CH266642A - Process for the emulsion polymerization of substances capable of being polymerized. - Google Patents

Process for the emulsion polymerization of substances capable of being polymerized.

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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/12Polymerisation in non-solvents
    • C08F2/16Aqueous medium
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Description

  

  Procédé pour la polymérisation en émulsion des substances susceptibles  d'être polymérisées.    La présente invention a pour objet un  procédé pour la polymérisation des substances  susceptibles d'être polymérisées par passage  continu dans un appareil à réaction d'une  émulsion aqueuse acidifiée     desdites    subs  tances.  



  D'une manière générale,     ce,    procédé peut.  s'appliquer à toute substance susceptible  d'être polymérisée à l'état d'émulsion, telle  que les halogénures de vinyle, les halogénures  de     vinylidène,    l'acétate de vinyle, les esters  des     acides    acrylique et méthacrylique,     l'acry-          lonitrile,    le     styrène,    les esters de l'acide     fu-          marique    ou des mélanges de deux de ces com  posés ou davantage, le cas échéant en pré  sence de matières non polymérisables.  



  On sait que la polymérisation en émulsion,  du chlorure de vinyle, du chlorure de     vinyli-          dène    ou d'autres substances     polymérisables,     s'effectue rapidement quand la phase eau de  l'émulsion présente une réaction acide, avec  de préférence une valeur de pH inférieure à 3.  



  Pour régler le pH à la valeur désirée, on  incorporait généralement l'acide jusqu'ici au  mélange d'eau, de matières polymérisables et  d'un émulsifiant, avant.     passage    à. l'état.  d'émulsion.  



  Or, on a constaté qu'il était particulière  ment avantageux pour l'exécution continue de  la polymérisation en émulsion par passage  d'une émulsion aqueuse acidifiée des subs  tances susceptibles d'être polymérisées dans    un appareil à réaction, d'effectuer     l'émulsifi-          cation    de la substance à polymériser dans un  milieu aqueux non acide, l'acidification de ce  milieu n'ayant lieu qu'après formation de  l'émulsion seulement.. L'acidification est de  préférence effectuée juste avant l'introduc  tion de l'émulsion     dans    l'appareil de     pol5uné-          risat.ion.     



  Le plus grand avantage du présent pro  cédé, comparé au procédé généralement appli  qué à ce jour et consistant à ajouter l'acide  avant     l'émulsification    du ou des monomères,  réside dans le fait que l'émulsion obtenue est.  très fine et présente une stabilité assez élevée  pour que la polymérisation puisse s'exécuter  dans un appareil simple, sans mécanisme de  brassage ou autres organes mobiles, par  exemple dans des tubes à réaction. Les émul  sions obtenues en ajoutant l'acide dès avant       l'émulsification    sont . au contraire beaucoup  moins fines et     sensiblement    moins stables.  Lorsqu'on les polymérise, il est donc néces  saire d'assurer un brassage dans la chambre à  réaction pour empêcher leur  cassage  pen  dant la polymérisation.

   Le fait que l'invention  permet de supprimer tout mécanisme de bras  sage avec les inconvénients qui en dérivent, a  en outre comme corollaire avantageux que des  dépôts gênants de polymères dans l'appareil  de. polymérisation ne se forment pas ou se  forment à un bien moindre degré que ce n'est  le cas avec le procédé comportant un bras-      sage de l'émulsion en cours de polymérisation.  De tels dépôts sont extrêmement gênants lors  qu'on opère en marche continue.  



  On a déjà réalisé, lors de polymérisations  par charges successives, l'addition     ultérieure     d'acide à l'émulsion aqueuse de substances à  polymériser. Dans les cas considérés toutefois,  les substances à polymériser sont maintenues  longtemps dans une chambre fermée, sous les  conditions nécessaires à la polymérisation, et  l'acidification ultérieure des émulsions ne  présente pas d'importance     particulière    étant  donné que les     dépôts    qui se produisent géné  ralement lorsqu'on utilise les émulsions pré  parées avec une phase eau     acidifiée    ne gênent  pas l'exécution de la polymérisation par  charges successives.

