어 개성화·고급화와 아울러 태의 초소프트화가 요망되고 있다. 이와 같은 태를 얻는데는 유연제만으로는 만족한 결과를 얻기는 힘들고 소재나 기계적 처리를 포함하여 종합적으로 고려해 볼 필요가 있다. 소재적으로 볼 때 합성섬유는 초극세사 등에 의한 차별화 및 유연화 등이 고려되고 천연섬유나 그 혼방품은 효소감량 등에 의한 유연화 등이 고려된다. 그리고 기계적으로는 캘린더, 기모, 버핑기 등에 의한 처리가 있다. 실제적으로는 이와 같은 처리와 선정되어진 소재의 조합에 의하여 유연 온화감, 냉감, 피치스킨 촉감, 실크, 울 촉감, 드레이프성 등을 주고 있는 실정이다. 여기에서는 유연제에 의한 섬유제품의 여러 가지 태를 개량하는 가공에 대하여 설명하고자 한다.

섬유 가공용 유연제의 종류

1. 계면활성제계 유연제

계면활성제계의 유연제는 각종 유연제 중에서 가장 많이 사용되어 섬유제품의 최종 가공공정에 간단히 응용되어 왔으나, 최근에는 여러 가지 기능적인 성능 및 특징이 요구되어 조성 및 구조에 대해서 많은 검토가 이루어지고 있다. 일반적으로 양이온계 유연제는 매끈한 감과 유연성이 크고 약발수성(弱撥水性)으로 백도저하가 크다. 음이온계는 매끈한 감이 작고 부품감이 있는 드라이 터치를 주고, 비이온계는 양이온계와 음이온계의 중간 정도로서 매끈한 감은 양이온계 다음으로 크고 부품감은 음이온계 다음으로 큰 것으로 알려져 있다. 그러나 실제로 필요한 태를 얻기 위해서는 여러 가지 계면활성제를 조합하여 유연제를 개발하고 있기 때문에, 이온성에 따른 태의 차이점은 명확한 것이 아니고 조합에 의하여 부품감과 매끈한 감을 줄 수 있도록 하거나, 양이온계의 태를 주면서 발수성이 없고 백도저하가 극히 적은 것, 음이온성으로 매끈한 감이 큰 것 등 계면활성제를 적당히 조합하므로서 여러 가지의 태를 얻을 수 있다. 다음은 일반적으로 사용되고 있는 계면활성제계 유연제와 최근에 기능성 유연제(예: 흡수성 유연제)를 분류·소개한다.

(1) 양이온계 유연제

  • 긴 사슬 모노 또는 디알킬 4급 암모늄염
  • 지방산 폴리아민 폴리아마이드형 (폴리에틸렌폴리아민과 지방산의 반응물)
  • 알킬이미다졸린형

(2) 음이온계 유연제

  • 황산화유염(주로 牛脂, 長須鯨油 등)
  • 말향경유의 부분황산화물의 염
  • 고급알코올(C16 ∼ C18) 황산 에스터염 또는 인산 에스터염
  • 디알킬술포호박산 에스터(dialkylsulfosuccinate)

(3) 양성이온계 유연제

  • 긴 사슬 알킬베타인
  • 긴 사슬 알킬 이미다졸리늄베타인
  • N, N-디알킬 아미노 프로피온산염

(4) 비이온계 유연제

  • 다가 알코올 지방산 에스터
  • 폴리에틸렌글리콜 지방산 에스터

(5) 기능성 유연제

  1. 흡수성 음이온계 유연제 흡수성의 음이온기로서 -COONa, -SO3Na를 함유하는 형으로 -CONH, -N< 등 유연기의 결합을 보유하고 있는 유연제이다. PEG·PEG 유도체/친수성 알킬아마이드 화합물의 조합이나 에폭시 알칸/디에탄올 아민/무수말레산의 반응물로 제조할 수 있다. 흡수성 양이온계 유연제 일반

  2. 적으로 널리 사용되고 있는 양이온계 유연제는 어떻게 해서든지 유연성을 잃지 않고 흡수성을 줄 것인가 하는 것이 중요한 점인데, 실제적으로 완전하게 그 기능을 나타나게 하는 것은 어렵다. 다만 흡수성의 구조를 갖도록 연구하여 조금이라도 습윤력이 있는 유연제를 고안해내도록 하는 것이 바람직하다.

에폭시 알칸/디메틸아민/디클로로프로판올의 반응물과 기재로 디스테아릴디메틸암모늄염을 사용하여 흡수성을 향상시키는 방법 등이 있다.

(6) 내구성(내세탁성) 유연제

일반적으로 사용되고 있는 계면활성제계 유연제는 이온성과 관계없이 셀룰로오스 섬유에 흡착·부착하는 형으로, 특별히 가교결합하는 구조로 되어 있지는 않다. 따라서 세탁에 견디고, 반복세정에도 그 유연성을 잃지 않는 내구성 유연제의 개발이 요구되고 있다. 일반적으로 긴 사슬 알킬기를 섬유에 결합시켜 내구성을 향상시키는 방법의 한 예를 들어본다.

첫째. methyl distearylamide propylamine을 용매하에 epichloro-hydrine과 반응시킨 화합물을 처리하여 셀룰로오스와 반응시킨다. 이 화합물과 셀룰로오스와의 반응은 구조 중 에폭시기와의 사이에서 일어나며, 이때 아민 화합물의 흡착과정에서 흔히 발생되는 황변현상에 대해서도 주의가 필요하다.

둘째. 위와 유사한 방법이지만 N-methyl distearylamine에 epichlorohydrine을 반응시켜 얻은 다음과 같은 형의 것을 사용해도 좋다. 또 이것을 흡수성 형태로 만들기 위해서 1몰의 distearylamine에 5∼10몰의 EO를 첨가한 후 epichloro -hydrine을 반응시키는 방법도 제안되고 있다.

가교기를 검토하는 것은 최근의 가공제에 있어서 중요하기 때문에 수많은 가교기를 생각할 수 있다. 그러나 유연성을 저해하지 않고 제품의 유화·분산이 우수한 유연제의 개발이 앞으로 기대된다.

2. 실리콘계 유연제

유기 실리콘화합물은 섬유제품의 제조공정 중이나 가공공정 중에 고부가가치의 차별화 고급제품을 생산하기 위하여 최근에 이용이 급증하고 있다. 이들 섬유처리 공정에는 실리콘오일(silicone oil), 실리콘고무(silicone gum), 실리콘수지(silicone resin)나 실란(silane)화합물(SinH2n+2)이 직접적으로 또는 유화액이나 분산액의 형태로 쓰이고 있다. 일반적으로 섬유제품의 평활성이나 발수성을 주는 것에는 dimethyl polysiloxane oil(DMPS)과 methyl hydogen poly -siloxane oil(MHPS)이 주로 사용되어 왔다. 그러나 태의 다양화와 고부가가치, 차별화 상품의 개발을 위하여 1980년대에 들어와서 많은 유기변성실리콘(organo reactive silicone oil, modified silicone oil)이 태 개량제로서 사용되었다.

유기변성실리콘은 DMPS의 일부의 메틸기를 아미노기, 에폭시기 또는 카르복실기 등으로 치환된 것이나, 그 변성률은 1∼5%로 나머지 대부분의 95∼99몰%는 dimethyl siloxane 단위(CH3)2SiO로 구성되어 있는 물리화학적 기본 특성은 DMPS 그 자체인 것이다. 또한 가열경화형이나 실온경화형의 실리콘 고무도 주 단위는 dimethyl siloxane 단위로 되어 있다.

(1) 섬유가공용 유기실리콘화합물

섬유가공에 이용되는 유기실리콘화합물의 구조와 그 제법의 개요를 살펴보면 다음과 같다.

silicone oil (monofunctional) silicone gum (bi-functional) silicone resin (tri-functional)

(2) DMPS의 특성

표 3-17에 DMPS㈛(CH3)2SiO2n의 주사슬의 Si-O-Si 결합과 유기계 고분자의 대표적인 C-C 결합, C-O 결합의 다른 점을 비교하여 나타내었다. DMPS의 골격인 Si-O-Si 결합은 유기계의 골격을 형성하는 C-C 또는 C-O 결합과 비교하여 결합 에너지는 약 1.3배이고 결합각, 결합의 원자간의 거리도 크다. 표 3-17. SiO 결합과 CO, CC 결합의 비교 항목 단위 Si-O-Si C-O-C C-C-C 결합각 결합에너지 결합거리 이온결합성 degree kcal/mol Å % 130―160 108 1.64 50 110 85.5 1.43 22 110 84.9 1.54 0

전기음성도

Si: 1.90 C: 2.55

이 사실은 유기계 고분자에 비하여 DMPS는 열적으로 안정하고 유연성이 풍부하다는 것을 시사하고 있다. 그리고 Si는 C 에 비해서 금속적 성질이 보다 크고 전기음성도가 적다. 더욱이 Si-O-Si는 약 50%가 이온결합인 것이 특이하다. 특히 섬유평활제 등으로 쓰이는 유동파라핀, 왁스류, 폴리에틸렌글리콜 등에 비하여 DMPS는 내열성이 극히 우수하다. 이러한 점은 원사·원면용 유제, 탄소섬유용 유제, 여러 가지 가공사용 유제, 예를 들면 가연가공 등의 유제 또는 고온에서 열연신 고정시키는 산업용 타이어코드용 유제 등에 있어서는 매우 유리하다. 또한 Si-O-Si의 결합각도 크고, 원자간 결합거리도 커서 운동의 자유도가 크게 된다. 더욱이 Si-C의 결합거리도 1.93Å으로 크고 후술하는 DMPS의 분자간력도 약하기 때문에 결정화하지 않는다. 따라서 산소, 질소 또는 수증기 등의 분자를 투과하기 쉽게 하여 투과성·통기성이 풍부한 섬유가공을 할 수 있다.

그림 3-28. DMPS의 구조와 특성

그림 3-28은 DMPS의 구조와 물리적 특성을 나타낸 것이다. DMPS는 Si 원자수 6∼7개 단위로 나선 구조를 취하고 메틸기가 외측에 Si-O-Si가 심(芯)측에 배열된 분자구조를 갖고 있다. 즉 곁사슬로 된 메틸기는 저표면 에너지의 기로서 이것이 주사슬의 Si-O-Si의 극성기를 초(sheath)와 같이 덮고 있기 때문에 분자간의 인력이 약하게 된다. 이 때문에 DMPS의 분자간력은 작고, 또한 표면장력이 극히 약한 것도 이와 같은 분자구조를 취하고 있기 때문인 것으로 고려되고 있다. 이 성질은 섬유의 처리에 있어서 매우 중요하다. 이와 같은 구조와 특성 때문에 복잡한 섬유, 섬유 집합체·조직 뿐만 아니라 1본, 1본의 복잡한 표면형상에서도 DMPS는 고르게 부착하여 섬유와 섬유간 또는 조직간의 굴림대(回轉子) 역할을 하여 유연처리나 신장·회복 효과를 증대시킨다. 다음에 DMPS의 섬유가공에의 응용을 쉽게 이해할 수 있게 하기 위하여 그 특징을 열거해 본다.

