DE2531780C3 - Verfahren zur Herstellung von verpastbaren Polymeren des Vinylchlorids - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von verpastbaren Polymeren des VinylchloridsInfo
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Description
(a) diskontinuierlich in Kessein von wenigstens 6 m3 Fassungsvermögen in Gegenwart von nicht
mehr ah I Gewichtsprozent, bezogen auf Polyvinylchlorid, an Emulgator, wobei der
angegebene pH-Bereich oberhalb eines Umsatzes von 30% eingehalten wird, oder
(b) kontinuierlich in Gegenwart von nicht mehr als 2 Gewichtsprozent, bezogen auf Polyvinylchlorid,
an Emulgator erhalten wurde, versprüht, wobei entweder vor dem Sprühtrocknen auf
einen pH-Wert von 6 bis 7,5 oder während des Sprühtrocknens auf einen pH-Wert von 4 bis 7.5
eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Latex versprüht wird, bei dessen Herstellung gemäß (a) gearbeitet und dabei die
gesamte Polymerisation in einem pH-Bereich von 9,5 bis 11.5 durchgeführt wurde.
3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Latex versprüht wird, bei dessen Herstellung gemäß (a) gearbeitet und dabei die
Polymerisation bis zu einem Umsatz von 15% in einem pH-Bereich von 6 bis 6,5 und bis zu einem
Umsatz von 30% in einem pH-Bereich von 6.5 bis 7,5 durchgeführt wurde.
Pasten unbefriedigend hoher Viskositäten (Vergleichsversuch A).
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Plastisoleigenschaften von mit Alkalisalzen 'von Fettsäuren
als Emulgatoren hergestellten Vinylchlorid-Polymeren
zu verbessern, wobei die Polymerisation gemäß den Anforderungen moderner Technologie in wenigstens
45 Gewichtsprozent Monomere enthaltender Emulsion entweder diskontinuierlich bei einem Emulgatorgehalt
von höchstens 1 Gewichtsprozent, bezogen auf Polyvinylchlorid, in Polymerisationseinheiten von
mindestens 6 m3 Rauminhalt oder kontinuierlich in Gegenwart von höchstens 2 Gewichtsprozent, bezogen
auf Polyvinylchlorid, an Emulgator durchgeführt werden soll.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von verpastbaren Polymeren des VinylchiVrids durch
Sprühtrocknen von Latices, die durch Polymerisation von Vinylchlorid, allein oder zusammen mit bis zu 30
Gewichtsprozent an anderen Monomeren, bezogen auf die Monomerengesamtmenge, in wäßriger Emulsion in
Gegenwart von wasserlöslichen Katalysatoren und von Salzen von Fettsäuren mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen
als Emulgatoren in einem pH-Bereich von 9,5 bis 11.5 bis
zu mindestens 80% Umsatz erhalten wurden, gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Latex,
der durch Polymerisation in wenigstens 45 Gewichtsprozent Monomere enthaltender Emulsion in Gegenwart
von Natrium- oder Kaliumsaben der genannten Fettsäuren als Emulgatoren entweder
(a) diskontinuierlich in Kesseln von wenigstens 6 m3 Fassungsvermögen in Gegenwart von nicht mehr
als 1 Gewichtsprozent, bezogen auf Polyvinylchlorid,
an Emulgator, wobei der angegebene pH-Bereich oberhalb eines Umsatzes von 30% eingehalten
wird, oder
(b) kontinuierlich in Gegenwart von nicht mehr als 2
Gewichtsprozent, bezogen auf Polyvinylchlorid, an Emulgator erhalten wurde, versprüht, wobei
entweder vor dem Sprühtrocknen auf einen pH-Wert von 6 bis 7.5 oder während des Sprühtrocknens auf einen pH-Wert von 4 bis 7.5
eingestellt win1
Es ist bereits bekannt, zur Pastenherstellung geeignete
Polymerisate des Vinylchlorids in Gegenwart von Alkalisal/en von Fettsäuren als Emulgatoren herzustellen,
wobei die Polymerisation in alkalischem Medium durchgeführt wird, da die Alkalisalze von Fettsäuren in
wäßrigem Medium pH Werte von wenigstens 9.5 aufweisen und somit nur bei solchen pH-Werten als
Emulgatoren voll wirksam sind.
Durch Polymerisation in Gegenwart von Alkalisalzen von Fettsäuren als Emulgatoren erhält man Polymerisat
te einer erheblich besseren thermischefi Stabilität,
verglichen mit solchen Polymerisaten, wie sie durch Polymerisation in Gegenwart von Alkylsulfateri sowie
Alkyl- und Alkylarylsulfonaten und anderen üblichen Emulgatoren erhalten weiden (vgl. Tabelle II). Die rilil
Alkalisalzen von Fettsäuren hefgestellten Polymerisate ergeben jedoch beim Einsatz als Plastisolmaterial
In einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens wird ein Latex versprüht, bei dessen Herstellung gemäß
(a) gearbeitet und dabei die gesamte Polymerisation in einem pH-Bereich von 9.5 bis 11.5 durchgeführt wurde.