   On ne pouvait donc dé  duire de     tels    modes de procéder connus, qu'il  pourrait être     particulièrement    avantageux  de n'ajouter l'acide nécessaire au réglage du  <B>pH</B> à la valeur désirée, qu'après seulement       émulsification    de la substance à polymériser.  



  Dans le procédé selon     l'invention,    des       quantités    faibles d'émulsifiant suffisent géné  ralement, comparées à celles nécessaires dans  le cas où l'acidification est déjà exécutée avant       l'émulsification.    Un autre avantage complé  mentaire consiste en ce que la polymérisation  peut s'exécuter avec des concentrations supé  rieures en monomères, sans risques de dépôt de       polymère,    ce qui est important pour le tra  vail     ultérieur    de la suspension de polymères  obtenue.  



  Dans l'exécution du procédé selon l'inven  tion, il est avantageux d'ajouter de nouvelles  quantités de matières à polymériser en un ou  plusieurs points du     trajet    suivi par la subs  tance à polymériser. On ajoute de préférence  ces nouvelles quantités de substances à poly  mériser sous forme d'émulsions acidifiées  dont, l'acidification n'a été effectuée qu'après       émulsification    de la substance à polymériser.

    Des catalyseurs de polymérisation, tels     que     l'eau oxygénée, les     persulfates    et autres,  peuvent être ajoutés aux substances à poly  mériser avant ou après     l'émulsification.    De  préférence l'addition se fait toutefois après         émulsification,    si possible en même temps que  l'acide.  



       Pour    régler le     pg    de l'émulsion à la. valeur  désirée, on peut utiliser un acide minéral tel  que l'acide     sulfurique    ainsi qu'un acide orga  nique tel que l'acide acétique; on préfère  toutefois utiliser l'acide chlorhydrique ou  l'acide nitrique.  



  On peut procéder à     l'émulsification    des  substances à polymériser dans l'eau en pré  sence d'un émulsifiant- et cela de toutes ma  nières appropriées au moyen de     turbo-mélan-          geurs    ou de tous autres appareils de mélange  à action     énergique    ou encore     d'homogé-          néiseurs    seuls ou associés à d'autres appareils.

         Exemple:     On a préparé     suie    émulsion stable fine  ment     divisée    de chlorure de vinyle en mélan  geant     "r,1    parties en poids d'une solution  aqueuse de     cétyl    sulfate de     sodium    présentant       une    concentration de     2,%    en poids, dans un       mélangeur        fermé,    avec 2,

  9 parties en poids de       chlorure    de vinyle     pur    et on a fait passer en  suite le mélange obtenu dans un     turbo-mélan-          geur    dans lequel l'émulsion se trouvait ré  duite à un état de grande finesse. On a. en  voyé d'une manière continue cette émulsion  dans un appareil de polymérisation à la vi  tesse de 10 kg par     heure;    peu avant l'intro  duction de cette émulsion on a ajouté une so  lution acide d'eau oxygénée à une concentra  tion de 45'      o    à l'allure de 0,2 kg par heure, de  manière à obtenir pour l'émulsion un     pA     de 2,5.  



  L'appareil de     polymérisation    consistait en       une    série de tubes en acier résistant aux  acides, réunis l'un à l'autre et présentant une  longueur totale d'environ 120 m avec un dia  mètre de 2,5 centimètres, fournissant ainsi  Lune contenance d'environ 60 litres.; une     eir-          culation    externe d'eau de refroidissement. per  mettait de maintenir ces tubes à Lune     tempé-          rature    d'environ 350 C.

