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Procédé peu? séparer un monomère inchangé do latex do polymères, par pulvérisation avec de la vapcur d'eau, i
La probante invention concerne un prcoédé pour éliminer des monomères inchangés de latex de polymères et plus particu- lièrement la vaporisation et l'élimination de monomères échanges par une technique d'entratnement continu.
Pour éliminer les monomères inchangés et concontrer les latex de polymères, on recourt souvent à un apport de chaleur aux latex, par exemple par évaporation en couche mince ou par
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admission de vapeur d'eau sous haute pression dans une masse du latex par le tond du récipient la contenant. Ces pro- cédés sont souvent lents et nécessitent un entretien important de l'appareillage dans le cas des divers procédés d'évaporation, pour que l'appareillage ne soit pasencrassé par le polymère
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coagule. L'adri5Jion de la vapeur d'eau dans le latex entraîne souvent à la surface du latex une ébullition qui fait apparaître -. de la mousse et nécessite un apport d'agents antimoussos au latex.
Les divers procèdes classiques entraînent souvent uno diminution de la stabilité du latex, font mousser celui-ci et
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favorisent en outre l'oncrassement de l'appareillnze.
Une dilution excessive du latex est aussi une diffi- culte fréquente,
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On a découvert à présent un proc6dd permettant d'élimi- ner les Monomères inchangés des latex de polyméres de manière rapide ot efficace avec un encrassement minimUm de .sa.pps,rr,,lact Aveo une formation dé MoUago faible sinon nulle et sans perte de ;tb111t du latex, Aueune dilution du latex avant an,Lrs,m, Ob àU4mé ddt1Qn 4'naênts antilnoussus ne sont néuuaéairéY, Dan;
1<6 nouveau procédé de l'invention, on tae la vapeur d'eau avec le latex, puis on pulvérise ce Mélange dans une chambre. Cette chambre est de préférence maintenue sous vide,
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mais la pression rtmosphr,cue convient aussi. Les moyens appui- qués pour mélanger le latex avec la var ;ur d'eau ne sont pas critiques et on utilise un ajutage de mélange dispose à l'exté-
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rieur ou'a l'1ntrieur de la chambre.
La chnibre est :,unie de dispositifs permettant d'31.m.ner la vapeur d'eau et la vapeur de monomères qui se séparent du polymère. Si on le désire, on peut condenser les monomères et ls recueillir. La chambre dans laquelle le mélange de latex et d vapeur d'eau est pulvérisé
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est soit une partie distincte de l'appareillage, soit le récipient de réaction dans lequel est exécutée la polymérisation.
Do préférence, la polymérisation est exécutée dans le récipient de réaction et le latex est alors amené du fond du récipient do réaction par un ajutage au sommet de la chambre de réaction où il est mélange avec de la vapeur d'eau et pulvérisé dans l'espace libre naintenu sous vide surmontant le latex liquide
Le nouveau procède de l'invention est illustré par la description d'une forme de réalisation avec recyclage, comme le montre le dessin. Le latex do polymères est extrait de la chambre 10 par la conduite 11 et Elevé par la pompe 12 jusqu'à l'ajutage 13.
De la vapeur d'eau est introduite et mélangée dans le latex par la conduite 14. -Le mélange ainsi forme 15 de vapeur d'eau et de latex est pulvérisé dans l'espace libre 16 de la chambre 10.
La conduite 17 permet le soutirage des vapeurs de monomoros inchangés et d'eau. Eventuellement, un condenseur 18 permet la condensation de la vapeur d'eau et de la vapeur de monomères.
Le nouveau procédé de l'invention est applicable à tout latex de polymères.Des exemples de polymères appropriés qui peuvent être traités de manière satisfaisante dans le pro- cédé de l'invention sont le polystyrène, les copolymères de buta- diène et de styrène,les copolymères de butadiène carboxylés,lescopo- lymères de butadiène. et d'acrylonitrile,les copolymères de chlorure de vinylidème et les cp[p;u,ères d'acétate de vinyle.
En mélangeant le latex avec la vapeur d'eau et on projetant le mélange à travers un ajutage, on forme une fine pulvérisation qui offre une grande surface spécifique permettant au latex d'être débarrasse facilement des monomères inchangés.
