DE2843759C2 - - Google Patents
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- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen und
stabilen Herstellung von Sirupen mit hohem Polymergehalt,
die eine geeignete Viskosität aufweisen und eine Verkürzung
der Gießzeit ermöglichen, ohne daß die Qualität von gegossenen
Polymethylmethacrylat-Platten beeinträchtigt wird.
Gegossene Polymethylmethacrylat-Platten werden im allgemeinen
im Chargenbetrieb dadurch hergestellt, daß man eine polymerisierbare
flüssige Masse, die einen Initiator und einen
Polymethylmethacrylatsirup enthält, in eine Form spritzt,
die einen von zwei Glasplatten und einer dazwischen angeordneten
Dichtung eingeschlossenen Hohlraum aufweist, worauf
man in der Wärme polymerisiert (im folgenden: Zellgießverfahren).
In diesem Verfahren wird ein Sirup verwendet, der eine geeignete
Polymermenge enthält, um die Leistungsfähigkeit beim
Spritzen und die Qualität der erhaltenen Gußplatte zu erhöhen
und die Gießzeit zu verkürzen. Vor dem Spritzen wird der
Sirup mit einem Initiator und gegebenenfalls anderen
Additiven vermischt und unter vermindertem Druck entlüftet,
um gelöste Luft zu entfernen. Der Sirup wird dann in den
Hohlraum gespritzt, der von zwei Glasplatten und der zwischen
den Platten befindlichen Dichtung umschlossen wird.
Eine zu geringe Viskosität des Sirups verursacht beim Spritzen
ein Austreten von Flüssigkeit, während eine zu Viskosität
die Spritzzeit verlängert. In jedem Fall wird die
Leistungsfähigkeit des Spritzverfahrens beeinträchtigt,
so daß der Sirup eine geeignete Viskosität aufweisen muß.
Bei der Verwendung von Sirup nehmen auch die bei der Polymerisation
erzeugte Wärmemenge und die Schrumpfung des Polymerisats
bei der Polymerisation ab, so daß der Oberflächenzustand
der erhaltenen Gußplatte verbessert und die Regelung
der Plattendicke erleichtert werden. Der Sirup weist daher
vorzugsweise einen hohen Polymergehalt auf. Auch wird die
Gießzeit bei höheren Polymergehalten des Sirups wesentlich
verkürzt. Unter diesem Gesichtspunkt ist ein möglichst hoher
Polymergehalt wünschenswert. Für diesen Zweck verwendete
Sirupe müssen darüberhinaus hohe Lagerstabilität aufweisen,
die Polymerisation beim Gießen nicht hemmen und die Qualität
der Gußplatte nicht beeinträchtigen.
Methacrylgußplatten wurden bisher nach dem Zellgießverfahren
hergestellt, bei dem die Polymerisation zwischen zwei
Glasplatten erfolgt.
In jüngerer Zeit wurde jedoch dieses
Verfahren durch ein kontinuierliches Gießverfahren ersetzt,
in dem die Polymerisation kontinuierlich zwischen zwei sich
bewegenden endlosen Bändern durchgeführt wird. In der
JA-AS 29 916/1976 ist z. B. ein Verfahren zur kontinuierlichen
Herstellung von Kunstharzplatten beschrieben, bei dem ein
Paar von endlosen Bändern verwendet wird, die so angeordnet
und konstruiert sind, daß der untere Lauf des oberen
Bandes über dem oberen Lauf des unteren Bandes angeordnet
ist, wobei man eine polymerisierbare flüssige Masse zusammen
mit einem Paar von kontinuierlichen Dichtungen in den Zwischenraum
einführt, der von dem unteren Lauf des oberen Bandes
und dem oberen Lauf des unteren Bandes begrenzt wird, die
beide so angeordnet sind, daß das Paar der endlosen
Bänder gleichzeitig und im wesentlichen mit derselben Geschwindigkeit
in dieselbe Richtung bewegt werden, wobei die
Dichtungen so angeordnet sind, daß sie den Zwischenraum als
Dichtungspaar unter Bildung eines Hohlraums begrenzen, während
sie in Berührung mit den gegenüberliegenden Oberflächen
der Bänder zusammen mit diesen bewegt werden, die Masse
durch einen Bereich des Weges der Bänder führt, in dem sie
vollständig polymerisiert wird und die polymerisierte Platte
im Endbereich der Bänder an deren Entnahmeseite entnimmt.
