Prediction of Phase Behavior of ε-caprolactam Derivatives and Carbon Dioxide using a Group Contribution Method

그룹 기여 방법을 이용한 ε-caprolactam 유도체와 이산화탄소의 상거동 예측에 관한 연구

N-vinyl caprolactam (NVCL), a kind of N-vinyl amide monomer, must be dissolved in continuous phase ($scCO_2$) for dispersion polymerization in supercritical carbon dioxide. Phase behavior of $CO_2$+NVCL is very important and necessary for determining initial polymerization condition and for monomer extraction from final polymer. There is the limitation of experimental method for obtaining pure properties of the monomer because of the possibility of polymerization. And N-methyl caprolactam (NMCL) is the useful solvent for the gas treating process. In the viewpoint of molecular thermodynamics, NVCL and NMCL have same functional group i.e. ${\varepsilon}$-caprolactam. In the case of NVCL, hydrogen of amide group is substituted with vinyl group and for NMCL, hydrogen of amide group is substituted with methyl group. We suggested modified group contribution method for this ${\varepsilon}$-caprolactam derivatives. This new group contribution parameter was applied to correlate $CO_2$ + N-vinyl caprolactam or N-methyl caprolactam system.

N-vinyl caprolactam (NVCL)은 초임계 분산 중합에 사용될 수 있는 비닐 아마이드 계열의 단량체이다. 이때 NVCL을 초임계 이산화탄소 상에서 분산 중합하기 위해서는 중합 초기 단계에 단량체가 $CO_2$에 모두 용해되어야 한다. 또한 최종 고분자로부터 미반응 단량체를 제거하기 위해서 중합 용매인 $CO_2$와 단량체 NVCL의 상거동 자료가 필수적이다. 하지만 단량체의 순수 물성은 측정 시 중합의 가능성이 있기 때문에 실험적인 제약이 있다. 본 연구에서는 이러한 단량체인 NVCL과 이와 유사한 작용기를 갖고 있는 N-methyl caprolactam (NMCL)의 순수 물성을 보다 정확하게 얻기 위하여 기존에 알려져 있는 그룹기여 방법을 수정하였다. 이때 유사한 구조를 갖는 ${\varepsilon}$-caprolactam을 바탕으로 새롭게 그룹 기여값을 얻고, 이를 NVCL, NMCL에 적용하였다. 또한 새롭게 수정된 순수 물성을 바탕으로 $CO_2$ + N-vinyl caprolactam과 N-methyl caprolactam 계에 대해 Peng-Robinson EOS와 van der Waals 1-fluid mixing rule을 이용하여 계산하고 실험값과 비교하였다.