  • 무색 투명하다.
  • 열에 대하여 안정하고 온도에 따른 점도변화가 작다.
  • 저온특성이 우수하다.
  • 표면장력이 낮다.
  • 평활성이 양호하다.
  • 무미, 무취로 독성도 매우 작다.
  • 피부에 자극성이 없다.
  • 내산화성이 우수하고 장기 보존시에도 변질하지 않는다(화학적 안정성).
  • 증기압이 낮고 인화점이 높다.

그림 3-29. 섬유가공 공정과 실리콘의 용도의 예

  • 수증기나 공기의 투과성이 양호하다.
  • 발수성이 풍부하고 광택이 좋다.
  • 소포성이 우수하고 팽창계수가 크다.

(3) 섬유가공 공정에의 응용

섬유제조 및 가공공정 중에 응용되는 실리콘을 용도별로 분류하면 그림 3-29와 같다.

(4) 유기변성 실리콘의 종류와 특징

DMPS의 메틸기의 일부가 다른 작용기로 치환된 유기변성 실리콘이 태의 다양화와 내세탁성 향상을 목적으로 최근에는 모든 섬유에 처리되고 있다. 섬유소재의 상이, 실의 형태, 꼬임수, 섬도, 조직, 밀도, 용도, 목적, 태의 선호 등 많은 요인에 의하여 여러 가지 유기변성 실리콘이 개발되어 왔다. 그림 3-30에 유기변성 실리콘의 분류와 용도의 예를 들고, 주요 유기변성 실리콘의 화학구조와 그 특징을 표 3-18에 나타낸다.

에폭시 : 흰색·엷은색 염색포의 태 개량, PET 부품감부여 에폭시 폴리에테르:셔츠 및 내의의 흡수·유연·SR성부여 아미노 : 면 및 혼방품의 유연, 아크릴의 평활성 아미노 폴리에테르:내의류의 흡수·흡한·SR성 부여 카르복시 : 의마가공,PET 태 개량, 피혁의 처리 카르복시 · 폴리에테르:내의류 흡수·흡한, 안감류 대전방지 티올 : 양모의 평활 · 펠트화 방지 알코올 : 우레탄 코팅포의 개질 알킬 : 원사 · 원면용 유제의 평활성 폴리에테르 : 흡수 · 대전방지 · SR성부여 고급알코올 에테르 : 왁스와의 병용에 의한 봉사의 윤활성 인산에테르 : 원사 · 원면용 유제 플루오르 : 농염화, 소포제

그림 3-30. 유기변성 실리콘의 분류와 용도의 예

이들 유기변성 실리콘은 단독으로 사용하는 것 외에 다른 변성 실리콘이나 실란(silane)류를 조합시켜 사용하는 경우도 있다. 예를 들면, 에폭시 변성 실리콘과 아미노 변성 실리콘, 아미노 변성 실리콘과 카르복시 변성 실리콘 또는 아미노 변성 실리콘과 실란 등의 조합으로, 이들의 조합은 또 새로운 태를 창출하고 내세탁성도 향상시키게 된다.

표 3-18. 유기변성 실리콘의 화학구조와 특징 . 실 리 콘 구 조 식 특 징 DMPS

평활성이 크고 백도저하 없음 에폭시 변성 실리콘

평활성이 크고 백도저하 없음 유연성 양호 아미노 변성 실리콘

매끈한 감이 좋고 심(芯)이 없는 태가 얻어짐 백도저하 있음 카르복시 변성 실리콘

평활성, 매끈한 감 열등 Silk-like handle 폴리에테르 변성 실리콘

흡수성은 좋으나 유연성 열등

표 3-19는 실리콘을 유화(폴리에테르 변성 수용액)하여 직물에 1% 부착시킨 2종의 시료를 전기 세탁기로 50분간씩 세탁을 3회 반복한 후 형광 X선 분석장치로서 시료에 잔존하고 있는 Si(%)를 측정한 것이다. 아미노 변성 실리콘/카르복시 변성 실리콘 수지를 처리한 100% 면 브로드직물 (broad cloth)의 경우 내세탁성이 매우 양호함을 알 수 있다. 현재 주로 많이 사용되고 있는 유기 변성 실리콘은 아미노 변성 실리콘과 에폭시 변성 실리콘으로서 실리콘 오일의 중합도와 변성률을 변화시키는 것에 의하여 부품감이나 심이 없는 태, 반발탄성 등의 태를 얻을 수가 있다. 표 3-19. 각종 실리콘의 내세탁성 시 료 실 리 콘 세탁후의 Si 잔존율(%) PET/면(65/35) broad 면 broad A B C D E F G 중점도 DMPS(350cSt) 고점도 DMPS(100,000cSt) 에폭시 변성(18,000cSt) 아미노 변성(1,200cSt) 카르복시 변성(2,200cSt) D/E 블랜드(1/1) 폴리에테르 변성(450cSt) 13.5 33.0 52.3 82.4 70.8 75.5 4.3 15.5 27.5 48.4 72.5 60.8 98.7 5.6

1) 아미노 변성 실리콘(amino-functional silicone)

아미노 변성 실리콘은 면, 레이온, PET/면 등에 처리하므로서 심이 없는 유연한 태가 얻어진다. 아미노 변성 실리콘의 유연효과는 아미노기의 극성에 의하여 실리콘 중합체가 효과적으로 섬유표면에 흡착·배열하고, 또한 공기중의 수분과 탄산가스의 존재 때문에 2가의 산으로 되어, 이것이 아미노기 2분자간의 가교를 형성하여 고중합체화 함으로써 내세탁성이 있게 된다. 이 증점(增粘) 경향은 아미노 변성 실리콘을 공지 중에 얇게 펼쳐 놓음으로써 쉽게 관찰할 수 있다. 아미노 변성 실리콘은 유화가 쉬워서 유화액은 희석안정성이 풍부한 특징이 있으나, 열이나 자외선에 의하여 아미노기가 산화하여 시간이 경과함에 따라 황변하는 결점도 가지고 있다. 아미노기의 함량을 많게 하면 태가 유연하여 매끈한 감이 좋아지고, 아미노기의 함량을 작게 하면 매끈한 감이 감소하여 유연성도 나빠진다. 이 때문에 종래에는 아미노기의 함량을 작게 하여 황변을 작게 하고, 아미노 실리콘의 분자량 등을 변화시키므로서 태의 저하를 예방할 수 있다. 최근에는 여러 가지 방법으로 아미노기를 봉쇄하는 것에 의하여 백도와 태의 밸런스를 이룰 수 있도록 하고 있으나, 그래도 백도와 태는 일정한 관계가 있는 것으로 생각된다. B, C, D 3종의 아미노 변성 실리콘은 반발 탄성적(elastomeric) 가공도 가능하여 편성포의 신장회복성, 피트(fit)성 부여, 방추가공 또는 부품감 있는 가공도 가능하게 된다. 이들 유화액에 흡착촉매를 병용하면 약 90% 이상의 실리콘을 흡착하는 처리가 가능하여 유화제가 부착하지 않아 보통의 침지처리와 다른 태를 창출함과 아울러 내세탁성도 좋고, 실리콘이 처리액 중에 거의 남지 않기 때문에 배수처리도 쉬운 장점이 있다. 표 3-20은 아미노 변성 실리콘 유화액으로 PET/면(65/35) 혼방편성포에 처리한 효과를 나타낸 것이다. 압축탄성률, 방추도, 강연도, 신장회복률 모두 처리 효과가 크며 mohair-like handle로 내의류의 처리제로 매우 적합하다. 아미노 변성 실리콘의 부착량은 포에 대하여 0.2∼0.5% o.w.f.가 적합하며 과량을 사용하면 흡수성을 상실한다. 표 3-20. 아미노 변성 실리콘* 유화액의 PET/면 편성포의 처리 효과. 항 목 실리콘부착(%) 압축탄성률(%) 방추도(%) 강연도(mm) 신장회복률(%) W F 77

2) 에폭시 변성 실리콘(epoxy-functional silicone)

에폭시 변성 실리콘은 아미노 변성 실리콘과 같이 황변하는 일이 없고 매끈한 감도 적기 때문에 외의나 연한색 염색포 또는 셔츠지와 같은 백색물의 가공에 적합하다. 양말단 에폭시 변성 실리콘도 시판되고 있으나, 섬유용으로는 다음 2종의 에폭시 변성 실리콘이 주체이고, 그 밖에도 에폭시기와 폴리에테르기를 분자 내에 가지고 수용성으로 SR성, 대전방지성, 태의 개량에 적합한 에폭시·폴리에테르 변성 실리콘도 시판되고 있다.

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Amino-modified Silicone Fluid for Textile Treatment

Textile_auxiliary 2015. 3. 19. 13:35

Amino-modified Silicone Fluid for Textile Treatment

아미노 실리콘 오일은 섬유의 마무리 가공용(후가공) 유연제로 매우 광범위하게 적용되는 물질이다. 아미노 오일의 기본적인 성질을 이해하기 위해서 황변을 조사했다.

황변성의 평가 방법

  • 아미노 오일을 각각 제조자가 권장하는 방법에 의해 유효성분 40% 농도의 제품으로 제조(유화)하고,
  • 제조한 실리콘 유연제 10% 수용액을 시험용액으로 적용한다.
  • pad->Dry -> Cure 의 방법에 의해 polyester 원단에 처리하고
  • 분광형 측색기 ColorEye 3100 으로 측색하여 평가(L, a, b value)

황변성의 비교 결과




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티스토리 어드민 페이지 접속 주소

MyLife 2015. 3. 19. 10:48

티스토리 스킨을 만지다가 문제가 생겨 접속이 안되는 경우, 관리자 페이지 접속하는 방법

자신 블로그 주소 뒤에 /admin/center 으로 접속한다.

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Water-in-oil polymer emulsions, process for their preparation and their use

Polymer_chemistry 2015. 3. 17. 17:50

Water-in-oil polymer emulsions, process for their preparation and their use

EP 0623630 A2

초록

Water-in-oil polymer emulsions, characterised in that they contain water-soluble polymers having a mean particle size of from 0.1 to 20 mu m emulsified in a continuous oil phase comprising at least 50% by weight of an oil of vegetable or animal origin with the aid of from 0.5 to 15% by weight, based on the total emulsion, of an emulsifier mixture comprising a) from 5 to 95% by weight of a block or graft copolymer of the formula (A-COO)m-B, in which A is a hydrophobic polymer having a molecular weight of > 500 g/mol based on a poly(hydroxycarboxylic acid), B is a bifunctional hydrophilic polymer having a molecular weight of > 500 g/mol based on a polyalkylene oxide, and m is at least 2, and b) from 5 to 95% by weight of another water-in-oil emulsifier having a molecular weight of < 1000 g/mol, and optionally up to 10% by weight, based on the total emulsion, of a wetting agent having an HLB value of greater than 10, process for the preparation of the water-in-oil polymer emulsions, and the use of these emulsions as flocculents for effluent treatment and sewage sludge dewatering and as dewatering and retention agents in papermaking.