En raison de la grande surface spécifique du latex, il n'est pas possible que la vapeur d'eau soit enveloppée par le latex ot
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forme do la mousse. On est porté à croire que cette pulvérisa- tion comprend la vapeur d'eau comme phase continue et le latex comme phase discontinue. Dès que cette pulvérisation est formée, les phases se séparent et les monomères sont élimines.
Comme on l'a Indique ci-dessus, il n'est pas critique d'entretenir le vide dans la chambre dans laquelle on pulvérise le mélange de vapeur d'eau et de latex. Toutefois, bien qu'on ait travaillé avec succès sous la pression atmosphérique, on préfère recourir au vide. Lorsqu'on utilise une chambre fonc- tionnant sous la pression atmosphérique, il est nécessaire do préchauffer le latex pour empêcher une condensation excessive de la vapeur d'eau par le latex. La température du latex peut être d'autant plus basse que le vide est meilleur (c'est-à- dire que la pression absolue est moins élevée), ce qui se tra- duit par une diminution sensible de la formation d'un coagulum et de la dégradation du polymère. La formation de mousse est virtuellement éliminée sous vide.
De préférence, on travaille sous un vide de 38 à 66 cm de mercure.
La nature de l'ajutage utilise suivant l'invention n'est pas critique. On peut recourir à tout dispositif propre à mélanger la vapeur d'eau avec le latex pour former une dis- persion et la projeter dans la chambre. Les ajutages interne , et externe sont également satisfaisants. Do préférence, on utilise un ajutage externe,parce qu'il est en général plus simple. Par ajutage externe, on entend aux fins de l'invention, un ajutage dans lequel les deux constituants pulvérisés sont mélangés après avoir été projetés de l'ajutage. Dans un ajutage interne, les constituants sont mélangés à l'intérieur de l'aju- tage et le mélange ainsi formé est alors projeté.
La consommation de vapeur d'eau dans le nouveau procédé
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n'est pas critique et peut varier dans un intervalle relative-. ment étendu. On prend de préférence 0,1 à 2 kg de vapeur d'eau par kg do solides que contient le latex. Plus avantageusement, on prend 1 kg do vapeur d'eau par kgde solides que contient le latex. Le rapport vapeur d'eau:solides du latex auquel on recourt en particulier est choisi en fonction de Inefficacité recherchée.
Le nouveau procédé de l'invention est illustré par les exemples non limitatifs suivants.
EXEMPLE 1.-
On projette un latex d'un opolymbre de butadiène et de styrène, d'une teneur totale en solides de 45,3% dans une - chambre sous la pression atmosphérique,au doyen de vapeur d'eau sous une pression de 2,1 kg/cm2 au manomètre. On fait passer le latex une fois dans l'ajutage à mélange interne. Avant le trai- tement, le latex contient 1,35% de styrène inchangé. Après le traitement, le latex contient 0,60% de styrène inchangé.
EXEMPLE 2.-
On pompe un latex d'un copolymère de butadiène, de styrène et d'acrylonitrile carboxyle dans un ajutage à mélange interne où il se mélange avec de la vapeur d'eau sous une pres- sion de 2,1 kg/cm2 au manomètre,pour être projeté dans une chambre où règne un vide de 63,5 cm de mercure. Le rapport vapeur d'eau: solides du latex est de 0,56. Le latex contient initialement
3,10% de styrène inchangé. Après une passe dans l'appareil d'entrainement, le latex contient encore 1,20% de styrène in- inchangé.
EXEMPLE 3.-
On projette un latex d'un copolymère de butadiène, de styrène et d'acrylonitrile carboxylé à travers un ajutage à mélange interne en une passe., la pression de la vapeur d'eau
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et le vide étant les mêmes que dans l'exemple 2. La rapport vapeur d'eau:solides du latex étant toutefois de 0,69. La teneur en styrène inchangé est abaissée ainsi de 3,10 à 0,95%.
EXEMPLE 4. -
On projette un latex d'un copolymère de butadiène, de styrène ot d'acrylonitrile carboxylé à travers un ajutage à mélange interne, la pression de la vapeur d'eau et le vide étant les mêmes que dans l'exemple 2, mais le rapport vapeur d'eau: solides du latex étant de 2,42. La teneur en styrène inchangé initiale de 3,10% est abaissée à 0,60%.