In diesem Verfahren machen jedoch die Anlagekosten einen
großen Teil der Herstellungskosten aus, so daß eine Verkürzung
der Gießzeit noch dringender erwünscht ist als im Zellgießverfahren.
Eine Verkürzung der Gießzeit kann dadurch erreicht
werden, daß man einen möglichst hohen Polymergehalt
des Sirups anwendet, wobei die Viskosität des Sirups innerhalb
eines Bereiches gehalten wird, bei dem die Leistungsfähigkeit
des Spritzverfahrens nicht beeinträchtigt wird.
Der Sirup sollte in diesem Fall von einer Art sein, daß die
Qualität der erhaltenen Gußplatte möglichst wenig beeinträchtigt,
sondern vorzugsweise erhöht wird. Eine geringere
Qualität der erhaltenen Gußplatte würde deren Handelswert
mindern, und daher den Effekt der Senkung der Herstellungskosten
durch Verkürzung der Gießzeit zunichte machen.
Führt man die Gießpolymerisation mit einem Sirup durch,
der ein Polymerisat mit niedrigem Gewichtsmittel des Polymerisationsgrades
enthält, so weist die erhaltene Gußplatte
im allgemeinen aufgrund der Erhöhung des Polymergehalts des
Sirups zum Zwecke der Verkürzung der Gießzeit folgende Mängel
auf: Die mechanische Festigkeit der Platte nimmt aufgrund
des geringeren mittleren Polymerisationsgrades der
Platte ab; wegen des niedrigen Polymerisationsgrades des in
dem Sirup enthaltenen Polymerisats bildet sich beim Formen
der Platte in der Wärme leicht Schaum; die Platte weist
einen engen Formtemperaturbereich auf und die Lösungsmittelbeständigkeit
der Platte wird beeinträchtigt.
Die Viskosität des Sirups richtet sich bei konstanter Temperatur
nach dem Polymergehalt und dem Gewichtsmittel des
Polymerisationsgrades des Polymerisats, wobei sie mit jedem
dieser Faktoren zunimmt. Ein niederes Gewichtsmittel des
Polymerisationsgrades ist daher erwünscht, um einen möglichst
hohen Polymergehalt des Sirups zu erzielen, wenn die Viskosität
innerhalb eines Bereiches gehalten werden soll, bei
dem die Leistungsfähigkeit des Spritzverfahrens nicht beeinträchtigt
wird. Andererseits sind Polymerisate mit
niedrigem Polymerisationsgrad einer der Faktoren, die eine
Abnahme des mittleren Polymerisationsgrades der Platte und
ein Schäumen der Platte beim Formen in der Wärme verursachen.
Die Menge dieser Polymerisate wird praktisch bestimmt
durch das Zahlenmittel des Polymerisationsgrades. Es kann
daher gesagt werden, daß ein hohes Zahlenmittel des Polymerisationsgrades
erwünscht ist. In Polymerisaten mit Polymerisationsgradverteilung
ist das Gewichtsmittel des Polymerisationsgrades
im allgemeinen größer als das Zahlenmittel.
Die Breite der Polymerisationsgradverteilung wird üblicherweise
ausgedrückt als Polydispersität, die das Verhältnis
der beiden Polymerisationsgrade darstellt. Wählt man
diesen Ausdruck, so sind im allgemeinen Sirupe mit niedriger
Polydispersität bevorzugt.
Falls der Sirup eine hohe Restinitiator-Konzentration aufweist,
kommt es während des Abkühlens bei der Sirupherstellung
oder Lagerung zu einer weiteren Polymerisation, wodurch
der Polymergehalt und die Viskosität des Sirups zunehmen.