   Pour déclencher la  réaction de polymérisation on faisait revenir       régulièrement    3,4 kg d'émulsion à l'entrée de  la chambre de réaction au moyen d'une pompe  de circulation à partir d'un point se     tr        ouivant         environ au tiers de la longueur totale du tube  de réaction à partir de son origine. Au cours  d'une opération continue ayant duré 250  heures, la polymérisation s'est effectuée d'une  manière très régulière à une allure moyenne  de polymérisation d'environ 25 à 30 g de poly  mères par litre d'émulsion et par heure.

   En  faisant traverser le même appareil par une  émulsion préparée de- la même manière et  différant seulement par le fait que la solu  tion acide d'eau oxygénée était ajoutée avant  émulsion, l'essai de polymérisation devait  être arrêté au bout de 40 heures seulement à  la suite des obstructions provoquées par le  dépôt de     polymères.  



  Process for the emulsion polymerization of substances capable of being polymerized. The present invention relates to a process for the polymerization of substances capable of being polymerized by continuous passage through a reaction apparatus of an acidified aqueous emulsion of said substances.



  Generally speaking, this process can. apply to any substance capable of being polymerized in the form of an emulsion, such as vinyl halides, vinylidene halides, vinyl acetate, esters of acrylic and methacrylic acids, acrylonitrile , styrene, fumaric acid esters or mixtures of two or more of these compounds, optionally in the presence of non-polymerizable materials.



  It is known that the emulsion polymerization of vinyl chloride, vinylidene chloride or other polymerizable substances proceeds rapidly when the water phase of the emulsion shows an acid reaction, preferably with a pH value less than 3.



  To adjust the pH to the desired value, the acid heretofore has generally been incorporated into the mixture of water, polymerizable materials and an emulsifier, before. move to. the state. emulsion.



  Now, it has been found that it was particularly advantageous for the continuous execution of the emulsion polymerization by passing the substances capable of being polymerized in a reaction apparatus through an acidified aqueous emulsion, to carry out the emulsification. cation of the substance to be polymerized in a non-acidic aqueous medium, the acidification of this medium taking place only after formation of the emulsion. The acidification is preferably carried out just before the introduction of the emulsion in the polymerization apparatus.



  The greatest advantage of the present process, compared to the process generally applied to date and consisting in adding the acid before the emulsification of the monomer (s), lies in the fact that the emulsion obtained is. very fine and has a sufficiently high stability so that the polymerization can be carried out in a simple apparatus, without a stirring mechanism or other moving parts, for example in reaction tubes. The emulsions obtained by adding the acid before emulsification are. on the contrary, much less fine and significantly less stable. When they are polymerized, it is therefore necessary to ensure stirring in the reaction chamber to prevent their breaking during the polymerization.

   The fact that the invention makes it possible to eliminate any wise arm mechanism with the drawbacks which derive therefrom, has furthermore as an advantageous corollary that troublesome deposits of polymers in the apparatus. polymerization do not or do form to a much lesser extent than is the case with the process involving brazing of the emulsion during polymerization. Such deposits are extremely troublesome when operating in continuous operation.



  During successive batch polymerizations, the subsequent addition of acid to the aqueous emulsion of substances to be polymerized has already been carried out. In the cases considered, however, the substances to be polymerized are kept for a long time in a closed chamber, under the conditions necessary for the polymerization, and the subsequent acidification of the emulsions is not of particular importance since the deposits which generally occur when the emulsions prepared with an acidified water phase are used, they do not interfere with the execution of the polymerization by successive charges.

   It could not therefore be deduced from such known procedures, that it could be particularly advantageous to add the acid necessary for the adjustment of the <B> pH </B> to the desired value, only after only emulsification of the substance to be polymerized.



  In the process according to the invention, small amounts of emulsifier are generally sufficient, compared to those necessary in the case where the acidification is already carried out before the emulsification. Another additional advantage consists in that the polymerization can be carried out with higher concentrations of monomers, without risks of polymer deposition, which is important for the subsequent work of the polymer suspension obtained.