EXEMPLE 5. -
On traite un latex d'un copolymère de butadiène, de styrène et d'acrylonitrile carboxyle en .Le mélangeant avec dola vapeur d'eau sous une pression de 1,7 kg/cm2 au manomètre dans un ajutage à mélange interne et en pulvérisant ce mélange en une passe dans l'espace libre d'un récipient de réaction où règne un . vide de 61 cm de mercure. Le rapport vapeur d'eau:solides du latex est de 1,1. Initialement, le latex a une teneur totale en solides de 40,9% et une concentration en ,styrène Inchangé de 3,15%. Après l'opération, la teneur en styrène inchangé est de 0,80%.
EXEMPLE 6. -
On traite un latex d'un copolymère de butadiène et de styrène dans un récipient où on entretient un vide de 50,8 cm . de mercure, la pression de la valeur d'eau étant de 3,9 kg/cm2 au manomètre. Le rapport vapeur d'eau:solides du latex est de 1,0.
Initialement, la teneur totale en solides du latex est de 40,2% et sa teneur en styrène inchangé de.1,10%. On utilise un ajutage à mélange externe et on recycle le latex par l'ajutage l'équiva- lent de huit fois. La teneur en styrène inchangé est ainsi
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abaissée à 0,09%.
EXEMPLE 7. -
On traite un latex d'un copolymbro do butadiène et do styrène à l'aide d'un ajutage à mélange externe avec do la vapeur d'eau sous une pression do 3,5 kg/cm2 au manomètre, le vide dans la chambre étant do 45,7 cm de mercuro. Le rapport vapeur d'eau:solides du latex est de 1,0. Initialement, la teneur totale en solides du latex est de 39,0% et la teneur en styrène inchangé de 4,90%. Apres l'entraînement du monomère inchangé, la teneur en styrène est abaissée à 0,06%. La durée de l'opération est de 5 heures au lieu des 13 heures que requiè- rent les procédés classiques d'entrainement pour conduire à uno même réduction de la teneur en monomère inchangé.
EXEMPLE $.-
On élimine le monomère résiduel d'un latex d'un copo- lymbre d'acétate do vinyle en utilisant de la vapeur d'eau sous une pression de 0,7 lcg/cm2 au manomètre, le vide dans la chambre étant de 63,5 cm de mercure. Le rapport vapeur d'eau:solides du latex est d'environ 2:3; Initialement, la teneur totale en solides du latex est de 52,5% et'sa teneur en monomère inchangé de 1,0%. Apres l'opération, la teneur en monomère inchangé est de 0,16%.
Dans les exemples ci-dessus, l'entraînement est exécuté sensiblement sans formation de mousse en un temps plus bref que dans les procédés classiques d'entraînement. Le procédé do l'in- vention permet de débarrasser les latex des monomères Inchangés en une durée diminuée d'au moins 50% et parfois de 75% par rapport à celle que requièrent.les procèdes classiques. La formation du coagulum dans los exemples ci-dessus est très faible et dans la plupart des cas inférieure à 1%,alors qu'elle
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est de 2 à 3% dans la plupart des procèdes classiques.
Suivant une variante, le latex peut être chauffé soit à travers la paroi de la chambre qui le contient, soit par passage dans un échangeur de chaleur avant sa pulvérisation.
Dans les procèdes classiques d'entrainement des monomères inchangés, l'apport de chaleur aux latex favorise la formation de mousse, mais dans le procède de l'ivention, il ne se forme pas de mousse,parco qu'on recourt à une pulvérisation.
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Little process? separating an unchanged monomer from latex from polymers by spraying with water vapor, i
The successful invention relates to a process for removing unchanged monomers from polymer latexes and more particularly to vaporization and removal of exchanged monomers by a continuous entrainment technique.
To remove the unchanged monomers and concentrate the polymer latexes, heat is often used in the latexes, for example by thin layer evaporation or by
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admission of water vapor under high pressure into a mass of the latex through the shear of the container containing it. These processes are often slow and require significant maintenance of the apparatus in the case of the various evaporation processes, so that the apparatus is not clogged by the polymer.
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coagulated. The addition of water vapor to the latex often causes the surface of the latex to boil which causes -. foam and requires the addition of antifoam agents to the latex.