Sirupe von konstanter Qualität lassen sich somit kaum
erhalten. Selbst wenn die Konzentration so gering ist, daß
praktisch kein Polymerisationsfortgang zu beobachten ist,
werden eine Qualitätsänderung des Sirups bei der Lagerung
und eine Qualitätsminderung der aus dem Sirup hergestellten
Gußplatte verursacht, z. B. eine Erhöhung des Restmonomergehalts
der Gußplatte und eine Neigung zum Schäumen beim
Formen in der Wärme. Die Restinitiatorkonzentration muß daher
möglichst weitgehend gesenkt werden. Eine Verkürzung
der Gießzeit kann dadurch erreicht werden, daß man
anstelle der Erhöhung des Polymergehaltes des Sirups die
Konzentration des beim Gießen verwendeten Initiators erhöht.
In diesem Fall nimmt jedoch notwendigerweise der mittlere
Polymerisationsgrad der Gußplatte ab, was eine beträchtliche
Qualitätsminderung zur Folge hat.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung des
Sirups vorgeschlagen worden. Alle diese Verfahren erfüllen
zwar einen Teil der vorstehend genannten Bedingungen,
keines genügt jedoch allen Anforderungen. Beispielsweise verursacht
eine Verkürzung der Gießzeit eine Verringerung der
mechanischen Festigkeit der Gußplatte, ein Schäumen der Platte
beim Formen in der Wärme, eine Verengung des Formtemperaturbereiches
und eine Abnahme der Lösungsmittelbeständigkeit
der Platte. Wie bereits beschrieben, verbessert die
Verkürzung der Gießzeit nicht immer die Wirtschaftlichkeit.
Die Herstellung des Sirups erfolgt üblicherweise im Chargenbetrieb
unter Verwendung eines Rührkessels. Hierbei erhitzt
man das Monomer auf hohe Temperatur und setzt dann
die erforderliche Initiatormenge zu oder aber ein Gemisch
aus dem Monomer und dem Initiator wird auf hohe Temperatur
erhitzt, worauf man die Polymerisation so lange durchführt,
bis die Restinitiator-Konzentration auf einen vernachlässigbaren
Wert abgenommen hat, und hierauf das Reaktionsgemisch
abkühlt und als Sirup abzieht. In diesem Verfahren ist die
Initiatorkonzentration im Anfangsstadium der Reaktion hoch,
nimmt jedoch mit fortschreitender Reaktion relativ schnell
ab. Der Polymerisationsgrad der erhaltenen Polymerisate
variiert innerhalb eines breiten Bereiches zwischen sehr
niedrigen Polymerisationsgraden im Anfangsstadium und extrem
hohen Polymerisationsgraden im Endstadium. Die in dem Sirup
enthaltenen Polymerisate haben somit eine extrem breite
Polymerisationsgradverteilung, wobei das Gewichtsmittel
des Polymerisationsgrades hoch und das Zahlenmittel klein
ist. Das Gewichtsmittel des Polymerisationsgrades steht in
direkter Beziehung zur Viskosität des Sirups, wobei ein hoher
Wert eine hohe Viskosität bedeutet, wenn man Sirupe
mit demselben Polymergehalt miteinander vergleicht. Dies hat
zur Folge, daß das Spritzen des Sirups in eine Glaszelle
oder den Zwischenraum zwischen endlosen Bändern erschwert
wird. Um daher das Spritzen zu erleichtern, muß ein niedriger
Polymergehalt des Sirups gewählt werden, wodurch sich jedoch
keine Verkürzung der Gießzeit erzielen läßt. Niedrige
Werte des Zahlenmittels des Polymerisationsgrades bedeuten,
daß Polymerisate mit niedrigem Polymerisationsgrad, die die
Qualität beeinträchtigen, in relativ großen Mengen im Sirup
enthalten sind. Sirupe, die derartige Polymerisate enthalten,
verursachen eine Abnahme des mittleren Polymerisationsgrades
der daraus hergestellten Gußplatten und ein Schäumen der
Platten beim Formen in der Wärme.
Erhöht man jedoch in diesem Verfahren die Anfangskonzentration
des Initiators, so nimmt das Gewichtsmittel des Polymerisationsgrades
der in dem Sirup enthaltenen Polymerisate
ab und die Obergrenze des Polymergehalts des Sirups nimmt
zu, wenn die Sirupviskosität innerhalb eines Bereiches gehalten
wird, bei dem der Sirup leicht gespritzt werden kann.
Aufgrund dessen läßt sich die Gießzeit wesentlich verkürzen.
