CS236237B1 - Způsob emulzní polymerace nebo kopolymerace nenasycených monomerů - Google Patents

Abstract

Zvýšení polymerační rychlosti a zvýšení konverze monomerů při přípravě vodných disperzí emulzní jaolymerací nenasycených monomerů se dosáhne tak, že se směs monomerů, vody a povrchově aktivních látek nebo emulze připravené z těchto složek nejprvé podrobí v atmosféře inertního plynu intenzivnímu míchání se specifikovanou intenzitou příkonu energie a při specifikovaném smykovém napětí, potom se za stálého míchání o podstatně nižší intenzitě přidá ke vzniklé emulzi roztok iniciátoru a připadne urychlovače nebo regulátoru mol. hmotnosti konečného polymeru nebo kopolymérů a reakční směs se vyhřeje na teplotu 25 až 97 °C, při níž se udržuje po dobu 1 až 5 hodin.

Description

Vynález se týká způsobu provádění emulzní polymerace a kopolymerace nenasycených monomerů ve vodném prostředí·

V současné době se pro přípravu vodných disperzí v podstatě užívají dva hlavní způsoby, redoxní a refluxní. Jednotlivé postupy se od sebe odlišují iniciačními systémy, emulgačními systémy, teplotním režimem, pH polymerační směsi atd.

Tyto postupy je možno dále dělit na šaržové jedno- nebo více stupňové^olokontinuální, popřípadě kontinuální· Přehledně jsou příklady jednotlivých variant technologických postupů uvedeny v monografii Sňupárek J., Formánek L·: Vodné disperze syntetických polymerů, SNTL, Praha 1979, str· 91 až 96· Většina technologických postupů pro emulzní polymeraci a kopolymeraci nenasycených monomerů je předmětem řady patentů, šaržové postupy, např. brit. pat. 573 333, polokontinuální čs. pat. č® 145 658 to.akkuktuM&g** kontinuální např. pat. NSR č. 1 137 216. Kromě toho existují i četné publikace, uvádějící i výsledky sledování průběhu vlastního polymeračního procesu ve vodné emulzi monomerů, např. velikosti částic emulzí při různé intenzitě míchání (Durdil P., Ludvík M., Šteidl H.: Dynamika emulgace v přítomnosti neionogenních emulgátorů, CHISA, Mar. Lázně, 1982), růstu částic při diskontinální emulzní polymeraci (Lichti G., Gilbert R. G., Napper D. H.:J. Polymer Sci. (PCHE) 19. 1981, č. 4, str.

925 - 958) apod. Společnou nevýhodou uvedených postupů je poměrně nízká polymerační rychlost a z ní vyplývající dlouhá doba polymerace nutná k dovedení reakce až do 100% konverze.

236 237

Tento problém řeší předložený vynález, jehož předmětem je způsob emulzní polymerace nebo kopolymerace nenasycených .monomerů ve vodě s obsahem aktivních látek, s výhodou vodné emulze připravené mícháním směsi monomerů, vody a povrchově aktivních látek s intenzitou 5· 10”^ až 1.1O”² kW.nf^.s“** při smykovém napětí' 1·10 až 5·1θ N.m , v přítomnosti po lymeračních iniciátorů a případně látek ovlivňujících konečné vlastnosti produktu· Podstata vynálezu spočívá v tom, že směs monomerů, vody a povrchově aktivních látek nebo emulze připravená z těchto složek se nejprve podrobí po dobu 0,1 až 300 s v atmosféře inertního plynu intenzivnímu míchání při intenzitě příkonu energie 1,0 až 3.10 kW.m .s“ a při z z smykovém napětí 10 až 100 N.m · Potom se za stálého míchání s intenzitou pod 1.10 kW.m přidá k této emulzi roztok iniciátoru a případně urychlovače nebo regulátoru mol. hmotnosti konečného.polymeru nebo kopolymeru a reakční směs se vyhřeje na teplotu 25 až 97 °C, při níž se udržuje po dobu 1 až 5 h.

Předností způsobu podle tohoto vynálezu je především zvýšení polymerační rychlosti systému až,na dvojnásobek ve srovnání s doposud známými postupy polymerace. Toho je možné využít jak při diskontinálním, tak i při semikontinuálním, popřípadě kontinuálním způsobu přípravy disperzí. Při semikontinuálním způsobu vedení emulzní polymerace se dosahuje o 10 až 20 % vyšší konverze než u postupů dosavadních při stejné rychlosti dávkování složek a při stejných teplotních podmínkách polymerace. Navíc je možné v tepelně izolovaném systému při diskontinuálním vedení polymerace a při vhodném poměru monomerů a vody dosáhnout téměř 100£? konverze monomerů bez potřeby počátečního zvýšení teploty systé mu z vnějších zdrojů a bez dodatečného zahřátí disperze před úplným dokončením polymerace obvykle na teplotu 80 až 95 °C· Tyto výhody platí i pro polymeraci v průtočných míchaných reaktorech.

236 237

Emulzní polymerací nebo kopolymerací vedenou způsobem podle vynálezu lze jako monomery zpracovávat všechny nenasycené sloučeniny s vinylickou dvojnou vazbou, především styren a jeho deriváty, kyselinu akrylovou a methakrylovou a jejich běžně používané deriváty, např. estery, hydroxyestery, amidy, N-substituované amidy, nitrily apod., vinylagatát, alkylvinylethery, případně ještě i jiné vinylické monomery, dále kyselinu maleinovou, fumarovou a jejich deriváty aj.

Získané vodné disperze syntetických polymerů a kopolymerů slouží k přípravě vodou ředitelných nátěrových hmot, lepidél, tmelů a vyrovnávacích hmot, syntetických omítkovin a polymer-cementových malt, jako pojivá pro úpravu textilních materiálů, koberců, minerálních vláken, papíru, usní a v celé řadě dalších oborů.