-,ο In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
wird ein Latex versprüht, bei dessen Herstellung
gemäß (a) gearbeitet und dabei die Polymerisation bis zu einem Umsatz von 15% in einem pH-Bereich von 6 bis
6,5 und bis zu einem Umsatz von 30% in einem
■;·; pH-Bereich von f).5bis 7.5durchgeführt wurde.
Es war zwar bereits bekannt, verpastbare Polymerisate
des Vinylchlorids durch Polymerisation von Vinylchlorid in wäßriger Emulsion in Gegenwart von
Fettsäuresalzen als Emulgatoren in vergleichsweise
bo niedrigen pH-Bereichen (8,0 bis ?.o) und nachfolgender
Sprühtrocknung herzustellen (DE-PS 10 51 505, Anspruch
1, Beispiel 2; US-PS 29 57 858, Anspruch 1). Eine
Polymerisation ir! diesem pH-Bereich läßt sich jedoch bei Einhalten hohef Monomerenkonzentrationen (we*
nigstens 45 Gewichtsprozent) und zugleich niedriger Etnulgatorkonzentrationen, beides Forderungen, die an
moderne technische Verfahren Und somit auch an das erfindungsgemäße Verfahren dringend zu stellen sind,
nicht durchführen, wie den Vergleichsversuchen B, C und E entnommen werden kann. Die Dispersion wird
während der Polymerisation bereits in den vergleichsweise kleinen 300-l-KesseIn, deren Rührwerke relativ
geringe Scherkräfte ausüben, instabil und koaguliert bereits unterhalb von Feststoffkonzentrationen von 35
bis 40%.
Wird gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung die gesamte Polymerisation diskontinuierlich
in einem pH-Bereich von 9,5 bis 11,5 durchgeführt und
der erhaltene Latex vor der Sprühtrocknung auf einen pH-Wert zwischen 6 und 7,5 eingestellt, so erhält man
Polymerisate, welche sich zu Pasten sehr guten Viskositätsverhaltens verarbeiten lassen (Beispiel 1).
Dieser Effekt läßt sich jedoch erheblich verbessern, wenn gemäß einer optimalen Ausführungsform der
Erfindung die Polymerisation bis zu einem Umsatz von 15% in einem pH-Bereich von 6 bis 6,5 und bis zu einem
Umsatz von 30% in einem pH-Bereich von 6,5 bis 7,5 durchgeführt uca bei einem Umsatz von 30% der
pH-Wert auf einen Wert von iö bis 11,5 angehoben wird, worauf man in diesem pH-Bereich die Polymerisation
zu Ende führt (Beispiel 2). Die Einstellung niedriger pH-Werte während der Polymerisation bzw. in ihren
Anfangsstadien kann man bewirken durch Zudosierung (Zugabe nach und nach) von solchen Säuren, sauer
wirkenden Salzen oder säurebildenden Verbindungen, welche die thermische Stabilität des Endproduktes nicht
beeinträchtigen.
Geeignet sind beispielsweise Säuren, wie Salzsäure, Oxalsäure, Ameis. isäure. Schwefelsäure, ferner sauer
reagierende Salze, wie NatriumhMrogensulfat, oder
auch Alkohole, die im Polymerisationsmedium unter der Einwirkung der Aktivatoren zu Saurer oxydiert werden,
wie beispielweise Glycerin und Glykol.
Es lassen sich auch Verbindungen einsetzen, welche gleichzeitig Säure-Funktionen haben und als Co-Aktivator
wirken, wie z. B. Ascorbinsäure.
Die Alkalisierung bei einem Umsatz von 30% kann durch Zugabe der notwendigen Mengen NaOH, KOH 4<i
als wäßrige Lösungen erreicht werden. Es ist auch möglich, falls der Emulgator während der Polymerisation
kontinuierlich oder nach einem bestimmten Programm zugeführt wird, die notwendige Alkalimenge
mit der F.mulgatorlösung einzugeben.
Die Einstellung eines pH-Wertes von 6 bis 7,5 vor
oder 4 bis 7,5 während der Sprühtrocknung des Latex kann mit den gleichen sauren Verbindungen erfolgen,
wie sie zur pH-Reduzierung während der Polymerisation eingesetzt werden. Die Konzentration der sauren
Verbindungen bei der pH-Reduzierung des Latex vor der Sprühtrocknung ist so zu wählen, daß keine lokale
Übersäuerung auftritt, da dies zur augenblicklichen Koagulation führen kann. Das Einmischen wäßriger
Losungen der sauren Verbindungen in die alkalische Dispersion vor dem Sprühtrocknen kann sowohl in
diskontinuierlicher Weise in einem Rührkessel erfolgen als auch in kontinuierlicher Weise durch Mischen der
Dispersion mit einer Lösung der sauren Verbindung in einem kontinuierlich betriebenen Rührkesse! oder durch
Mischen in einem Rohr* welches über Einbauten verfügt, die die notwendige: Turbulenz Verursachen. Der
Vorgang des pH'Wert-Absenkens der Dispersion
erfolgt unmittelbar Vor der Verdüsurig.