Andererseits nimmt auch das Zahlenmittel des Polymerisationsgrades
proportional ab, was eine erhöhte Qualitätsminderung
der Gußplatte zur Folge hat. Die Restinitiator-Konzentration
der nach diesem Verfahren erhaltenen Sirupe ist im
allgemeinen ausreichend niedrig, so daß die Sirupe relativ
lagerstabil sind. Wird in diesem Chargenverfahren die Polymerisation
nicht ausreichend lange durchgeführt, so entstehen
Sirupe mit relativ enger Verteilung des Polymerisationsgrades.
Da jedoch der Initiator in hoher Konzentration
zurückbleibt, kommt es während des Abkühlens und der Lagerung
zu einer weiteren Polymerisation und Viskositätserhöhung.
Manchmal werden Inhibitoren zugesetzt, um die Lagerstabilität
des Sirups zu erhöhen. Dieses Verfahren hat jedoch den
Nachteil, daß die Polymerisationszeit beim Gießen verlängert
und eine Verfärbung verursacht werden. Bei der chargenweisen
Herstellung von Sirup ist es nicht zweckmäßig, die
Bildung von Polymerisaten mit hohem Polymerisationsgrad
durch Zugabe eines Kettenüberträgers zu regeln, da dieser
in dem Sirup zurückbleibt und das Gießen negativ beeinflußt,
was eine Verlängerung der Polymerisationszeit, eine
Verringerung des mittleren Polymerisationsgrades der Gußplatte
oder eine Verfärbung der Gußplatte zur Folge hat.
Andererseits sind auch verschiedene Verfahren zur kontinuierlichen
Herstellung des Sirups bekannt. In einem dieser
Verfahren wird ein Röhrenreaktor angewandt, an dessen einem
Ende das Monomer und ein Initiator kontinuierlich zugeführt
und an dessen anderem Ende der erhaltene Sirup kontinuierlich
abgezogen werden. Mit diesem Verfahren gelingt es jedoch
nicht, die beschriebenen Nachteile der diskontinuierlichen
Verfahren zu beheben. Untersucht man die Erscheinungen,
die beim Strömen der Reaktionslösung durch einen langen
und engen Röhrenreaktor in Längsrichtung auftreten, unter
dem Blickwinkel des Polymerisationsverlaufes, so zeigt dieses
Verfahren denselben Polymerisationsverlauf wie die
diskontinuierlichen Verfahren in einem Kesselreaktor, mit
Ausnahme des Einflusses der Rückmischung. Die Polymerisation
verläuft derart, daß die Inititatorkonzentration in
Nachbarschaft zum Einlaß hoch ist, während sie beim Vorwärtsströmen
der Reaktionslösung relativ schnell abnimmt,
bis zu einem vernachlässigbaren Wert in Nachbarschaft des
Auslasses. Der Polymerisationsgrad der erhaltenen Polymerisate
variiert innerhalb eines sehr breiten Bereiches zwischen
einem recht niedrigen Polymerisationsgrad in Nachbarschaft
des Einlasses und einem extrem hohen in Nachbarschaft
des Auslasses. Die in dem Sirup enthaltenen Polymerisate
weisen daher eine extrem breite Polymerisationsgradverteilung
auf.
Führt man die Polymerisation in diesem Verfahren nicht mit
ausreichender Reaktionstemperatur und Verweilzeit durch, so
entstehen Sirupe mit relativ enger Polymerisationsgradverteilung.
Diese Sirupe sind ebenso wie in dem Fall der Anwendung
einer nicht ausreichend langen Polymerisationszeit beim diskontinuierlichen
Verfahren in einem Kesselreaktor nur wenig
lagerstabil. Mit anderen Worten: mit einem kontinuierlichen
Röhrenreaktor gelingt keine Verkürzung der Gießzeit ohne
Qualitätsminderung der Gußplatte.
In diskontinuierlichen und kontinuierlichen Verfahren
in einem Röhrenreaktor enthalten die bei dieser Temperatur
und diesen Bedingungen entstehenden Sirupe jedoch
Polymerisate mit extrem breiter Polymerisationsgradverteilung.
Eine Verkürzung der
Gießzeit bewirkt somit nicht immer eine erhöhte Wirtschaftlichkeit.