[0001] The invention relates to water-in-oil polymer emulsions of water-soluble polymers, wherein the continuous oil phase consists of at least 50 wt .-% of an oil of vegetable or animal origin, to a process for the preparation of water-in-oil polymer emulsion by polymerizing the water-soluble monoethylenically unsaturated monomers in the form of water-in-oil emulsions, wherein the oil comprises at least 50 wt .-% vegetable or animal oils in the presence of radical-forming initiators and optionally wetting agents into particles having an average particle size of 0, 1 to 20 microns and use of water-in-oil polymer emulsion as a flocculant for wastewater treatment or as drainage and retention aids for paper making.

[0002] EP-B-0045720 are known, inter alia, water-in-oil emulsions of water-soluble polymers of monoethylenically unsaturated cationic monomers. According to the information in the description oils of animal and vegetable origin can form the oil phase of the water-in-oil polymer emulsion, but in all examples, a branched paraffin is used as the oil phase.

[0003] DE-B-3302069 polymerisat- and surfactant preparations are known to occur as water-in-oil polymer emulsion and in which the oil phase of the emulsion also from vegetable and animal oils, ie essentially triglycerides, can exist. In the examples of this publication, however, only hydrocarbons will be used as the oil phase.

[0004] From EP-B 0208217 environmentally friendly Flockungsmittelorganosole are known, as the oil phase, the biodegradable aliphatic dicarboxylic acid esters, such as containing bis (2-ethylhexyl) adipate. Products of this type are produced in large-scale syntheses economically and with consistent quality. They are also readily biodegradable. According to the information in this publication, the use of vegetable or animal oils as the oil phase of water-in-oil polymer emulsions is disadvantageous because the natural products are not uniform and vary in their composition, which has an adverse effect on the quality of Organosols and their use as flocculants effect. The use of oils of vegetable origin as the oil phase in the preparation of water-in-oil polymer emulsions often leads to technical difficulties, because the water-in-oil polymer emulsions have high coagulum or are extremely difficult to filter.

[0005] From US-A-4,918,123 Water-in-oil emulsions of cationic copolymers of water-soluble and water-insoluble monoethylenically unsaturated monomers are known, using an emulsifier mixture of a polymeric water-in-oil emulsifier and a low molecular weight water normally used -in-oil emulsifier, such as sorbitan monooleate, can be produced. As oil phase but excluding hydrocarbons are described in this paper.

[0006] The polymeric emulsifier is used along with sorbitan monooleate in the process of US-A-4,918,123, is known from EP-A-0000424. These are oil-soluble, water-insoluble block copolymers of the ABA type of polyester-polyethylene oxide-polyester, prepared, for example, by reacting condensed 12-hydroxystearic acid with polyalkylene oxides.The oil-soluble block copolymers and mixtures thereof with low molecular usual water-in-oil emulsifiers are as specified in the said EP application is of particular interest for the emulsification of water in hydrocarbon oils.

[0007] From EP-A-0297184 polymerisathaltige water-in-oil emulsions are known in which the polymer particles consist of a crosslinked polymer and have a particle size of 3 microns or less. According to Example 1 of this publication, there is the oil phase of the emulsion of olive oil. In order to emulsify the aqueous phase in olive oil, use an emulsifier of sorbitan monooleate and the known from the above-cited EP-A-0000424 block copolymer. The aqueous phase which is emulsified using the emulsifier in the oil phase, but always includes a cross-linking agent such that cross-linked copolymers formed. The copolymers are water-swellable, but insoluble in water. They are used as thickeners for cosmetics and agriculture.

[0008] From EP-A-0,529,360 the water-in-oil polymer emulsions of water-soluble or water-swellable polymers are known, wherein the oil phase of the emulsion comprises at least 50 wt .-%, consists of an oil of vegetable or animal origin, and as a water-in-oil contain emulsifier compounds by reaction of (A) C₁₀- to C₂₂-fatty alcohol with epichlorohydrin in the molar ratio 1: 1.5 to glycidyl ethers: 0.5 to 1 (B) reacting the glycidyl ether with (1) saturated, 2 to 6 OH groups containing C₂ to C₆-alcohols, or (2) its monoether with a C₁- to C₂₂-fatty alcohols, in a molar ratio of glycidyl ether to (1) or (2) from 1: 0.5 to 1: 6 in the presence of acids and bases ode (C) alkoxylation of the reaction products according to (B) with at least SE C₂- to C₄-alkylene oxide in molar ratio 1: 1 to 1: 6 are available, where appropriate, 5 to 95 wt .-% of said water-in-oil emulsifiers can be replaced by other water-in-oil emulsifiers. The water-in-oil polymer emulsions can optionally contain a surfactant, so that they are self-inverting when introduced in water. The water-in-oil polymer emulsions are used for example as retention and drainage aids in the production of paper, board and cardboard or as flocculants and dewatering agent for sewage sludge. However, these emulsions sediment during storage.

[0009] The present invention has for its object to provide sedimentation-water-in-oil polymer emulsions are available, the oil phase is predominantly biodegradable.

[0010] The object is achieved with water-in-oil polymer emulsions in the continuous oil phase, the weight at least 50 - consists% of an oil of vegetable or animal origin, water-soluble polymers having an average particle size of 0.1 to 20 microns with. using 0.5 to 15 wt .-%, based on the total emulsion, of an emulsifier (A) 5 to 95 wt .-% of a block or graft copolymer of the general formula (A-COO) m -B, where A is a hydrophobic polymer having a molar mass of> 500 g / mol based on a polyhydroxycarboxylic acid, B is a bifunctional hydrophilic polymer having a molar mass of> 500 g / mol and based on a polyalkylene oxide and m is at least 2 and (B) 5 to 95 wt .-% of another water-in-oil emulsifier having a molar mass of <1000 g / mol emulsified and optionally up to 10 wt .-%, based on the total emulsion, of a wetting agent having an HLB value of more than 10 contain.

[0011] This water-in-oil polymer emulsions are prepared by water-soluble monoethylenically unsaturated monomers and water with an emulsifier is from (A) 5 to 95 wt .-% of a block or graft copolymer of the general formula (A-COO) m -B, where A is a hydrophobic polymer having a molar mass of> 500 g / mol based on a polyhydroxycarboxylic acid, B is a bifunctional hydrophilic polymer having a molar mass of> 500 g / mol and based on a polyalkylene oxide and m is at least 2 and (B) 5 to 95 wt .-% of another water-in-oil emulsifier having a molar mass of <1000 g / mol emulsified in an oil, wt .-% vegetable or animal origin is at least 50, monomers of the emulsion in the presence of radical-forming initiators and, optionally, wetting agents having a HLB value of more than 10 to give particles having an average particle size of 0.1 polymerized to 20 microns or possibly inflicts genannnten wetting agent after the polymerization of the water-in-oil polymer emulsion.

[0012] The obtainable water-in-oil polymer emulsions are used as a flocculant for wastewater treatment and sewage sludge dewatering, or as drainage and retention aids in papermaking.

[0013] The oil phase of water-in-oil polymer emulsion comprising at least 50, preferably 100% of an oil of vegetable or animal origin. These oils may be denatured or refined products. Main components of the natural oils are mainly triglycerides of which the carboxylic acid moiety is derived from mono- or polyethylenically unsaturated and saturated C₁₀- to C₃₀ fatty acids. Suitable vegetable oils are, for example, olive oil, safflower oil, soybean oil, peanut oil, cottonseed oil, rapeseed oil, sunflower oil, coffee oil, linseed oil and mixtures thereof. As animal oils fish oils, eg sardine oil, herring oil, salmon oil, shark liver oil and whale oil. In addition to the fish oils used as oil phase tallow oil, bone oil and lard oil into consideration. Both the pure oils as well as mixtures of any oils may form the oil phase of the water-in-oil polymer emulsions. Preferred oils are sunflower oil, rapeseed oil, soybean oil and tallow oil.

[0014] However, the natural oils can used for the preparation of water-in-oil polymer emulsion with water practically immiscible liquids be used with any arbitrary date. As the mixture components for the naturally occurring oils are mainly those with virtually water-immiscible liquids into consideration, which are biodegradable, such as the aliphatic dicarboxylic acid esters mentioned in DE-B-3524950. To decrease the viscosity of the water-in-oil polymer emulsions, it may be advantageous if the oil phase is up to 15 wt .-% of a hydrocarbon, typically used includes, for example hexane, cyclohexane, heptane, n-octane or isooctane. However, the oil phase preferably comprises a vegetable or animal oil or a mixture of such oils. The quantity of oil, based on the total emulsion, is 20 to 70, preferably 30 to 60 wt .-%.

[0015] The water-in-oil polymer emulsions containing finely divided water-soluble polymers. The polymers are prepared by polymerizing water-soluble monoethylenically unsaturated monomers in the aqueous phase of a water-in-oil emulsion in the presence of emulsifiers and optionally wetting agents and conventional polymerization initiators.The water-soluble monoethylenically unsaturated monomers can be copolymerized optionally together with water-insoluble monoethylenically unsaturated monomers such as vinyl acetate, wherein the water-insoluble monomers are used in general only in such an amount that still caused water-soluble polymers.

[0016] For a more detailed explanation of example only, water-soluble, monoethylenically unsaturated compounds may be mentioned the following, namely, monoethylenically unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, itaconic acid, salts of said carboxylic acids, for example the sodium, potassium or ammonium salts of acrylic and methacrylic acid esters of amino alcohols such as dimethylaminoethyl in protonated or quaternized form, eg dimethylaminoethyl hydrochloride, dimethylaminoethyl hydrosulfate, dimethylaminoethyl methochloride, dimethylaminoethyl methosulfate, dimethylaminoethyl methacrylate hydrochloride, dimethylaminoethyl methacrylate hydrochloride sulfate, dimethylaminoethyl methochloride, dimethylaminoethyl methacrylate methosulfate, acrylamide, methacrylamide, N-alkylated (meth) acrylamides, methacrylamidopropyl trimethylammonium chloride, acrylamidopropyl trimethylammonium chloride, Methacrylamidopropyltrimethylammoniummethylsulfat, Acrylamidopropyltrimethylammoniummethylsulfat, acrylamido and methacrylamidoalkylsulfonic acids and their salts such as 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, hydroxyalkyl acrylates and hydroxyalkyl methacrylates, vinyl sulfonic acid, vinyl phosphonic acid, N-vinylamides such as N-vinylformamide, N-vinylacetamide, N-vinyl-N-methylacetamide and N-vinyl-N-methylformamide, diallyldimethyl ammonium chloride, N-vinylpyrrolidone, N-vinylimidazole, N-vinylimidazoline, 2-methyl-1-vinylimidazoline, 2-sulfoethyl methacrylate, styrenephosphonic acid, and styrene sulfonic acid.