Eine sehr zweckmäßige Ausführungsforrrt der Zufüh'
rung der sauren Verbindungen zur pH'Reduzierung vor dem Sprühtrocknen der Dispersion ist es, die säure
Verbindung in die mit einer Mischeinrichtung versehene Dispersionsleitung unmittelbar vor dem Sprühtrocknen
einzugeben.
Besonders wirksam im Hinblick auf niedrige Viskositäten der erhaltenen Pasten ist die Reduzierung des
pH-Wertes in der Wärme. Die Dispersion (der Latex) wird zu diesem Zwecke vor dem Einmischen der sauren
Verbindung auf 30 bis 60QC erwärmt bzw., falls keine
längeren Wege und Zeiträume zwischen Polymerisationskessel und Sprühtrockner liegen, noch warm vom
Polymerisationsprozeß her mit der sauren Verbindung behandelt.
Eine optimale Ausführungsform der pH-Reduzierung der Polymerisat-Dispersion ist die Zuführung der
notwendigen Menge der sauren Verbindung während des Sprühtrocknens, wie die Ergebnisse von Beispiel 4
bis 6 in Tabelle I zeigen. Es ist möglich, eine wäßrige Lösung der sauren Verbindung gemeinsam mit der
Polymerisat-Dispersion in den Sprühtrockner zu verdüsen, indem man mittels zusätzlich angebrachter Düsen
die saure wäßrige Lösung zusammen mit der Dispersion in den Sprühturm austreten iäßt. Wichtig ist dabei, daß
eine homogene Verteilung der sauren Verbindung in der Dispersion während der Sprühtrocknung erreicht wird.
Die Düsen sollen aus diesem Grunde gleichmäßig verteilt in dem Turm angeordnet sein. Es können sowohl
Zweistoffdüsen, als auch Einstoffdüsen zum Einsatz gelangen.
Es ist auch möglich, der warmen Trockenluft ein in wäßrigem Medium saure Lösungen bildendes Gas, wie
HCl. SOj, SO2. CO2, zuzugeben.
Das Verfahren der Erfindung läßt sich anwenden zur Herstellung verpastbarer Homo- und Copolymerer des
Vinylchlorids. Als Comonomere kommen hauptsächlich monoolefinische ungesättigte Verbindungen, wie z. B.
Vinylidenchlorid oder Vinylester von geradkettigen oder verzweigten Carbonsäuren mit 2 bis 20, vorzugsweise
2 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Vinylacetat. Vinylpropionat, Vinylbutyrat; ferner ungesättigte Säuren,
wie beispielsweise Malein-, ."vtnar·, Itacon-,
Croton-, Acryl-. Methacrylsäure sowie deren Mono- oder Diester mit Mono- oder Dialkoholen mit 1 bis 10
Kohlenstoffatomen; und a-Olefine, wie z. B. Äthylen.
Propylen. Isobutylen, Styrol, Acrylnitril, aber auch mehrfach ungesättigte Verbindungen in Frage. Die
Comonomeren können bis zu 30 Gewichtsprozent im Polymerisationsansatz vorliegen.
Als Katalysatoren kommen die bei der Emulsionspolymerisation von Vinylchlorid üblicherweise angewandten
wasserlöslichen Verbindungen in Frage, wie wasserlösliches Persulfat, z.B. Na-. oder K Persulfat
gegebenenfalls kombiniert mit einer reduzierenden Komponente, wie wasserlösliches Bisulfit, Hydrosulfit.
Hydrazin. Thiosulfat. Formaldehydsulfoxylate; Wasserstoffperoxid
kombiniert mit reduzierenden Komponenten, wie Bisulfit. Hydrazin. Hydroxylamin oder Ascorbinsäure,
ferner wasserlösliches Persulfat kombiniert mit Wasserstoffperoxid und einer aktivierenden Komponente,
wie Kupfersalze, welche im alkalischen Medium mit Komplexbildnern, wie Pyrophosphaten.
einzusetzen sind. Es werden die üblichen Konzentratio
nen angewendet, Weitere Katalysatoren, die beim Polymerisieren von Vinylchlorid in wäßriger Emulsion
verwendet werden können, sind z. B, bei Bovey Kolilioff u, a. »Emulsionspolymerisation« New York, 1955, S. 59
bis 93 beschrieben.