  In carrying out the process according to the invention, it is advantageous to add new quantities of material to be polymerized at one or more points on the path followed by the substance to be polymerized. These new amounts of substances to be polymerized are preferably added in the form of acidified emulsions in which the acidification has only been carried out after emulsification of the substance to be polymerized.

    Polymerization catalysts, such as hydrogen peroxide, persulfates and the like, can be added to the substances to be polymerized before or after emulsification. The addition is preferably carried out after emulsification, however, if possible at the same time as the acid.



       To adjust the pg of the emulsion to the. desired value, one can use a mineral acid such as sulfuric acid as well as an organic acid such as acetic acid; however, it is preferred to use hydrochloric acid or nitric acid.



  It is possible to emulsify the substances to be polymerized in water in the presence of an emulsifier - and this in any appropriate manner by means of turbo-mixers or any other vigorous-acting mixing apparatus or else. homogenizers alone or combined with other devices.

         Example: A stable, finely divided emulsion of vinyl chloride was prepared by mixing "1 parts by weight of an aqueous solution of sodium cetyl sulfate having a concentration of 2.% by weight in a closed mixer, with 2,

  9 parts by weight of pure vinyl chloride and the mixture obtained was then passed through a turbo-mixer in which the emulsion was reduced to a state of great fineness. We have. continuously sending this emulsion through a polymerization apparatus at a speed of 10 kg per hour; shortly before the introduction of this emulsion, an acid solution of hydrogen peroxide was added at a concentration of 45 ° at the rate of 0.2 kg per hour, so as to obtain for the emulsion a pA of 2.5.



  The polymerization apparatus consisted of a series of acid-resistant steel tubes, joined together and having a total length of about 120 m with a diameter of 2.5 centimeters, thus providing the capacity of about 60 liters .; external cooling water circulation. used to maintain these tubes at a temperature of around 350 C.

   To initiate the polymerization reaction, 3.4 kg of emulsion were regularly returned to the inlet of the reaction chamber by means of a circulation pump from a point tr owing approximately to a third of the total length. of the reaction tube from its origin. During a continuous operation which lasted 250 hours, the polymerization took place in a very regular manner at an average polymerization rate of about 25 to 30 g of polymers per liter of emulsion and per hour.

   By passing the same apparatus through an emulsion prepared in the same manner and differing only in that the acidic hydrogen peroxide solution was added before emulsion, the polymerization test had to be stopped after only 40 hours at following obstructions caused by the deposition of polymers.

 

Claims (1)

REVENDICATION: Procédé pour la polymérisation en émul sion de matières polymérisables, comprenant le passage en continu d'une émulsion aqueuse acidifiée de la substance à polymériser à tra vers un appareil de réaction, caractérisé par le fait que la substance à polymériser est émulsionnée dans un milieu aqueux non acide, l'acidification de ce milieu étant effectuée seulement après formation de l'émulsion. SOUS-REVENDICATIONS: 1. Procédé suivant la revendication, carac térisé par le fait que. l'acidification du milieu aqueux est effectuée juste avant l'introduc tion de l'émulsion dans l'appareil de réaction. 2. CLAIM: Process for the emulsion polymerization of polymerizable materials, comprising the continuous passage of an acidified aqueous emulsion of the substance to be polymerized through a reaction apparatus, characterized in that the substance to be polymerized is emulsified in a non-acidic aqueous medium, the acidification of this medium being carried out only after formation of the emulsion. SUB-CLAIMS: 1. Method according to claim, charac terized in that. the acidification of the aqueous medium is carried out just before the introduction of the emulsion into the reaction apparatus. 2. Procédé suivant la revendication, carac térisé par le fait qu'on ajoute un catalyseur de polymérisation, mais seulement après émul- sification de la substance à polymériser. Process according to claim, characterized in that a polymerization catalyst is added, but only after emulsification of the substance to be polymerized.
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