[0017] Suitable water-soluble monomers are N-methylolacrylamide, N-methylolmethacrylamide, and of monovalent C₁- to C₄-alcohols, partially or fully etherified N-methylol (meth) acrylamides. The water-soluble monomers can be polymerized alone or in mixture with one another to water-soluble polymers either. You are in any ratio with each other acrylates.

[0018] The water-in-oil polymer emulsions of this invention, contain an emulsifier to sedimentation from (A) 5 to 95 wt .-% of a block or graft copolymer of the general formula (A-COO) m -B, where A is a hydrophobic polymer having a molar mass of> 500 g / mol based on a polyhydroxycarboxylic acid, B is a bifunctional hydrophilic polymer having a molar mass of> 500 g / mol and based on a polyalkylene oxide and m is at least 2 and (B) 5 to 95 wt .-% of another water-in-oil emulsifier having a molar mass of <1000 g / mol.

[0019] The oil-soluble water-in-oil emulsifier of component (a) are known from EP-A-0000424. Are preferably used as the emulsifier of component (a) block copolymers of the type ABA in those whose A block of condensed 12-hydroxystearic acid and the B block is polyethylene oxide having a molecular weight of more than 500 g per mole. The molecular weight of the block A also is more than 500 g / mol. Block copolymers of this type are commercially available under the name Hypermer® B246 and B261 Hypermer®. Have HLB values ​​in the range of 5 to 9. The emulsifier preferably contain 10 to 70 wt .-% of these block copolymers.

[0020] As component (b) of the emulsifier other water-in-oil emulsifiers are concerned, have a molecular weight of less than 1000 grams per mole. Suitable water-in-oil emulsifier of component (b) with HLB values ​​of 2 to 10, preferably 3 to 7, for example, mono-, di- and polyglycerol fatty acid esters, such as sorbitan monooleate, dioleate, monostearate, distearate and palmitate stearate. These esters are for example obtainable by esterifying mono-, di- and polyglycerols, or mixtures of the said polyhydric alcohols with long-chain fatty acids such as oleic acid, stearic acid or palmitic acid. Other suitable water-in-oil emulsifier sorbitan fatty acid esters, such as sorbitan monooleate, sorbitan, sorbitan trioleate, sorbitan monostearate and sorbitan. Other suitable water-in-oil emulsifiers include mannitol fatty acid esters, such as mannitol monolaurate or mannitol monopalmitate, pentaerythritol fatty acid esters, such as pentaerythritol monomyristate, pentaerythritol monopalmitate, Pentaerythritdipalmitat, polyethylene glycol sorbitan fatty acid esters, particularly the monooleate, polyethylene glycol mannitol fatty acid esters, in particular, monooleate and trioleate, glucose-fatty acid esters, such as glucose and glucose monooleate monostearate, Trimethylolpropandistearat, reaction products of isopropylamide of oleic acid, glycerine sorbitan fatty acid esters, ethoxylated alkylamines, hexadecyl sodium phthalate and Decylnatriumphthalat. The emulsifier is present in an amount of 0.5 to 15, preferably 1 to 10 wt .-% in water-in-oil polymer emulsion of the invention comprise. The emulsifiers of the group (b) are preferably 90 to 30 wt .-% in the emulsifier mixture.

[0021] The water-in-oil polymer emulsions can also optionally contain up to 10 wt .-%, based on the total emulsion, of a wetting agent having an HLB value of more than 10 contain (for the definition of the HLB-value, see. WC Griffin, Journal of the Society of Cosmetic Chemist, Vol 1, 311 (1950). Suitable wetting agents having an HLB value above 10, for example, ethoxylated alkylphenols, dialkyl esters of Natriumsulfosuccinaten, wherein the alkyl group has at least 3 carbon atoms. soaps derived from fatty acids having from 10 to 22 carbon atoms derived, alkali metal salts of alkyl or alkenyl having 10 to 26 carbon atoms. In addition, ethoxylated fatty alcohols and ethoxylated amines are. If one uses the wetting agent before polymerization, obtained particularly finely divided water-in-oil polymer emulsions.

[0022] The polymerization of the monomers is conducted in the presence of conventional polymerization initiators.Possible to use water-soluble compounds such as potassium, 2,2'-azobis (2-amidino propane) dihydrochloride, 4,4'-azobis (4-cyano-pentanoic acid) or redox systems such as ammonium persulfate / ferrous sulfate. Preferred to use oil-soluble initiators such as peroxides (dibenzoyl peroxide, dilauryl peroxide, tert-butyl perpivalate) or azo compounds (azobis (isobutyronitrile), dimethyl 2,2'-azobis (isobutyrate), 2,2'-azobis (4-methoxy-2- , 4-dimethylvaleronitrile).

[0023] The polymerization temperature depends on the decomposition kinetics of the initiator used and may range from 5 to 100 ° C. For lowering the content of residual monomers, it is also possible to start with a starter and with a second initiator if necessary to complete the polymerization at higher temperature. The amounts of initiators are generally from 0.01 to 1, preferably 0.02 to 0.5 wt .-%, based on the monomers.

[0024] The water-in-oil polymer emulsions are prepared by water-soluble monoethylenically unsaturated monomers and water with an emulsifier mixture of components (a) and (b) emulsified in an oil, which is at least 50 wt .-% of vegetable or animal origin, polymerizing the monomers of the emulsion in the presence of radical-forming initiators and, optionally, wetting agents having a HLB value of more than 10 to give particles having an average particle size of 0.1 to 20 microns, or where appropriate, the said wetting agent after completion of polymerization, the water-in -Oil-polymer emulsion causes. The average particle size of the polymers contained in the emulsions is preferably from 1 to 10 microns. The water-in-oil polymer emulsions according to the invention which contain a wetting agent, are self-inverting, ie when pouring the emulsion into water enters a phase reversal and the present in the emulsion polymer dissolves rapidly in water. Wetting agents for inverting the water-in-oil polymer emulsions are preferably ethoxylated and / or propoxylated fatty alcohols having 10 to 22 carbon atoms and a alkoxylation 5 to 20

[0025] The above-described water-in-oil polymer emulsions have relatively low levels of coagulum, are easily filterable and readily processable. The polymers have K-values ​​according to Fikentscher of at least 100, preferably from 140 to 300. The water-in-oil polymer emulsions are used as a flocculant for wastewater treatment and sewage sludge dewatering, or as drainage and retention aids in papermaking. They are also used as flocculants in drinking water treatment, for dewatering of mineral suspensions eg dredging and removal of cell cultures in fermentation processes, as a plasticizer in the slurry of Bohrgesteinen, eg in oil production, as a thickener pigment printing as well as a cement additive. In waste water treatment and sludge dewatering is required from 0.00005 to 0.5 wt .-% of copolymer with respect to the medium to be treated. When used as retention and drainage aids in papermaking, the amounts of polymer from 0.01 to 0.5 wt .-%, based on dry paper stock.

[0026] The items shown in the examples are parts by weight and percentages refer, unless otherwise indicated, on the weight of the substances. The K value of the polymers was Fikentscher, Cellulose-Chemie, 13, 58-64 and 71-74 (1932) in 5 wt. -% Saline solution at 25 ° C and a polymer concentration of 0.1 wt .-% and pH 7 determined.

[0027] The viscosity of the water-in-oil polymer emulsions was sec⁻¹gemessen in a rotational (RV20 Haake Rotovisko, MVDIN measuring system) at a temperature of 25 ° C and a shear rate of 100.

[0028] After completion of the polymerization, the water-in-oil polymer emulsion was filtered through a Perlon mesh width 0.4 mm. The filtered coagulum was then washed with cyclohexane, dried and weighed.

[0029] As component (a) of the emulsifier used is a polyester-polyethylene oxide-polyester block copolymer having a molecular weight of> 1000 g / mol, which is prepared by reacting condensed 12-hydroxystearic acid with polyethylene oxide according to the teaching of EP-A-0000424 and is commercially marketed under the name Hypermer B246. This emulsifier is hereinafter referred to as emulsifier 1.

Example 1

[0030] In a 2-liter flask provided with a stirrer, a thermometer and a gas inlet tube, Priority 270 g of rapeseed oil 30 g emulsifier 1 30 g of sorbitan monooleate 380 g of 50% aqueous acrylamide solution 0.1 g of 40% aqueous solution of diethylenetriaminepentaacetic acid sodium and the mixture is stirred at a speed of 200 rpm while introducing nitrogen for 30 min. at a temperature of 25 ° C.Then add 0.1 g of dimethyl 2,2'-azobisisobutyrate in 1 g of acetone added and the reaction mixture heated to 55 ° C.

[0031] During the polymerization, the bath temperature is controlled so that the temperature of the reaction mixture remains constant. After completion of the polymerization, 0.07% coagulum were filtered off. The polymer had a K value of 240, the viscosity of the emulsion was 1300 mPas.

Example 2

[0032] In a 2-liter flask provided with a stirrer, a thermometer and a gas inlet tube, Priority 300 g of rapeseed oil 30 g emulsifier 1 30 g of sorbitan monooleate and stirred into the mixture of a monomer solution having a pH of from 6.7 250 g of 50% aqueous acrylamide solution 53.2 g of 100% acrylic acid 116 g of 25% aqueous sodium hydroxide solution 0.1 g of 40% aqueous solution of diethylenetriaminepentaacetic acid, sodium salt at a speed of 200 rpm, a. After 30 min. Stirring at a temperature of 25 ° C and the introduction of nitrogen is added 0.1 g of dimethyl 2,2'-azobisisobutyrate in 1 g of acetone added and the reaction mixture heated to 55 ° C.During the polymerization, the bath temperature is controlled so that the temperature of the reaction mixture remains constant. After completion of the polymerization, 0.01% coagulum was filtered off. The polymer had a K value of 272, the viscosity of the emulsion was 740 mPas.

Example 3

[0033] Example 2 was repeated except that the oil phase 240 g of sunflower oil 20 g emulsifier 1 20 g of sorbitan monooleate and a monomer having a pH value of 6.7 200 g of 50% aqueous acrylamide solution 42.6 g of 100% acrylic acid 90 g of 25% aqueous sodium hydroxide solution 0.1 g of 40% aqueous solution of diethylenetriaminepentaacetic acid, sodium salt were used. The polymer had a K value of 276, the viscosity of the emulsion was 635 mPas. 0.07% coagulum were filtered off.

Example 4

[0034] Example 3 was repeated with the exceptions that 240 g of soybean oil were used as the oil phase. The polymer had a K value of 274, the viscosity of the emulsion was 620 mPas. 0.01% coagulum were filtered off.