The various conventional procedures often result in a decrease in the stability of the latex, cause the latter to foam and
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furthermore promote fouling of the apparatus.
An excessive dilution of the latex is also a frequent difficulty,
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A process has now been discovered which enables unchanged monomers to be removed from polymer latex in a rapid and efficient manner with minimal fouling of .sa.pps, rr ,, lact with low if not no MoUago formation and no loss. of; tb111t of the latex, Aueune dilution of the latex before year, Lrs, m, Ob toU4mé ddt1Qn 4'naênts antilnoussus are neuuaéairéY, Dan;
1 <6 new method of the invention, the water vapor is tempered with the latex, then this mixture is sprayed in a chamber. This chamber is preferably kept under vacuum,
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but the pressure rtmosphr, cue is also suitable. The supported means for mixing the latex with the water var; ur are not critical and a mixing nozzle provided externally is used.
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laughter or inside the room.
The fiber is:, united of devices allowing to 31m the water vapor and the vapor of monomers which separate from the polymer. If desired, the monomers can be condensed and collected. The chamber in which the mixture of latex and water vapor is sprayed
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is either a separate part of the apparatus or the reaction vessel in which the polymerization is carried out.
Preferably, the polymerization is carried out in the reaction vessel and the latex is then supplied from the bottom of the reaction vessel through a nozzle at the top of the reaction chamber where it is mixed with water vapor and sprayed into the. vacuum maintained free space overcoming liquid latex
The novel process of the invention is illustrated by the description of an embodiment with recycling, as shown in the drawing. The polymer latex is extracted from chamber 10 through line 11 and lifted by pump 12 to nozzle 13.
Water vapor is introduced and mixed into the latex via line 14. The mixture thus formed of water vapor and latex is sprayed into the free space 16 of chamber 10.
Line 17 allows the withdrawal of vapors of unchanged monomoros and water. Optionally, a condenser 18 allows the condensation of the water vapor and the vapor of monomers.
The new process of the invention is applicable to any latex of polymers. Examples of suitable polymers which can be satisfactorily processed in the process of the invention are polystyrene, copolymers of butadiene and of styrene, carboxylated butadiene copolymers, butadiene copolymers. and acrylonitrile, copolymers of vinylidem chloride and vinyl acetate cp [u, eras.
By mixing the latex with the water vapor and spraying the mixture through a nozzle, a fine spray is formed which provides a large specific surface area allowing the latex to be easily freed from unchanged monomers.
Due to the large specific surface area of latex, it is not possible for water vapor to be enveloped by the latex ot
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shape of the foam. It is believed that this spray comprises water vapor as a continuous phase and latex as a discontinuous phase. As soon as this spray is formed, the phases separate and the monomers are removed.
As indicated above, it is not critical to maintain a vacuum in the chamber into which the mixture of water vapor and latex is sprayed. However, although we have worked successfully under atmospheric pressure, we prefer to use a vacuum. When using a chamber operating at atmospheric pressure, it is necessary to preheat the latex to prevent excessive condensation of water vapor by the latex. The temperature of the latex can be all the lower the better the vacuum (ie the lower the absolute pressure), which results in a noticeable reduction in the formation of a coagulum. and degradation of the polymer. The formation of foam is virtually eliminated in vacuo.
Preferably, one works under a vacuum of 38 to 66 cm of mercury.
The nature of the nozzle used according to the invention is not critical. Any device suitable for mixing the water vapor with the latex can be used to form a dispersion and to project it into the chamber. The internal and external nozzles are also satisfactory. Preferably, an external nozzle is used, because it is generally simpler. By external nozzle, is meant for the purposes of the invention, a nozzle in which the two pulverized constituents are mixed after having been projected from the nozzle. In an internal nozzle, the components are mixed inside the nozzle and the mixture thus formed is then sprayed.
The consumption of water vapor in the new process
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is not critical and may vary within a relative interval. ment extended. 0.1 to 2 kg of water vapor is preferably taken per kg of solids which the latex contains. More preferably, 1 kg of water vapor is taken per kg of solids contained in the latex. The water vapor: solids ratio of the latex which is used in particular is chosen as a function of the desired inefficiency.
The new process of the invention is illustrated by the following nonlimiting examples.