Als Emulgatoren werdGn Na· ödef K'Salze unvef·
zweigter und verzweigter Fettsäuren mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen eingesetzt, wie z» B1 Natrium- oder
ο er 4 J
■7ΟΛ
/ ου
Kaliumcaprinat, Natrium- oder Kaliumlaurat, Natriumoder Kaliummyristat, Natrium- oder Kaliumpalmitat.
Natrium- oder Kaliumstearat Bevorzugt sind Natriumlaurat
und Natriummyrislat
Die nach der diskontinuierlichen Polymerisation erhaltenen Dispersionen (Latices) dürfen nicht mehr als
1,0 Gewichtsprozent und die nach der kontinuierlichen Polymerisation erhaltenen Dispersionen nicht mehr als
2 Gewichtsprozent, bezogen auf Polyvinylchlorid, an Emulgator enthalten, da hohe Emulgatorkonzentrationen
sich in den Endprodukten und bei der Verarbeitung nachteilig auswirken. Sie verschlechtern die Transparenz
und erhöhen die Wasserempfindlichkeit sowie die elektrischen Werte der Polymerisate und der daraus
hergestellten Artikel.
Außerdem soll die Herstellung der verpastbaren Polymerisate in hochprozentigen, und zwar wenigstens
45 Gewichtsprozent Monomere enthaltenden Emulsionen, durchgeführt werden, um den Anforderungen an
die Wirtschaftlichkeit, die an ein modernes technisches Verfahren gestellt werden müssen, gerecht zu werden.
Hohe Monomerenkonzentrationen veiüürgen eine
hohe Raum-Zeitausbeute im Polymerisationskessel sowie im Sprühtrockenturm und verringern zudem den
Energieaufwand beim Sprühtrocknungsvorgang.
Eine diskontinuierliche Verfahrensweise, welche die Herstellung besonders hochprozentiger emulgatorarmer
Polymerisat-Dispersionen ermöglicht, ist in der DE-AS 19 64 029 beschrieben, wonach der Emulgator
während des Polymerisationsvorganges nach bestimmtem Programm zugegeben wird. Die Polymerisation
kann bei üblichen Temperaturen zwischen 35 und 70"C unter Drücken von 5,5 bar bis 13 bar stattfinden. Die
Polymerisationskessel haben wenigstens 6 m3, vorzugsweise wenigstens 40, insbesondere 200 m3 Rauminhalt.
Unter verpastbaren Polymeren werden pastenfähige Pulver verstanden, die nicht mehr als etwa 2
Gewichtsprozent Anteile größer 40 μπι enthalten.
Die Sprühtrocknung kann in üblichen Sprühtrocknungseii.richtungen
vorgenommen werden, wie sie beispielsweise in Ulimanns Encyclopädie der technischen
Chemie, 1951. 1. Band. S. 602 ff. beschrieben sind.
Ein sehr geeignetes Verfahren der Sprühtrocknung von Vinylchlorid-Polymerisat-Dispersionen, das zu Pulvern
führt, welche von vornherein die für Pasten geeignete Korngiöße besitzen, ist in aer DE-AS 2146 753
beschrieben.
Der näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen die folgenden Beispiele:
Stunde Emulgator
Vergleichsversuch A
In einem 6-m3-Druckbehälter werden unter Ausschluß
von Luftsauerstoff 22001 entsalztes Wasser vorgelegt sowie eine zuvor angefertigte Lösung von
60 g Kupfernitrat als Redoxkomponente und 1440 g Natriumpyrophosphat (als Komplexbildner für das
Kupfernitrat) in 5000 g Wasser. Die Vorlage wird auf einen pH-Wert von 11,0 eingestellt. Das Reaktorgefäß
wird auf etwa 56°C aufgeheizt, und es werden unter Rühren 700 kg Vinylchlorid und 201 Aktivalorlösung
(3%ige Lösung Von KAO8 in Wasser) zugegeben. Nach
Beginn der Polymerisation werden Emulgatorlösung (3,5%ige it Lösung von Natriumlaürät in Wasser mit
einem Überschuß Von 0,15 Äquivalenten NaOH, bezogen auf Laurinsäure), Vinylchlorid und eine
l,5%ige Wasserstoffauperoxidlösung nach folgendem Programm zugegeben:
Vinyl- Wasser- Um-
chlorid stoff- sitz
peroxid
kg I %
| 0,75 | 3= 115g | 500 | 5 | 5,5 |
| 1,5 | 6= 250 g | 500 | 5 | 10,5 |
| 2,25 | 11= 385 g | 500 | 5 | 28,2 |
| 3,0 | 48 = 1680 g | 500 | 5 | 40,7 |
| 3,75 | 134= 4690 g | 53,5 | ||
| 4,5 | 230 = 8050 g | 62,0 | ||