Example 5

[0035] In a 2-liter flask provided with a stirrer, a thermometer and a gas inlet tube, Priority 295 g of rapeseed oil 35 g emulsifier 1 10 g of sorbitan monooleate and stirred into the mixture of a monomer solution with a pH of 6.7 (adjusted with 10% aqueous hydrochloric acid) from 280 g of 50% aqueous acrylamide solution 96 g 80% aqueous solution of dimethylaminoethyl Methochloridlösung 0.1 g of 40% aqueous solution of diethylenetriaminepentaacetic acid, sodium salt at a speed of 200 rpm, a. After 30 min. Stirring at a temperature of 25 ° C and the introduction of nitrogen is added 0.1 g of dimethyl 2,2'-azobisisobutyrate in 1 g of acetone added and the reaction mixture heated to 55 ° C.During the polymerization, the bath temperature is controlled so that the temperature of the reaction mixture remains constant. After completion of the polymerization, 2.8% coagulum were filtered off. The polymer had a K value of 230, the viscosity of the emulsion was 620 mPas.

Examples 6 to 21

[0036] Example 5 is reproduced by each of the apparent from Tab. 1 changes. The results obtained are also shown in Table. 1. Table 1 

Instance

M₁ / g

M₂ / g

Oil / g

E₁ / g

E₂ / g

Coagulum [%]

K-value

Viskotät [mPas]

6

280

96

295 1)

25

20

0,01

239

650

7

280

96

295 1)

15

30

0,08

255

600

8

280

96

250 1)

20

20

0,04

246

945

9

280

96

270 1)

20

20

0,12

251

810

10

280

96

270 2)

20

20

0,52

236

780

11

280

96

270 3)

20

20

0,50

239

750

12

280

96

270 4)

20

20

0,30

235

630

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

240

150

250 1)

15

30

0,33

252

1,000

14

240

150

300 1)

15

30

0,48

245

650

15

240

150

285 2)

25

25

0.2

194

866

16

240

150

285 3)

25

25

0,17

236

770

17

240

150

285 4)

25

25

2,2

228

695

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

155

225

270 1)

20

20

2,4

226

770

19

155

225

270 2)

20

20

0,02

238

873

20

155

225

270 3)

20

20

0,03

240

700

21

155

225

270 1)

20

20

0,01

223

650

M₁: 50% aqueous acrylamide solution M₂: 80% aqueous solution of dimethylaminoethyl Methochloridlösung E₁: Emulsifier 1 E₂: sorbitan monooleate 1) rapeseed oil (fully refined) 2) sunflower oil 3) soybean oil (fully refined) 4) soybean oil (crude)

Application Examples

A. Preparation of Paper

[0037] The water-in-oil emulsions, which are to be studied are first inverted by dilution with water in ready-oil-in-water emulsions. The polymer content of the emulsion is inverted 0.3 wt .-%.

[0038] To accelerate the Invertiervorganges in 100 g of the water-in-oil emulsion 2.5 g of a reaction product of 1 mole of myristyl alcohol with 7 moles of ethylene oxide and 4 moles of propylene oxide and 2.5 g of a reaction product of 1 mole of myristyl alcohol with 2 moles of ethylene oxide and 4 mol of propylene oxide stirred.

[0039] Determining the drainage time of 1 liter of the paper pulp suspension is to be tested in each case dewatered in a Schopper-Riegler tester. The time is calculated for different discharge volumes will be rated as a criterion for the rate of drainage of the respective tested suspension. The drainage times were determined after a run of 700 ml water.

[0040] Optical transmittance of the white water is to be measured using a photometer at a wavelength of 590 nm and is a measure of the retention of fines and fillers. It is expressed in percent. The higher the value for the optical transmittance, the better the retention.

Examples 22 to 26

[0041] To test the effectiveness of some prepared according to the examples described above, water-in-oil polymer emulsion as a dehydrating agent and as a retention aid in paper making, a material model was chosen for these examples was prepared by breaking up the 100 parts of unprinted newsprint and 10 parts of china clay , This material model was prepared having a density of 2 g / l and a pH of 7. Table 2 lists the results. In Comparative Example 1, the material model was dehydrated by adding a commercially available water-in-oil emulsion of polyacrylamide based on an oil phase comprising mineral oil. The polymer of the commercial water-in-oil emulsion is a copolymer of 65 wt .-% acrylamide and 35 wt .-% dimethylaminoethyl methochloride.


Examples 27 to 31

[0042] Was used for these examples as a model substance be proposed paper of 33 parts magazines, corrugated cardboard and 33 parts 34 parts of old newspapers. The fabric weight was 2 g / l, pH 7 In Table 3 the results are reported which are obtained when using certain water-in-oil polymer emulsions of this invention as a drainage and retention agent. The comparison used the same commercially available water-in-oil emulsion of Acrylamidcopolymerisats as in Comparative Example first

B. Determination of the efficacy of the water-in-oil polymer emulsion as a flocculant in sludge dewatering

[0043] The water-in-oil polymer emulsions that are to be studied are first inverted by dilution with water in ready-oil-in-water emulsions. The polymer content of the inverse emulsions is 0.1%.

[0044] To accelerate the Invertiervorganges in 100 g of the water-in-oil emulsion 2.5 g of a reaction product of 1 mole of myristyl alcohol with 7 moles of ethylene oxide and 4 moles of propylene oxide and 2.5 g of a reaction product of 1 mole of myristyl alcohol with 2 moles of ethylene oxide and 4 mol of propylene oxide stirred.

[0045] After exactly standardized procedure different concentrations of the use emulsions (in ppm based on the amount of sludge) mixed with sewage sludge in a glass cylinder by swirling. The flocculated sludge is visually evaluated according to the following scale:

Flocculation 1:

No change in the sludge structure Flocculation 2: visible flocculation (in particle size) Flocculation 3: striking flocculation Flocculation 4: large flakes Flocculation 5: Totalflockung (coherent mass)

[0046] Determine the dewaterability of sewage sludge by gravity filtration: After exactly standardized procedure, the optimum concentration of the emulsion is used (ie, the lowest concentration at which the flocculation is achieved 5) mixed with sewage sludge in a glass cylinder by swirling.The flocculated sludge is poured into a Buchner funnel and filtered through a filter cloth. After 15, 30, 45 and 60 seconds the passed filtrate is measured.

Emulsion 1:

commercial water-in-oil emulsion of a copolymer of acrylamide and Dimethylaminoethylacry lat-methosulfate in a molar ratio of 90/10

Emulsion 2:

as emulsion 1, however copolymer in a molar ratio of 80/20

Emulsion 3:

as emulsion 1, however copolymer in a molar ratio 60/40

As shown in Table 4 it can be seen, corresponding to water-in-oil polymer emulsions according to the invention on the basis of vegetable oils with respect to the flocculation market water-in-oil polymer emulsions based on mineral oil and exceed the commercial emulsions in the dewatering of sewage sludge. The oil phase of water-in-oil emulsions according to the invention is also biodegradable.

청구 범위(5)

  1. Water-in-oil polymer emulsion, characterized in that in a continuous oil phase which consists of at least 50 wt .-% of an oil of vegetable or animal origin, water-soluble polymers having an average particle size of 0.1 to 20 .mu.m with the aid of from 0.5 to 15 wt .-%, based on the total emulsion, of an emulsifier (A) 5 to 95 wt .-% of a block or graft copolymer of the general formula (A-COO) m -B, where A is a hydrophobic polymer having a molar mass of> 500 g / mol based on a poly (hydroxycarboxylic acid) , B is a bifunctional hydrophilic polymer having a molar mass of> 500 g / mol and based on a polyalkylene oxide and m is at least 2, and (B) 5 to 95 wt .-% of another water-in-oil emulsifier having a molar mass of <1000 g / mol emulsified and optionally up to 10 wt .-%, based on the total emulsion, of a wetting agent having an HLB value of more than 10 contain.

  2. Water-in-oil polymer emulsion as claimed in claim 1, characterized in that the oil phase consists of an oil of vegetable or animal origin.

  3. A process for the preparation of water-in-oil polymer emulsion as claimed in claim 1 or 2, characterized in that water-soluble monoethylenically unsaturated monomers and water with an emulsifier mixture to from (A) 5 to 95 wt .-% of a block or graft copolymer of the general formula (A-COO) m -B, where A is a hydrophobic polymer having a molar mass of> 500 g / mol based on a poly (hydroxycarboxylic acid) , B is a bifunctional hydrophilic polymer having a molar mass of> 500 g / mol and based on a polyalkylene oxide and m is at least 2, and (B) 5 to 95 wt .-% of another water-in-oil emulsifier having a molar mass of <1000 g / mol emulsified in an oil, that is at least 50 wt .-% of vegetable or animal origin, the monomers of the emulsion in the presence of radical-forming initiators and, optionally, wetting agents having a HLB value of more than 10 to give particles having an average particle size of 0, polymerized from 1 to 20 microns, or optionally adding said wetting agent after completion of polymerization for the water-in-oil polymer emulsion.

  4. Use of the water-in-oil polymer emulsion as claimed in claim 1 or 2 as a flocculant for wastewater treatment and sewage sludge dewatering.

  5. Use of the water-in-oil polymer emulsion as claimed in claim 1 or 2 as drainage and retention aids in papermaking.


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수용성 레독스 촉매를 이용하는 역상중합

Polymer_chemistry 2015. 3. 17. 16:59

Methods

The following production procedures were used to polymerise acrylamide using oil soluble and water soluble initiator: With water soluble redox initiators, the following procedure was used:

  1. Purge aqueous phase and oil phase separately with nitrogen for 20 minutes;
  2. Add the oil phase to mixing beaker of the Silverson mixer;
  3. Start the mixer and add aqueous phase slowly to the oil phase in the mixing beaker under continuous nitrogen purging;
  4. Stir for 4 minutes at maximum speed;
  5. Transfer the pre-emulsion into the reaction vessel and purge for 20 minutes with nitrogen whilst stirring at 250 rpm (ca 4 Hz); maintain the temperature of the water bath at 50±° C.;
  6. at a reaction temperature of 45±1° C. and after increasing the stirrer speed to 800 rpm (ca 13 Hz), start the initiator feed; 10 ml of 0.15% Na2S2O5 in demineralised water for 500g emulsion added during period of 4 hours;
  7. After addition of initiator, feed mop-up to the emulsion 4 ml of 15.0% Na2S2O5 in demineralised water for 500 g emulsion, added over period of about 30 minutes; After completion of the polymerisation, the emulsion was filtered and the residue on the filter was measured. Polymerisation with dissociative, oil soluble initiator (AIBN) Similar procedure to except that in step 6-7:
  8. Add all initiator (1 ml of 1 part AIBN in 5 parts acetone for 500 g emulsion) at once when the temperature of the pre-emulsion reaches 40±1° C.
  9. Polymerise for 6 hours whilst purging with nitrogen

미국특허 US 6686417 B1
Surfactant composition for inverse emulsion polymerization of polyacrylamide and process of using the same

특허를 통한 기술 이해

Water-in-oil polymer emulsions, process for their preparation and their use  / EP 0623630 A2

바스프의 이 기술은 상기의 수용성 촉매를 사용하는 방법보다 쉬운것 같다. Free radical - 유용성 촉매(AIBN)를 사용하고 있고 온도 컨트롤만하면 적용이 쉬운편이다. 특이한 사항은 사용하는 계면활성제중 하나를 고분자 타입을 사용하고 있다. 아마도 AIBN의 용이한 분배를 목적으로 적용하는 것으로 보인다. 하이퍼머 시리즈는 다양한 고분자형 계면활성제를 제공하므로 적용하려는 연속상과  선택한 유용성 촉매의 성질을 고려하여 선택하면 될 것같고.......