Um einen Sirup von hoher Wärmestabilität zu erhalten, bei
dem diese Nachpolymerisation nicht auftritt, muß die Restinitiatorkonzentration
in dem Sirup möglichst niedrig gehalten
werden. Zu diesem Zweck muß die Reaktion bei weit höheren
Temperaturen als jenen durchgeführt werden, bei denen im
diskontinuierlichen Verfahren eine schnelle Zersetzung erfolgt.
Bei der Reaktionsführung unter diesen Bedingungen
treten jedoch folgende Probleme auf:
Es ist eine gewisse Zeitspanne erforderlich, bis das dem Reaktionsgemisch frisch zugeführte Monomer und der Initiator in dem Reaktor gleichmäßig vermischt sind. Unter diesen Bedingungen erfolgt jedoch eine Zersetzung des Initiators, bevor eine ausreichende Vermischung erreicht ist, so daß Sirupe mit einer sehr breiten Verteilung von äußerst niedrigen Polymerisationsgraden bis zu sehr hohen Polymerisationsgraden entstehen. Aus derartigen Sirupen hergestellte Gußplatten besitzen schlechte Qualität, da sie Polymerisate von niedrigem Polymerisationsgrad enthalten. Außerdem ist die Viskosität der Sirupe, bezogen den Polymergehalt, aufgrund der breiten Polymerisationsgradverteilung hoch, so daß es schwierig ist, den Polymergehalt zu erhöhen und die Gießzeit zu verkürzen.
Es ist eine gewisse Zeitspanne erforderlich, bis das dem Reaktionsgemisch frisch zugeführte Monomer und der Initiator in dem Reaktor gleichmäßig vermischt sind. Unter diesen Bedingungen erfolgt jedoch eine Zersetzung des Initiators, bevor eine ausreichende Vermischung erreicht ist, so daß Sirupe mit einer sehr breiten Verteilung von äußerst niedrigen Polymerisationsgraden bis zu sehr hohen Polymerisationsgraden entstehen. Aus derartigen Sirupen hergestellte Gußplatten besitzen schlechte Qualität, da sie Polymerisate von niedrigem Polymerisationsgrad enthalten. Außerdem ist die Viskosität der Sirupe, bezogen den Polymergehalt, aufgrund der breiten Polymerisationsgradverteilung hoch, so daß es schwierig ist, den Polymergehalt zu erhöhen und die Gießzeit zu verkürzen.
Um die Mängel dieses Verfahrens zu beheben, ist in der
US-PS 34 74 081 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die
Polymerisation in mindestens zwei, in Reihe geschalteten,
kontinuierlichen gerührten Tankreaktoren durchgeführt wird.
Hierbei werden 40 bis 95 Gew.-% der Polymerisate
des Sirups in dem ersten Reaktor und der Rest in dem zweiten
und den weiteren Reaktoren erzeugt. Da die Polymerisate
in dem Sirup getrennt bei mindestens zwei Initiatorkonzentrationen
hergestellt werden, enthalten die Polymerisate
mindestens zwei Anteile, einen hochmolekularen und einen
niedermolekularen Anteil. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts
des erstgenannten Anteils ist mindestens zweimal
so groß wie das des letztgenannten Anteils und der letztgenannte
Anteil macht 40 bis 95 Gew.-% der Polymerisate
in dem Sirup aus. Bei hohen Gehalten des niedermolekularen
Anteils innerhalb des genannten Bereiches besitzt
der erhaltene Sirup relativ niedrige Viskosität und hohen
Feststoffgehalt. Dieses Verfahren wurde somit entwickelt,
um den niedermolekularen Anteil des Polymerisats zu erhöhen,
wobei das Gewichtsmittel des Polymerisationsgrades begrenzt
wird, was unmittelbar eine niedrige Sirupviskosität zur
Folge hat. Es entsteht somit ein Sirup mit relativ niedriger
Viskosität und hohem Polymergehalt.
Polymerisate mit niedrigem Polymerisationsgrad verursachen
jedoch eine Abnahme des mittleren Polymerisationsgrades der
Gußplatte und ein leichtes Schäumen der Platte beim Formen
in der Wärme. Sirupe, deren Polymergehalt durch Erhöhung
des Gehalts an dem Anteil mit niedrigem Polymerisationsgrad
erhöht worden ist, ermöglichen eine Verkürzung der Gießzeit,
verschlechtern jedoch die Qualität der Gußplatte.