| 5,25 | 96 = 3360 g | 67,5 |
Die Polymerisation ist nach etwa 6 bis 7 Stunden beendet Man erhält einen Latex mit einem Trockengehalt
von 48%, der K-Wert beträgt 70 (K-Wert-Methode von F i k e η t s c h e r: Lunge-Berl 1934/5, S. 945), der
End-pH = 11,0, die Oberflächenspannung: 48 dyn/cm; der Emulgatorgehalt beträgt 0,75 Gewichtsprozent,
bezogen auf Polyvinylchlorid. D;. so erhaltene Dispersion
wird gemäß der DE-OS 21 46 753 sprühgetrocknet,
60 Gewichtsteile des Pulvers mit 40 Gewichtsteilen Dioctylphthalat angepastet und die Viskosität der Paste
nach zwei Stunden mittels eines Haake-Rolaviskosimeters gemessen. In der Tabelle 1 sind die Viskositäten für
mehrere Schergeschwindigkeiten aufgeführt
Vergleichsversuch B
In einem 300-1-Druckbehälter -/erden unter Ausschluß
von Luftsauerstoff 1001 entsalztes Wasser sowie
eine zuvor angefertigte Lösung von 1,37 g Kupfernitrat in 33 g Natriumpyrophosphat in 100 g Wasser sowie
0,1 1 5%ige Ammoniumlauratlosung vorgelegt Unter Rühren mit 40 Umdrehungen/Minute wird der Autoklav
auf 56°C aufgeheizt und danach werden 1001 Vinylchlorid
sowie 131 einer 3%igen Kaliumpersulfatlösung
zugegeben. Nach Beginn der Polymerisation werden Emulgatorlösung (5%ige Ammoniumhuratlösung mit
einem Oberschuß von 15% NH4OH, bezogen auf
Laurinsäure), Vinylchlorid und eine 0,5%ige Wasserjtoffperoxidlösung
nach folgendem Programm zugegeben:
| Stunde | Emulgator | Vinyl | Wasser | Um |
| chlorid | stoff | satz | ||
| peroxid | ||||
| I | kg | I | % | |
| 0,5 | 0,1 = 5 g | 15 | 15 | _ |
| 1,0 | 0,2= 10 g | 15 | 1.0 | 15 |
| 1,5 | 0,6= 20 g | 15 | 0,5 | — |
| 2.0 | 1.0= 50 g | 5 | 0,25 | 30 |
| 2.5 | 5,0 = 250 g | |||
| 3.J | 6.0 = 300 g | 50 | ||
| 3.5 | 9,4 = 470 g | |||
| 4.0 | 5,4 = 27Og | /5 |
Die Polymerisation mußte nach 4 bis 4,5 Stunden abgebrochen · /erden, weil die Dispersion koagulierte.
Es gelang trotz wiederholten Versuchens nicht, eine stabile Dispersion mit 1% Ammoniumlaurat, bezogen
auf Polyvinylchlorid, zu erhalten- Der pH-Wert der koagutierten Dispersion betrug 8,6.
Vergleichsversuch C
In einem 6-m3-Druckgefäß werden unter Ausschluß
von Luftsauerstoff 22001 entsalztes Wasser vorgelegt
Das Reaktionsgefäß wird auf etwa 56°C aufgeheizt, und
es werden 700 kg Vinylchlorid und 20 I einer 3%igen Kaliumpersulfatlösung als Aktivator zugegeben sowie
101 einer 3,5%igen Natriumlauratlösung als Emulgator. Nach dem Start der Polymerisation werden eitle
l,5°/oige Wasserstoffperoxidlösung als Aktivator und eine 0,8°/oige Ascorbinsäurelösung zur pH^Regulierung
und als Reduktionsmittel sowie Vinylchlorid nach folgendem Programm ztidosiert:
| Stunde | Emulgator | 3= 115g | Vinyl | H2O2 | Ascor | 10 |
| 6= 250 g | chlorid | binsäure | ||||
| I | 11= 385 g | kg | 1 | 1 | ||
| 0,75 | 48= 1680 g | 500 | 5 | 20 | ||
| 1,5 | 96 = 3360 g | 500 | 5 | 5 | 15 | |
| 2,25 | 134 = 4690 g | 500 | 5 | 5 | ||
| 3,0 | 230 = 8050 g | 500 | 5 | |||
| 3,75 | ||||||
| 4,5 | ||||||
| 5,25 | 20 |
einer 0,4°/oigen Ameisensäure gemischt so daß sich der pH-Wert der Dispersion auf 7,5 vermindert. Die Zugabe
der Säure kann in der Weise geschehen, daß die Dispersion iii einem Rührkessel vorgelegt und mit der
Ameisensäure unter Rühren vermischt wird oder auch dadufdhi daß der Rührkessel kontinuierlich mit Dispersion
und 0,4%iger Ameisensäure im Verhältnis 10:2 mit einer mittleren Verweilzeit von 15 Minuten durchströmt
wird. Die Dispersion mit dem pH-Wert von 7,5 wird unmittelbar nach Reduzierung des pH-Wertes sprühgetrocknet,
wie in DE-AS 2146 753 beschrieben. Die Pastenviskosität des Pulvers, von dem 60 Gewichtsteile
mit 40 Gewichtsteilen Dioctylphthalat angepastet wurden, ist in der Tabelle I angegeben.