사용하는 개시제(initiator)는 대부분의 특허에서 AIBN(VAZO 64)를 이용하고 있다. 좀 더 낮은 온도에서 개시반응을 유도하려면 VAZO 52를 개시제 총량대비 10정도 혼용하면 된다.

In a 2-liter flask provided with a stirrer, a thermometer and a gas inlet tube, Priority

  • 270 g of rapeseed oil
  • 30 g emulsifier 1
  • 30 g of sorbitan monooleate
  • 380 g of 50% aqueous acrylamide solution
  • 0.1 g of 40% aqueous solution of diethylenetriaminepentaacetic acid sodium

and the mixture is stirred at a speed of 200 rpm while introducing nitrogen for 30 min. at a temperature of 25 ° C. Then add 0.1 g of dimethyl 2,2'-azobisisobutyrate in 1 g of acetone added and the reaction mixture heated to 55 ° C.

During the polymerization, the bath temperature is controlled so that the temperature of the reaction mixture remains constant. After completion of the polymerization, 0.07% coagulum were filtered off. The polymer had a K value of 240, the viscosity of the emulsion was 1300 mPas.

As component (a) of the emulsifier used is a polyester-polyethylene oxide-polyester block copolymer having a molecular weight of> 1000 g / mol, which is prepared by reacting condensed 12-hydroxystearic acid with polyethylene oxide according to the teaching of EP-A-0000424 and is commercially marketed under the name Hypermer B246. This emulsifier is hereinafter referred to as emulsifier 1.

하미퍼머 상품 자료  

UNIQEMA-HypermerPolymericSurfactants.pdf




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Neural network applications in polymerization processes

Polymer_chemistry 2015. 3. 17. 16:22

Brazilian Journal of Chemical Engineering

Print version ISSN 0104-6632
Braz. J. Chem. Eng. vol.22 no.3 São Paulo July/Sept. 2005
http://dx.doi.org/10.1590/S0104-66322005000300009 

 POLYMER SCIENCE AND ENGINEERING

Neural network applications in polymerization processes

F. A. N. FernandesI, *; L. M.F. LonaII

IDepartamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Ceará, Campus do Pici, Bloco 709, 60455-760, Fortaleza - CE, Brazil. E-mail: fabiano@efftech.eng.br IIDepartamento de Processos Químicos, Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas, C. P. 6066, 13083-970 Campinas - SP, Brazil. E-mail: liliane@feq.unicamp.br

ABSTRACT

Neural networks currently play a major role in the modeling, control and optimization of polymerization processes and in polymer resin development. This paper is a brief tutorial on simple and practical procedures that can help in selecting and training neural networks and addresses complex cases where the application of neural networks has been successful in the field of polymerization.

Keywords : Neural network; Polymerization; Simulation.

INTRODUCTION

The use of neural networks (NNs) has become increasingly popular for applications where the mechanistic description of the interdependence of dependent and independent variables is either unknown or very complex. They are now the most popular artificial learning tool with applications in areas such as pattern recognition, classification, process control, optimization (Hanai et al., 2003; Krothapally & Palanki, 1997; Nascimento et al., 2000; Syu & Tsao, 1993; Tian et al., 2001; Tsen et al., 1996; Zhang, 1999).

In the past decade many peer-reviewed articles showing good results on the application of NNs were published in the literature. But several studies with NNs failed due to the poor predictions outputted by the NN. These failures resulted in some criticism of the ability of NNs to deal with some kinds of processes. In part, the criticism is founded, since although NNs have been know for some time, they are still in the early stages of development of their underlying theory and many improvements in their structure can be made, but many applications made, failed because researchers did not try to use more than one hidden layer in the NN topology or present the NN with enough data for training. In this paper, some well-established training procedures are presented as a brief tutorial of recommend procedures and some applications are shown for more complex cases in the field of polymerization.

NEURAL NETWORKS

Most papers on the use of NNs apply a multilayered, feed-forward, fully connected network of perceptions. Reasons for the use of this kind of NN are the simplicity of its theory, ease of programming and good results and because this NN is a universal function in the sense that if topology of the network is allowed to vary freely it can take the shape of any broken curve. Figure 1 shows the scheme of this kind of NN.


In general, the network consists of processing neurons and information flow channels between the neurons, usually called "interconnects". Each processing neuron calculates the weighted sum of all interconnected signals from the previous layer plus a bias term and then generates an output through its activation transfer function. The transfer functions associating individual nodes have typically a sigmoid shape such as



Other transfer functions, such as hyperbolic tangent functions, can also be applied. The adjustment of the NN function to experimental data (learning process or training) is based on a non-linear regression procedure (Fraser, 2000). Training is done by assigning random weights to each neuron, evaluating the output of the network and calculating the error between the output of the network and the known results by means of an error or objective function. If the error is large, the weights are adjusted and the process goes back to evaluate the output of the network. This cycle is repeated till the error is small or a stop criterion is satisfied. More information regarding basic NN theory and training procedure can be found in Haykin (1998) and White (1992).

During the last few years, some procedures for using NNs have become well established and are used and recommended by several researchers (scaled inputs and data concentration) and some procedures are recommended but are still not used by many researchers (cross-validation and early stop criterion).

Scaled Inputs

Independent and dependent variables should be scaled within the same range or the same variance and shifted to the general region of NN initial conditions. Scaling is frequently done between 0 and 1, but a good training technique is to scale the independent variables between 0.1 and 0.9. Scaling can be done applying the forula


Data Concentration

For overall approximation, the training data should uniformly cover the entire design space (region between the lower and upper limits of each independent variable). If the training data has too many points concentrated in a given region and some sparse data in the rest of the design space, the NN will tend to overfit the data and the output of the NN will tend towards the region where more data were available at training. Therefore special attention should be paid to having a uniform distribution of data throughout the design space.

Simple Cross-Validation

When training NNs, the prediction error is evaluated for each iteration. If a NN with too many neurons is used, it will allow an excess of degrees of freedom that can cause overfitting of the data, i.e., the NN will train only to predict the training data set, losing its ability to correlate other data sets. A cross-validation set of data can be separated and used only to check how good the fit of the NN is, based on the sum of squared prediction errors. The optimal degree of training can be obtained when the sum of the training plus cross-validation errors are at a minimum (Figure 2). Some attention should be paid so as not to stop at the first minimum point. Training should be allowed to proceed further to check whether or not it is a point of local minimum, since a local minimum can be found. More information on advanced cross-validation can be found in Wold (1978).



Stop Criteria

There are several choices in deciding when to stop training the NN. Training can be stopped when to a predefined number of epochs (iterations) are reached, when the error function becomes small, when the gradient of the error function becomes small, or when the cross-validation error becomes small. The cross-validation criterion is highly recommended, since it prevents the NN from overfiting the data and because no minimum error value needs to be specified (which can itself be hard to establish). This procedure is sometimes called early stop by cross-validation.

ACHIEVEMENTS AND CHALLENGES WITH NEURAL NETWORKS

Currently, NNs are basically used to mimic mathematical models, classify data or estimate some product properties or as a substitute for an unknown model, which uses simple NNs with one hidden layer and a few neurons in the hidden layer. Use in decision making, complex optimization and inverse modeling in the field of polymerization is not frequent and has been avoided by many researchers simply because these applications need NN topologies or training procedures that do not comply with the ground rules established for parameter estimation techniques, specially regarding the number of weight of the NN and the number of data available to train the NN.

When treating NNs as a class of parameter estimation methods, the same ground rules that are adopted with traditional parameter estimation techniques are also applied to NNs. A ground rule such as the need for more data points than the number of parameters to be estimated, when applied to neural networks, implies a having more data sets than the number of weights used in the NN (which is not necessary). These ground rules have limited the advances that we should be getting from NNs.

When NNs were first idealized, they were taught to behave as universal approximators capable of mimicking the human mind, learning to correlate inputs and outputs. Hornik, Stinchcombe and White (1989) proved that standard multilayer feedforward networks are capable of approximating any measurable function to any desired degree of accuracy, establishing that these NNs are universal approximators. Therefore the lack of success in many applications arises from inadequate learning, insufficient numbers of hidden units or the lack of a deterministic relationship between input and target. Advances in NN application and research will occur if we can break with the current paradigm that NNs should be treated as any other parameter estimation method. In the following sections some nontraditional procedures and NN examples are shown and discussed.

Training Data

Success in obtaining a reliable and robust network depends sheavily on the choice of process variables involved, as well as the available data set and the domain used for training purposes. A problem with NN-based models is that they can lack generalization capability if not properly trained and if the data available for training is insufficient. This problem can be overcome by carefully selecting the range of data points and the form of selecting and presenting the data to the NN and through hybrid modeling, where a simplified mechanistic model is supplemented by a neural network model, and through the combination of multiple NNs.

Range of Data Points

Neural networks do not always predict well near the borders of their training range (what we call the shadow zone). Extending the training range so that the region of interest falls within 85 to 95% of the total training range can minimize the border problem. For example, if the inputs are the concentrations of A and B which range from 0.1 to 0.5 (A) and from 2.0 to 10.0 (B), then the training range should, if possible, be increased to range from 0.08 to 0.52 (A) and from 1.55 to 10.45 (Figure 3).

Random Data Points

Data used to train the NN can be gathered or selected using a full factorial design, using random points or a mixture of factorially designed points and random points. Experience has shown that training the NNs with random points lowers the error of the predictions with the training and testing data sets, where the term "training points" refers to the data set used to train the NN, while "testing points" refers to the data set used to test the prediction capabilities of the NNs (testing points differ from training points and are presented to the NN only at the testing stage, never at the training stage).

In a study to determine the operational conditions of vinyl acetate emulsion polymerization based on the information on the desired polymer characteristics (inverse modeling), we have addressed the problem of factorially designed data against random data. When randomly generated data were used, the mean prediction error for all variables decreased and the results were especially impressive for very sensitive variables such as initiator concentration (Figure 4).


An explanation for the better results obtained for randomly selected data points than for points obtained by factorial design is that when points from a star factorial design for two variables are fed to the NN, the NN will work with nine inputs, but only five different input values (Figure 5a). On the other hand, if nine randomly selected data points are fed to the NN, the NN will work with nine inputs and up to nine different input values (Figure 5b). Using evenly spaced points, the same inputs will generate only three different input values, reducing the number of different input values (Figure 5c).