Příklad 1

Do reakční baňky velikosti 1 1 se naváží 281 g styrenu, 15 g kyseliny akrylové, 587 g vody, 27 g monooktylsulfojantaranu sodného (Disponil SUS 87, 30 % hmot. aktivní látky) a 2 g hydroxymethylcelulosy. Tato směs se při teplotě 20 °C míchá 120 s turbinovým míchadlem s intenzitou měrného příkonu do systému 9,6 kW.m .s a při smykovém napětí na rotoru míchadla 65 N.m · Během míchání se do banky uvádí inertní plyn (dusík). Po skončení této přípravy emulze se tato ohřeje na 30 C a do reakční banky se přidá 10 ml roztoku persíranu amonného o koncentraci 1,1 % hmot. a 10 ml roztoku pyrosiřičitanu sodného o koncentraci 5,6 % hmot. Reakční baňka se tepelně izoluje a reakční směsí se míchá s intenzitou 1,5.10 * kWim .s . Reakční teplota stoupá s časem. Její průběh znázorňuje na obr. 1 křivka A. Průběh konverze monomerů znázorňuje na obr. 2 křivka A, průběh reakční rychlosti znázorňuje na obr. 3 křivka A.

236 237

Pro porovnání se provede stejný pokus, ale emulze monomerů se připraví běžným způsobem, tj· při použití vrtulového míchadla s celkovou intenzitou příkonu energie 6.10**^kW.m^.s' při smykovém napětí 9.10 N.m Průběh teploty konverze a rychlosti polymerace znázorňují na obr. 1, 2, 3 křivky B.

Příklad 2

Do prvního zásobníku opatřeného vrtulovým míchadlem a přívodem inertního plynu se naváží 400 hmot· dílů vody,

12,5 hmot. dílů alkylpolyethylenglykolethersulfátu sodného (Etoxon EPA, 34 % hmot. aktivní látky), 32 hmot. dílů kondenzačního produktu 1 molu nonylfenolu s 9 moly ethylenoxidu,

380 hmot. dílů styrenu, 345 hmot. dílů butylakrylátu a 24 hmot.

dílů kyseliny akrylové. Poté se uvede v činnost míchadlo, kter· -3 -3 —1 ré pracuje s intenzitou 4.10 kW.m .s po dobu 10 min., čímž se připraví tzv./^mMzeX^e^ato se pak dávkovacíra čerpadlem během 60 následujících minut přečerpá přes kontinuální míchaný druhý zásobník opatřený turbinovým míchadlem s ce]k>vou intenzitou příkonu do systému 2,5.10 kW.m .s , pracujícím při smykovém napětí 20 N.m , při průměrné době zdržení eraulze v tomto zásobníku 10 s do polymeračního reaktoru. Tento druhý zásobník je také opatřen přívodem inertního plynu. Do polymeračního reaktoru opatřeného zpětným chladičem a přívodem inertního plynu se předem naváží 140 hmot. dílů vody, 2,3 hmot. dílu výše zmíněného anionaktivního emulgátoru a 4 hmot. díly pyrosiřicitanu sodného. Obsah tohoto reaktoru se vyhřeje na teplotu 70 °C a během dávkování emulze udržuje. Současně s dávkováním emulze se do reaktoru dávkuje roztok 4 hmot. dílů persíranu amonného ve 36 hmot. dílech vody. Během tohoto dávkování se směs míchá nízkoobrátkovým míchadlem. Po skončení přidávání emulze, tj. 60 min. od počátku dávkování, se obsah reaktoru zahřeje na 95 °C a ponechá při této teplotě 1 h. Pak se ochladí na teplotu 30 až 40 °C. Průběh konverze monomerů během této polymerace znázorňuje na obr. 4 -křivka A.

236 237

V porovnání s tímto průběhem se provede stejný pokus s tím rozdílem, že dávkovacím čerpadlem se dávkuje emulze přímo do polymeračního reaktoru. Průběh konverze monomerů za těchto podmínek znázorňuje na obr. 4 křivka B.

Příklad 3

Použije se neupravená emulze z příkladu 2, která se vysokotlakým čerpadlem (tlak 20 MPa) vhání do emulgační trys ky, kde při tečném napětí 100 N.m vzniká upravená emulze, která se dále zpracuje stejným způsobem jako v příkladu 2, Průběh konverze při této následující emulzní kopolymeraci znázorňuje obr. 4, křivka C.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   236 237

   Způsob emulzní polymerace nebo kopolymerace nenasycených monomerů ve vodě s obsahem aktivních látek, s výhodou vodné emulze připraveně mícháním směsi monomerů, vody a povrchově aktivních látek s intenzitou 5·10~^ až 1.10“² kW.ní\s při smykovém napětí 1.10 až 5*10 N.m , v přítomnosti polymeračních iniciátorů a případně látek ovlivňujících konečné vlastnosti produktu, vyznačující se tím, že směs monomerů, vody, a povrchově aktivních látek nebo emulze připravená z těchto složek se nejprve podrobí po dobu 0,1 až 300 s v atmos féře inertního plynu intenzivnímu míchání při intenzitě příkonu/3.10^ kW.m\s~^ a při smykovém napětí 10 až ••2

   100 N.m , potom se za stálého míchání s intenzitou pod —2 —3 —1

   1.10 kW.m .s přidá k této emulzi roztok iniciátoru a případně urychlovače nebo regulátoru mol. hmotnosti konečného polymeru nebo kopolymeru a reakční směs se vyhřeje na teplotu 25 až 97 °C, při níž se udržuje po dobu 1 až 5 h.