Wie aus der Tabelle I hervorgeht, zeigt die erhaltene Paste um den Faktor 12 verbesserte Viskositäten,
verglichen mit der nach Vergleichsversuch A hergestellten raste.
Die Polymerisation ist nach etwa 5,5 bis 6 Stunden beendet. Der End-pH-Wert beträgt 8,8.· Ein Teil der
Dispersion koagulierte bereits während der Polymerisation, der Rest war nicht mehr pumpfähig, so daß die
Dispersion nicht verdüst werden konnte. Der Emulgatorgehalt betrug 0,75 Gewichtsprozent, bezogen auf
Polyvinylchlorid.
Beispiel 1 M
Mit 1001 einer gemäß Vergleichsversuch A hergestellten
und noch 45°C warmen Dispersion werden 20 1
In einem 6-mJ-Druckgefäß werden unter Ausschluß
von Luftsauerstoff 2200 I entsalztes Wasser sowie eine zuvor angefertigte Lösung von 60 g Kupfernitrat und
1440 g Natriumpyrophosphat in 5000 g Wasser vorgelegt. Das Reaktionsgefäß wird auf etwa 56° C aufgeheizt,
und es werden 700 kg Vinylchlorid und 201 einer 3%igen Maliumpersulfatlösung als Aktivator zugegeben
sowie 101 einer 3,5%igen Natriumlauratlösung als Emulgator, eine l,5%ige Wasserstoffperoxidlösung als
Aktivator und eine 0,8%ige Ascorbinsäurelösung zur pH-Regulierung sowie weiteres Vinylchlorid nach
folgendem Programm zudosiert:
| Stunde | Emulgator | 3= 115g | Vinylchlorid | H2O2 | Ascorbinsäure | pH-Wert | Umsatz |
| 1 | 6= 250 g | kg | I | 1 | % | ||
| 0,75 | 11= 385 g | 500 | 5 | 20 | 6,1 | 6 | |
| 1,5 | 48 = 1680 g | 500 | 5 | 5 | 6.3 | 11 | |
| 2,25 | QR = SW)? | 500 | 5 | 5 | 6,6 | 29 | |
| 3,0 | 134=4690 g | 500 | 5 | 10,3 | 45 | ||
| 3.75 | 230=8050 g | 10,4 | 62 | ||||
| 4^5 | 10,5 | 70 | |||||
| 5,25 | 11,0 | 80 |
Nach 2,5 Stunden werden 1000 g 5O°/oiger Natronlauge
zur Polymerisationsmischung zugegeben. Die nach 3 Stunden Polymerisationszeit zugegebenen Emulgatorlösungen
enthalten jeweils 250 g 50%iger Natronlauge.
Die Polymerisation ist nach etwa 5,5 bis 6 Stunden beendet Die Dispersion besitzt einen Trockengehalt
von 48%, der K-Wert beträgt 70, die Oberflächenspannung
48 dyn/cm und die Emulgatorkonzentration 0,75%, bezogen auf den Feststoff.
Vor der Sprühtrocknung der Dispersion wird der pH-Wert wie im Beispiel 1 auf pH = 7,5 reduziert. Von
dem sprühgetrockneten Pulver wird eine Paste mit Dioctylphthalat hergestellt (Verhältnis 60 :40) und ihre
Viskosität nach zwei Stunden Lagerzeit bestimmt
Die im Vergleichsversuch A hergestellte Dispersion wird in einem mit 35 Düsen bestückten Sprühturm
verdüst Die Düsen sind von der Art wie sie in der DE-OS 21 46 753 beschrieben werden. Die 35 Düsen
versprühen 1800 kg Dispersion pro Stunde. Durch drei
weitere Düsen der gleichen Art werden 36 kg 2^%ige Ameisensäure in den Turm gesprüht Die Düsen sind
gleichmäßig um den Sprühtrockner verteilt Die Düsen besitzen einen Nippeleinsatz von 0,6 mm Öffnung und
eine Ansaughöhe von 12 cm. Der pH-Wert der im Turm
befindlichen Mischung beträgt 73- Die Pastenviskosität der mit den Pulvern erhaltenen Pasten angepastet im
Verhältnis 60 :40 sind in der Tabelle I aufgeführt. Die Pastenviskosität ist gegenüber dem Vergleichsve. such
A um den Faktor 40 verbessert.