The effect of the random data points is that they can cover the region of variables better and more evenly, therefore providing better information about the response in this region. An important consideration is that not only should the region of variables be well covered, but also each variable should have a distributed coverage, with as many different values as possible. Evenly spaced points will have the same response as random points but more data points will be required to cover the entire region of variables and to provide enough different values for each variable than for randomly selected data points.

Data Gathering

Design and conduction of a large number of experiments to generate data for NN training is expensive and time consuming and may not be acceptable either in a production environment or to experiment with NNs capabilities. Thus the use of a mathematical model to generate the data for NN training is almost essential, unless there is a large amount of data for the process. The use of a mix of simulation data and experimental results is welcome, and experimental results should be used when testing and cross-validating the NN so as to ensure that the simulation data and also the NN predictions are satisfactory.

A typical question that arises regarding the need for data from a mathematical model to train the NN, is "why use a NN if I already have a mathematical model?" A NN outputs an answer much faster than a mathematical model, especially if the mathematical model is complex. This enhanced speed can be very welcome for optimization problems (like in inverse modeling) and for process control where the response to a disturbance must be almost instantaneous.

NN Topology

Prior to training and using a neural network, the best topology and the best way to train must be found. First, potentially good topologies must be identified. Nevertheless, no good theory or rule accompanies the NN topology that should be used and trial-and-error is still required. This is done by testing several topologies and comparing the prediction errors. Smaller errors indicate potentially good topologies, i.e., neural network topologies with chances to train well and to output good results.

Regarding the best topology, it may be dangerous simply to assume that a single hidden layer will naturally provide adequate approximations. For the case of a single hidden layer, it should be noted that a given degree of accuracy is attained only in the limiting case as the number of nodes becomes infinitely large. For most complex cases, additional hidden layers are required, not only from the point of view of a good fit but also additional layers provide an improved capacity to generalize. With a finite set of data, it is possible to reduce the number of network weights by adding layers (Morgan et al., 1999; Curry et al., 2000, 2002). Still, as a future challenge in the NN field, there is a need for further theoretical research on the impact of the number of nodes and hidden layers and how to optimize the relationships between them.

Aside from the theoretical considerations, we offer some practical tips for searching for potentially good topologies depending on three different classes of NNs (Figure 6). We have proposed these classes so as to differentiate the NNs according to the ratio of number of input variables to number of output variables. Class I refers to the NN that has more input than output variables, while Class II refers to NNs with an equal number of inputs and outputs and Class III refers to the NN which has more output than input variables.



For Class I NNs (more inputs than outputs), one hidden layer is enough in most cases and, according to Tamura and Tateishi (1997), if N-1 neurons are used in the hidden layer (where N is the number of inputs), the NN will give an exact prediction. This recommendation works well when the system has a small number of inputs and the correlation between the data points (inputs and outputs) is not very complex; otherwise their recommendation will not always work and we recommend the use of 8 to 20 neurons in the hidden layer for better precision and shorter training time. If the number of outputs is equal to or higher than four and they are not independent (one cannot be estimated without the others), then a second hidden layer might be needed for better predictions.

For Class II NNs (same number of inputs and outputs), one hidden layer is not always enough and a NN with two hidden layers is recommended in order to enhance its ability for generalization. If one hidden layer is used we recommend the use of 20 to 40 neurons in the hidden layer. If two hidden layers are used, we recommend the use of 13 to 20 neurons in the first hidden layer and from 18 to 25 neurons in the second hidden layer (five more neurons than what was used in the first hidden layer).

For Class III NNs (more outputs than inputs), two or three hidden layers are needed. If two hidden layers are used, we recommend the use of 10 to 20 neurons in the first hidden layer and from 15 to 25 neurons in the second hidden layer. If a third hidden layer is used, this layer should have the same number of neurons as the second layer.

The recommendations made for the number of hidden layers and neurons in each layer will provide the user with a NN that will function and will most probably made good predictions, but will not provide an optimized NN (which would require a statistical analysis of the neuron responses and elimination of excess neurons).

Stacked Neural Networks

To avoid the process of training several NNs and selecting the best one, stacked neural networks can be used (Figure 7). Instead of selecting a single best NN, a stacked network which combines a number of NNs can improve overall representation accuracy and robustness (Zhang et al., 1997; Zhang, 1999).



The overall output of the stacked NN is a weighted sum of the individual NN outputs:

where Y is the stacked NN predictor, yi is the ith NN predictor and wi is the stacking weight for the ith NN.

Since each NN can behave differently in different regions of the training range (or space), the combination of results from two or more NNs can be more accurate, since a bad result from one NN can be compensated for by two good results from the other NNs. In Table 1, the benefit of a stacked NN is shown for an inverse modeling case, where the concentration of three initiators and the process temperature were searched in order to produce polystyrene with a given molecular weight and polydispersity (additional information on this case study is given in section 4.2). As shown in Table 1, the prediction error for a stacked neural network can be lower than the individual errors for each NN that have been combined.

This kind of NN can be of special interest to those who want to apply NNs but do not want to select the best NN. At any rate, a notion of potentially good NNs is needed or the predictions will fail. The example in Table 2 shows how the stacked NNs will not output good results when bad NNs are selected.

Number of Data Samples

A sufficient number of data points should be used to guarantee good NN training. If the rules for parameter estimation are to be applied, the number of data points for training should be at least ten times the number of weights to be estimated, but this rule is extremely overestimated for neural networks. There is still no formula to estimate the number of data points required to train a NN, and the number can vary greatly depending on the complexity of the problem and the quality of the data, but many NNs have been trained successfully with smaller number of data points than number of weights. An optimization of the number of data sets that is really needed is still a challenge in the field of NNs.

A NN model is a set of computational rules associated with a network that tries to simulate the network of human neurons learning from experience. And like the human brain, NNs can learn to correlate data and generalize relationships with a small and limited set of data that is sufficient to learn the correlation and are insensitive to too many data points. This is the same thing that happens to us, humans. We learn the consequences of an action under different circumstances, by experiencing it or watching others. After a few experiences (data points) we can correlate the consequence of that action under any new circumstance. We do not need to experience it several billions of times (we have billions of neurons and therefore several billions of weights), as we are insensitive to too many data points. Unfortunately, the functionality of the NN cannot represent the complexity of the human brain, it cannot "think", but in a way it can "learn" from the data presented to the NN.

In some of our research, we addressed the inverse modeling of polymerization reactors, using Class II neural networks to optimize polymerization systems and Class III neural networks to estimate the operating conditions of a polymerization reactor based on the information on polymer properties needed for a given application. In a study on the selection of initiator mixtures for styrene polymerization using NN, the errors of the individual variables as a function of the number of training points were examined. The trained NN should be able to select an initiator mixture and an operating temperature that are appropriate for producing polystyrene with a given molecular weight and polydispersity but it was constrained by the maximum amount of heat that could be produced by the reaction (the reactor cooling system had a maximum capacity for heat removal – additional information on this case study is presented in section 4.2).

The NN was presented with different numbers of data in the learning set (the testing set remained the same) and it was observed that 300 data points were sufficient to guarantee good predictions and above 300 data points the NN did not improve its predictions much (prediction errors remained at a constant level) (Figure 8).

The influence of the size of the learning set in a neural network used in the inverse modeling of an emulsion reactor (vinyl acetate polymerization) was also studied. The NN consisted of two hidden layers with 20 and 25 neurons respectively in the first and second hidden layers. The network was provided with different numbers of data points in the learning set, and the results showed that 298 points were sufficient to guarantee good NN training and that fewer data points increased the prediction errors. Learning sets with more than 300 points did not enhance the training procedure, and therefore the quality of prediction was insensitive to a larger set.

In the examples cited, a 4-20-25-25-4 NN was trained successfully with 296 data points and a 5-20-25-4 NN was trained with 298 data points. If parameter estimation recommendations were followed, the number of data points should be at least ten times the number of weights. In these NNs, the number of weights are 1205 and 680 respectively for the 4-20-25-25-4 NN and the 5-20-25-4 NN, and the estimation of the weights would require 12050 and 6800 data points respectively, or more than 30 times the number of data points needed.

As a starting point for the number of data points required to train a NN, we recommend the use of 20 times the number of inputs x outputs. This number is generally greater than the number of points that made training insensitive to extra data. And the number of total hidden neurons should be about four times greater than the number of inputs x outputs displayed in many hidden layers, as recommended in section 3.2. Using these numbers, we always obtained prediction errors between 2 and 10%. Reducing the number of data points, the prediction errors increased.

Recurrent Neural Networks

In the on-line control of polymerization processes, application of recurrent NNs can be useful (Figure 9) (Tian, et al., 2001; Xiong & Zhang, 2005). Recurrent NNs are similar to a multilayered, feed-forward, fully connected network of perceptions, but one or more of the inputs (at time t) are the outputs of the NN at times t-1, t-2 and others. The lagged network outputs are fed back to the network input nodes as indicated by the back-shift operator z. In this way, dynamics are introduced into the network, and thus the network output depends not only on the network inputs, but also on the previous network outputs.

RECENT ACHIEVEMENTS IN THE FIELD OF POLYMERIZATION

Most applications of NNs in the field of polymer uses the Class I NN to predict end-user properties based on the molecular weight distribution of the polymer or the physical characteristic of the polymer (Al-Hiak et al., 2004; Ebube et al., 2000; Fujii et al., 2003; Hinchliffe et al., 2003; Huang & Liao, 2002; Kuroda & Kim, 2002; Simon & Fernandes, 2004; Sumpter & Noid, 1994; Sun et al., 1996; Zhang et al., 2003). This application is usually simple and does not require many data points to train the NN. Problems with multiple answers do not generally occur in this application; thus the use of these NNs is very direct and difficulties are not common.

In this section we present cases where Class II and Class III NNs are used with success in order to design, optimize and control polymerization processes.

Inverse Modeling

A novel use of NNs is their application in inverse modeling and reactor optimization. Inverse modeling is the name given to the search process whereby the results of a system are used to obtain its initial conditions. For polymerization reactors, this means that the initial operating conditions are obtained based on the product quality desired. Few papers have been published on this subject (Hanai et al., 2003), since these applications involve Class II and Class III NNs and are very complex to train, requiring two or three hidden layers and at least 15 neurons per hidden layer. The major difficulty in training NNs in these cases is that the problem may lead to multiple answers.

A mathematical model can easily predict the polymer properties from the inputs of reactor conditions, but the other way around (inverse modeling) is much more difficult and an optimization technique must be used. In the past few years we have applied inverse modeling to fluidized bed, emulsion and batch reactors with very good results when predicting the operating conditions of the reactor based on the product quality desired (Fernandes & Lona, 2002; Fernandes, 2002; Fernandes, et al., 2004).