EXAMPLE 1.-
A latex of an opolymbre of butadiene and styrene, with a total solids content of 45.3% in a chamber at atmospheric pressure, is sprayed to the dean of water vapor at a pressure of 2.1 kg. / cm2 at the pressure gauge. The latex is passed once through the internal mix nozzle. Prior to processing, the latex contains 1.35% unchanged styrene. After processing, the latex contains 0.60% unchanged styrene.
EXAMPLE 2.-
A latex of a carboxylated butadiene, styrene and acrylonitrile copolymer is pumped into an internal mixing nozzle where it is mixed with water vapor under a pressure of 2.1 kg / cm 2 at a pressure gauge. to be projected into a chamber where there is a vacuum of 63.5 cm of mercury. The water vapor: solids ratio of the latex is 0.56. Latex initially contains
3.10% unchanged styrene. After passing through the training apparatus, the latex still contains 1.20% unchanged styrene.
EXAMPLE 3.-
A latex of a copolymer of butadiene, styrene and carboxylated acrylonitrile is sprayed through an internal mix nozzle in one pass., The pressure of water vapor.
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and the vacuum being the same as in Example 2. The water vapor: latex solids ratio, however, being 0.69. The unchanged styrene content is thus reduced from 3.10 to 0.95%.
EXAMPLE 4. -
A latex of a copolymer of butadiene, styrene and carboxylated acrylonitrile was sprayed through an internal mixture nozzle, the steam pressure and vacuum being the same as in Example 2, but the ratio water vapor: latex solids being 2.42. The initial unchanged styrene content of 3.10% is lowered to 0.60%.
EXAMPLE 5. -
A latex of a copolymer of butadiene, styrene and carboxylated acrylonitrile is treated by mixing it with water vapor under a pressure of 1.7 kg / cm 2 at a pressure gauge in an internal mixing nozzle and spraying this. mixing in one pass in the headspace of a reaction vessel where there is a. 61 cm of mercury vacuum. The water vapor: solids ratio of the latex is 1.1. Initially, the latex had a total solids content of 40.9% and an Unchanged styrene concentration of 3.15%. After the operation, the unchanged styrene content is 0.80%.
EXAMPLE 6. -
A latex of a butadiene-styrene copolymer is treated in a vessel where a 20 inch vacuum is maintained. of mercury, the pressure of the water value being 3.9 kg / cm2 on the manometer. The water vapor: solids ratio of the latex is 1.0.
Initially, the total solids content of the latex is 40.2% and its unchanged styrene content is 1.10%. An external mix nozzle is used and the latex is recycled through the nozzle the equivalent of eight times. The unchanged styrene content is thus
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lowered to 0.09%.
EXAMPLE 7. -
A latex of a butadiene-styrene copolymbro was treated using an external mixing nozzle with water vapor at a pressure of 3.5 kg / cm2 on a pressure gauge, the vacuum in the chamber being do 45.7 cm of mercuro. The water vapor: solids ratio of the latex is 1.0. Initially, the total solids content of the latex is 39.0% and the unchanged styrene content is 4.90%. After stripping off the unchanged monomer, the styrene content is lowered to 0.06%. The duration of the operation is 5 hours instead of the 13 hours required by conventional entrainment methods to lead to a same reduction in the content of unchanged monomer.
EXAMPLE $ .-
Residual monomer from a latex was removed from a vinyl acetate copolymer using steam at a pressure of 0.7 µg / cm 2 on a manometer, the vacuum in the chamber being 63. 5 cm of mercury. The water vapor: solids ratio of the latex is about 2: 3; Initially, the total solids content of the latex is 52.5% and its monomer content unchanged is 1.0%. After the operation, the content of unchanged monomer is 0.16%.
In the above examples, the training is performed substantially without foaming in a shorter time than in conventional training methods. The process of the invention makes it possible to rid the latexes of Unchanged monomers in a time reduced by at least 50% and sometimes by 75% compared to that required by conventional processes. The formation of the coagulum in the examples above is very low and in most cases less than 1%, while it
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is 2 to 3% in most conventional procedures.
According to one variant, the latex can be heated either through the wall of the chamber which contains it, or by passing through a heat exchanger before it is sprayed.
In the conventional methods of entrainment of the unchanged monomers, the addition of heat to the latex promotes the formation of foam, but in the method of ivention, no foam is formed, because spraying is used.