Es wird wie im Beispiel 3 gearbeitet jedoch werden 1800 kg Dispersion pro Stunde mit 36 kg 5%iger
Salzsäure versprüht Der pH-Wert der im Turm befindlichen Mischung beträgt 4,8. Die Pastenviskosität
der im Verhältnis 60:40 angepasteten Pulver enthält die Tabelle I. Es wird eine Verbesserung der Viskosität
gegenüber dem Vergleichsversuch A um den Faktor 60 erreicht
In einem 40-m3-Druckgefäß werden unter Ausschluß
von Luftsauerstoff 12 6001 entsalztes Wasser, 6,2 kg
5O°/oige Natronlauge, 33 kg Natriumpyrophosphat, 135 g Kupfernitrat und 185 1 3,75°/oige Natriumlösung
vorgelegt Der pH-Wert der Vorlage beträgt 12,2. Das
Reaktionsgefäß wird unter Rühren mit 35 Umdrehungen/Minute
auf 56°C aufgeheizt, während gleichzeitig 6350 1 Vinylchlorid eingefahren Werden.
Danach werden eine 3,70%ige Natriumlauratlösung, welche einen Überschuß von 0,15 Äquivalenten NaOH,
bezogen auf Laurinsäure besitzt, Vinylchlorid, eine 3%ige Lösung von K.2S2O8 in Wasser und eine 2,0%ige
Fi2O2-Lösung nach folgendem Programm zugegeben:
| Stunde | Emulgator | 46 | Vinyl | KrS2O8- | H2O2- |
| 49 | chlorid | Lösung | Lösung | ||
| 1 | 270 | kg | I | 1 | |
| 0,6 | 743 | 3000 | 100 | 25 | |
| 1.2 | 1200 | 3000 | 60 | 10 | |
| 1,8 | 507 | 2500 | 5 | ||
| 2,4 | 2000 | 5 | |||
| 3,0 | 5 | ||||
| 3.6 |
Die Polymerisation ist nach etwa 6 Stunden beendet. Der erhaltene Latex besitzt einen Trockengehalt von
48% und einen pH-Wert von 11,5. Der Emulgatorgehalt
des Polyvinylchlorids beträgt 0,75%.
Die Dispersion wird wie im Beispiel 3 sprühgetrocknet. Der pH-Wert der im Turm befindlichen Mischung
beträgt 7,0. Die Pastenviskosität der mit dem Pulver erhaltenen Pasten, angepastet im Verhältnis 60 :40, sind
in der Tabelle I aufgeführt.
10
15
20 versucht, indem ein Überschuß an Laurinsäure bei der
Bereitung der Na-Lauratlösung verwendet wurde.
Sobald der pH-Wert auf unter 9,3 fiel, wurde die Dispersion instabil und begann zu koagulieren.
Die im Vergleichsversuch D kontinuierlich polymerisierte Dispersion wird während der Sprühtrocknung
wie im Beispiel 3 verdüst, jedoch werden für die gleiche Dispersionsmenge pro Stunde 36 kg 50%ige Ameisensäure
in den Turm gesprüht. Der pl-1-Wert der im Turm
befindlichen Mischung beträgt 7,2. Die Pastenviskosität ist in Tabelle I angegeben. Sie ist gegenüber deni
Vergleichsversuch D um den Faktor 40 verbessert.
Es wird wie im Beispiel 7 sprühgetrocknet, jedoch werden an Stelle der Ameisensäure 18 kg 5%ige
Salzsäure eingesetzt. Der pH Wert beträgt 6,0; die
Pastenviskosität ist in Tabelle I angegeben. Sie ist gegenüber Vergleichsversuch D um den Faktor 150
verbessert.
25
30
50
Es wird wie im Vergleichsversuch A polymerisiert, jedoch mit dem Unterschied, daß eine Mischung aus
95% Vinylchlorid und 5% Vinylacetat polymerisiert wird. Die mit 48% Feststoff erhaltene Dispersion wird
wie im Beispiel 3 aufgearbeitet Der pH-Wert der im Turm befindlichen Mischung beträgt 7,0. Die Pastenviskosität
der mit dem Pulver erhaltenen Paste, angepastet im Verhältnis 60 :40, ist in der Tabelle laufgeführt.
Vergleichsversuch D
In einen mit Mantelkühler und Blattrührer ausgestatteten Autoklav von 3001 Inhalt werden stündlich
eingegeben:
141 Vinylchlorid
11,6 I einer wäßrigen 2,0%igen Natriumlauratlösung (2
Gewichtsprozent, bezogen auf Polyvinylchlorid)
0,2 1 einer 3%igen wäßrigen Kaliumpersulfatlösung und
0,2 1 einer 3%igen wäßrigen Kaliumpersulfatlösung und
0,21 einer 0,5%igen wäßrigen Wasserstoffperoxidlösung.