A study to determine the operating conditions of gas-phase ethylene polymerization in a fluidized bed reactor, based on information on the desired polymer characteristics, focused on determining a NN structure, as shown in Figure 10, that could handle prediction of the operating conditions of the reactor, since a simple NN with one hidden layer failed to output good results. The reactor is very complex and at least six variables must be set for the operating conditions: gas feed rate (monomer), catalyst feed rate, gas superficial velocity, porosity, pressure and temperature. The number of variables that need to be specified increases if copolymerization is employed. In this case, gas feed rate for the monomers and the comonomer must be known and this study was carried out with an ethylene and 1-butene copolymer.


Data used in training were selected using a full 3n factorial design, covering the whole range of operation of the reactor. Points for the factorial design were taken as the lowest, medium and highest values of the range of operation of each variable. Reactor pressure was set at 25 atm and was not used in the NN training. The ranges of the operating conditions used for each variable are presented in Table 3.

Some data from the factorial design lay beyond the limit of physical capability of the reactor and thus were omitted. The final amount of data available for training was 176 points, of which 20% (35 points) were used as testing points. A smaller number of points (2n factorial design) was tested, but the deviations between the NN predictions and the simulation data were greater than 10%, while a maximum of 2% deviation would be expected as a good prediction for this kind of application. Deviations were calculated as



Several topologies from one to three hidden layers were tested, and the best results were obtained with a three hidden-layer NN with 25, 20 and 20 neurons, respectively, in the first, second and third hidden layers. This was the smallest network that had output predictions with less than a 2% deviation between NN prediction and simulation data. Tables 4 and 5 show typical examples of the quality of the NN prediction for this inverse modeling problem. Standard error for all predictions (training and testing data) was 1.38%.



The reactor can be optimized using the same NN as that used for inverse modeling, adding new variables that account for the better performance and efficiency of the reactor, such as production cost, initiator consumption, heat generation rate and others. The introduction of these variables helps to transform a Class III NN into a Class II NN, reducing the complexity of the system and helping to simplity training.

Adding optimization variables, such as production rate or production cost, to the NN, helps to avoid systems with multiple answers. In the case shown in this section, due to the nature of the polymerization system it is possible to have two or more operating conditions giving the same polymer characteristics (molecular weight, polydispersity and copolymer composition). If solely these characteristics are given to the NN when using it, the NN will most probably return a valid operating condition that will produce the desired polymer. Other conditions may exist, but will not be outputted by the NN. Adding the variable production rate in the NN avoids the multiple answer problem since most probably the response will be unique. Two or more conditions may produce a given polymer characteristic, but their production rates will be different, and therefore there will be a unique solution.

The same kind of work has been applied to styrene polymerization in a batch reactor and to vinyl acetate polymerization in an emulsion reactor with results similar to those in the case of the fluidized bed reactor shown previously (Fernandes, et al., 2004).

Initiator Mixture Selection

Productivity of batch processes is related to the reduction in time required to complete each batch. An increase in productivity can be achieved by running the polymerization isothermally using a mixture of initiators with different decomposition rates. Industrial-scale reactors are designed to withstand a maximum rate of heat release by exothermic polymerization, which normally corresponds to the auto-acceleration of the polymerization rate. Nevertheless, the average rate of heat release during the batch time is significantly lower than the maximum cooling capacity of the system, meaning that the cooling system is underutilized during most of the polymerization. The amount of heat that could still be released is represented by the gray region in Figure 11.



This potential heat can come from an increase in the polymerization rate at the beginning of the batch, which can be achieved using an initiator with a short decomposition time. Two other initiators with medium and long decomposition times can be used to spread the polymerization rate and heat release over the batch time. Thus, the amount of each initiator in the mixture can be optimized in order to increase productivity, while not exceeding the maximum heat release for which the cooling system is capable of compensating.

In a study of styrene polymerization, neural networks were used to discover the optimum operating condition of the reactor, aiming for the best mixture of initiators that could be used. The neural network shown in Figure 12 was used to evaluate whether NNs could be applied to this kind of optimization problem.



Three initiators were selected and used in the initiator mixture: Vazo 52, Vazo 64 and Vazo 88. The decomposition rate constants for these initiators are shown in Table 6.


The data used to train the NNs were obtained with a mathematical model for bulk polymerization of styrene. Table 7 presents the ranges of temperature and initiator concentration that were used in the simulations. The operating conditions (initiator concentration and temperature) were selected randomly from the range presented in Table 7. Randomly selected data rather than factorially designed data were used since random data provides better training for this kind of NNs. A total of 394 operating conditions were simulated, with 298 used to train the NN and 96 to test it. Prediction errors for each variable after NN training are presented in Table 8.


Formulation of an optimal initiator mixture can be stated as an optimization problem in which the decision variables are the amount of each initiator and the operating temperature. The constraints to be satisfied include the final desired quality of the polymer (molecular weight and polydispersity), maximum cooling capacity and desired productivity. The results that were obtained were promising, and the prediction errors using NN were small. Table 9 shows typical examples of the prediction that can be made for this problem.


Besides their use in the selection of initiator mixtures, trained NNs can be used to optimize reactor productivity and polymer quality as well. Productivity can be improved using the NN to search for new operating conditions that, for example, can increase productivity while maintaining all other polymer characteristics constant. Figure 13 shows an example of the increase in productivity that can be obtained using the NN.

In order to optimize productivity, a known case (operating condition 1) was used as the starting point for the optimization. A search procedure was created to find the optimum point, which consisted of increasing the productivity variable (NN input variable) while maintaining constant the values of the other input variables. Upon each increase, the trained NN outputted new operating conditions for the reactor in order to achieve that specified productivity. The increase in the value of productivity continued till an invalid value for the operating conditions was outputted by the NN, marking the end of the search for optimum productivity. The invalid value can be an impossible operating condition (such as a negative concentration) or a condition outside the training range.

Grade Changes

When dealing with continuous reactors, NNs can be useful in designing grade changes. Profiles for temperature and concentration can be inferred from the current grade, the target grade and the kind of switchover to be followed during the change. A study of grade changes was done for vinyl acetate emulsion polymerization in continuous reactors (Fernandes, et al., 2004).

Emulsion polymerization of vinyl acetate is a heterogeneous reaction system, in which a basic batch recipe is composed of monomer (vinyl acetate), water, initiator and emulsifier. Thus, when running a batch reaction to polymerize vinyl acetate four variables must be set as the reactor's operating conditions: monomer, initiator and emulsifier concentrations and temperature. Operation under these conditions will produce a polymer with a given molecular weight, polydispersity, particle diameter and branching frequency, so a NN for the system will have input and output variable as in the structure shown in Figure 14.


The data used to train the NN were obtained running a mathematical model for emulsion polymerization of vinyl acetate and some experimental data points were also used. The ranges of temperature and initiator concentration that were used in the simulations are presented in Table 10. The operating conditions (initiator concentration and temperature) were selected randomly from the ranges presented in Table 10. A total of 394 operating conditions were simulated, with 298 used to train the NN and 96 to test and cross-validate it.


A NN with a 5-20-25-4 topology was selected as the most suitable network and was trained for 250000 iterations, lowering the mean prediction errors to less than 5% for all variables (Table 11).

Grade changes can be studied by setting a target grade for the polymer (molecular weight, polydispersity, branching frequency, particle diameter and productivity) and using the NN to predict the operating conditions in order to produce the target grade, as shown in Table 12.

Different grade change policies can be simulated. Figure 15 shows such a grade change if a hypothetical linear change is desired for the polymer properties and production rate, i.e., polymer quality and production change at a constant rate. In this case, the changes in the operating conditions are smooth, and hence the likelihood of policy feasibility is enhanced.

If a smaller amount of off-specification product is desired, a policy that changes the production rate rapidly can be devised. Figure 16 shows the profile for the example of production rate to be employed in the grade change and the profiles for the operating conditions that should be used for the grade change. In this case, the changes in the operating conditions are also smooth, following a feasible path that can be implemented and easily controlled.

The kind of grade change can be optimized by comparing the results from the NN for total cost, amount of off-spec product produced and shorter time of grade changing, among others.

Process and Quality Control

Quality control in batch processes is challenging because product quality is not known until batch processing has been completed and because a direct measurement of the molecular weight and molecular weight distribution of the polymer is not available instantaneously. In general these measurements are made indirectly (by means of the viscosity and density of the reaction media) or directly but in this case there is a time delay between the time at which the sample is taken and the time at which the result is available. Two good ways of dealing with the problem are available in the literature. The first uses a hybrid NN (Tsen et al., 1996) and the second uses the recurrent NN (Tian et al., 2002).

When using hybrid NNs the initial condition of the reaction (at t = 0) is sent to the NN, along with the results of an intermediate measurement of polymer quality taken at t = x. The NN processes this information and returns the new operating conditions to the reactor in order to compensate for the any deviation (or disturbance) in the process. The new conditions can imply a new temperature or addition of monomers or initiators. This procedure is recommended when one or more intermediate measurements of polymer quality are taken during the batch.

When on-line measurements of viscosity, density, monomer concentration or other variables are available, then the use of a recurrent NN is recommended, since this will permit better quality control.

CHALLENGES IN THE FIELD OF POLYMERIZATION

Many challenges still await solution in the use of NN in the field of polymerization. Some challenges can be pinpointed:

To achieve a better understanding of how the topology of the NN affects the prediction results, especially for the number of hidden layers and Classes II and III NNs.

To developed better ways of training the NN in the shadow zone.

To conduct studies of inverse modeling for more complex reactors and reactions, especially for copolymerizations and emulsion reactors.

To find a NN that better deals with problems that have multiple answers, like the inverse modeling problem.

To improve the NNs ability to handle a large number of recipes. In controlling polymerization reactors, the procedures in use today handle only one recipe per NN.

Inverse modeling using advanced NNs, such as fuzzy NNs.

CONCLUSIONS

The great challenge in NN research is to come up with better procedures for the use of NNs. Currently, the application of NNs requires of the researcher (or user) a good knowledge of NNs and of the process for which the NN will be used. Finding the best topology is still very time consuming and can sometimes be frustrating, resulting in bad predictions.

In this paper a brief tutorial of the usual and recommended practices to be used with NNs were presented and some practical tips based on our experience were given. Several cases were also reviewed showing ways that NNs can be applied with success.

The biggest challenge now is to apply NNs to complex problems, especially those related to quality control, complex process optimization and inverse modeling. These applications require more complex NNs such as Class II and Class III NNs, which often require two or more hidden layers and a large number of neurons in each hidden layer.

Neural networks have good potential for use in the field of polymerization but Class II and Class III NNs still need to be better understood and their predictions to become more reliable and precise; this is the great challenge to the scientific community now so that the use of NNs can be advanced.

ACKNOWLEDGEMENTS

The authors thank the Brazilian research funding institutions FAPESP – Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - and CNPq – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico- for the financial support received.

NOMENCLATURA

  • a : parameter of the sigmoid function
  • Ymax : maximum value of variable Y
  • Ymin : minimum value of variable Y
  • Ynorm : normalized variable Y

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Received: June 04, 2004, Accepted: April 8, 2005

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