Der Füllgrad des Autoklavs beträgt 90%. Die Polymerisationstemperatur wird auf 46° C gehalten. Der
Umsatz beträgt etwa 90%. Vom Boden des Behälters wird kontinuierlich eine Dispersion mit einem Feststoffgehalt
von 49%, einem pH-Wert von 9,5 bis 9,7 und einer Oberflächenspannung von 37,4 dyn/cm abgezogen.
Die Dispersion wird wie im Vergleichsversuch A sprühgetrocknet In der Tabelle II ist die Pastenviskosität
des im Verhältnis 60:40 mit Dioctylphthalat angepasteten Pulvers angegeben.
Vergleichsversuch E
Es wurde gearbeitet wie in Vergleichsversuch D, jedoch wurde ein pH-Wert von <93 einzustellen
65
| Pastenviskosität (Poise) bei Scher | 300 | 1,0 | 10,0 | 100 | |
| geschwindigkeiten (sec~') von | 80 | 4 000 | 500 | too | |
| 0,3 | |||||
| Vergleichs | 12 000 | — | — | — | |
| versuch A | |||||
| Vergleichs | — | — | — | — | |
| versuch B | |||||
| Vergleichs | — | 500 | 200 | 100 | |
| versuch C | 300 | 120 | 100 | ||
| Beispiel 1 | 1000 | 160 | 100 | 90 | |
| Beispiel 2 | 600 | 100 | 80 | 80 | |
| Beispiel 3 | 300 | 150 | 90 | 85 | |
| Beispiel 4 | 200 | 180 | 110 | 1OP | |
| Beispiel 5 | 270 | 4 000 | 500 | 100 | |
| Beispiel 6 | 350 | ||||
| Vergleichs | 12 000 | — | — | — | |
| versuch D | |||||
| Vergleichs | — | 200 | 150 | 100 | |
| versuch E | 70 | 70 | 70 | ||
| Beispiel 7 | |||||
| Beispiel 8 |
Prüfung der Thermostabilität von
Emulsions-Polyvinylchlorid, hergestellt unter
Verwendung verschiedener Emulgatortypen
Emulsions-Polyvinylchlorid, hergestellt unter
Verwendung verschiedener Emulgatortypen
Das zu untersuchende Polyvinylchlorid-Pulver wird in einer Porzellanschale im folgenden Verhältnis mit
Weichmacher und Stabilisator gemischt:
100 Gewichtsteile Polyvinylchlorid
30 Gewichtsteile Dioctylphthalat
1 Gewichtsteil Ba-Cd-Stabilisator (fettsaure Salze)
30 Gewichtsteile Dioctylphthalat
1 Gewichtsteil Ba-Cd-Stabilisator (fettsaure Salze)
Auf einem Walzenstuhl wird die Mischung 5 Minuten lang gewalzt und dann zu einem Fell von 1,0 mm Dicke
ausgezogen. Aus dem Fell werden Quadrate von 18 χ 18 mm ausgestanzt und in einem Karussel-Brabender-Heizofen
einer Temperaturbelastung von 180° C unterzogen.
Proben werden im Zeitabstand von 5 Minuten entnommen. Die thermische Belastung ist an der
Verfä'bung erkennbar. Die Zeit, die bis unmittelbar vor der Schwarzfärbung verstreicht, ist als Maß für die
Thermostabilität in der Tabelle II angegeben.
| Tabelle II | Emulgator Alkyl- sulfat |
0.75% Alkylaryl- sulfonal |
Natrium laurat |
| 20 | 25 | 70 | |
| Thermostabiltät (Minuten) |
|||
Wie ersichtlich, lassen sich unter Verwendung von to bilität herstellen als unter Einsatz der übrigen
Alkalisalzen von Carbonsäuren, als Emulgatoren Vi- bekannten Emulgatortypen.
hyichlorid-Polymerisate erheblich besserer Thermosta-
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung von verpastbaren Polymeren des Vinylchlorids durch Sprühtrocknen
von Latices, die durch Polymerisation von Vinylchlorid, allein oder zusammen mit bis zu 30 Gewichtsprozent
an anderen Monomeren, bezogen auf die Monomerengesamtmenge, in wäßriger Emulsion in
Gegenwart von wasserlöslichen Katalysatoren und von Salzen von Fettsäuren mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen
als Emulgatoren in einem pH-Bereich von 9,5 bis 11,5 bis zu einem Umsatz von mindestens 80%
erhalten wurden, dadurchgekennzeichnet, daß man einen Latex, der durch Polymerisation in
wenigstens 45 Gewichtsprozent Monomere enthaltenden Emulsionen in Gegenwart von Natriumoder
Kaliumsalzen der genannten Fettsäuren als Emulgatoren entweder
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