Außerdem ist über die Beziehung zwischen der Verteilung des
Polymerisationsgrades der Polymerisate in dem Sirup, der
nach diesem Verfahren erhalten worden ist, und der Restinitiatorkonzentration
folgendes bekannt:
In dem ersten Reaktor entstehen Polymerisate mit niedrigem Polymerisationsgrad in einem relativ geringen Mengenanteil innerhalb des genannten Bereiches, wenn die mittlere Verweilzeit in dem Reaktor, verglichen mit der Halbwertszeit des Initiators, relativ kurz ist. Um die Restinitiatorkonzentration in dem erhaltenen Sirup ausreichend zu senken, ist daher eine Erhöhung der Reaktoranzahl notwendig. In diesem Fall nimmt der mittlere Polymerisationsgrad der in den einzelnen Reaktoren erhaltenen Polymerisate ebenso wie beim kontinuierlichen Röhrenreaktor schnell zu, wenn sich die Polymerisate zum letzten Reaktor fortbewegen. Dies hat zur Folge, daß die Polymerisate in dem schließlich erhaltenen Sirup große Mengen des Anteils mit hohem Polymerisationsgrad enthalten und eine breite Polymerisationsgradverteilung aufweisen. Außerdem ist die Viskosität des Sirups für den Polymergehalt sehr hoch.
In dem ersten Reaktor entstehen Polymerisate mit niedrigem Polymerisationsgrad in einem relativ geringen Mengenanteil innerhalb des genannten Bereiches, wenn die mittlere Verweilzeit in dem Reaktor, verglichen mit der Halbwertszeit des Initiators, relativ kurz ist. Um die Restinitiatorkonzentration in dem erhaltenen Sirup ausreichend zu senken, ist daher eine Erhöhung der Reaktoranzahl notwendig. In diesem Fall nimmt der mittlere Polymerisationsgrad der in den einzelnen Reaktoren erhaltenen Polymerisate ebenso wie beim kontinuierlichen Röhrenreaktor schnell zu, wenn sich die Polymerisate zum letzten Reaktor fortbewegen. Dies hat zur Folge, daß die Polymerisate in dem schließlich erhaltenen Sirup große Mengen des Anteils mit hohem Polymerisationsgrad enthalten und eine breite Polymerisationsgradverteilung aufweisen. Außerdem ist die Viskosität des Sirups für den Polymergehalt sehr hoch.
Andererseits entstehen in dem ersten Reaktor Polymerisate
von niedrigem Polymerisationsgrad in einem hohen Mengenanteil
innerhalb des genannten Bereiches, wenn man eine ausreichend
lange Reaktionszeit, verglichen mit der Halbwertszeit
des Initiators, anwendet. In diesem Fall kann die
Restinitiatorkonzentration mit zwei Reaktoren oder mehr
relativ leicht gesenkt werden. Da sich jedoch die Restinitiatorkonzentration
in dem ersten Reaktor sehr von der in
dem zweiten Reaktor unterscheidet, ist das Gewichtsmittel
des Polymerisationsgrades des Anteils mit hohem Polymerisationsgrad
mehr als zweimal so groß, wie das des Anteils
mit niedrigem Polymerisationsgrad: Aus diesem Grund weist
das Polymerisat in dem Sirup eine relativ breite Polymerisationsgradverteilung
auf, obwohl der Gehalt des Anteils
mit hohem Polymerisationsgrad gering ist. Eine große Abnahme
der Restinitiatorkonzentration hat somit eine breite
Polymerisationsgradverteilung zur Folge. Es kann daher der
Fall eintreten, daß auch dieses Verfahren nicht den Zweck
einer Verkürzung der Gießzeit ohne Qualitätsminderung der
Gußplatte erfüllt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontinuierlichen
Herstellung eines Prepolymersirups mit hohem
Polymergehalt und einem Gehalt an Polymerisaten mit sehr
enger Polymerisationsgradverteilung bereitzustellen.
Ferner soll das Verfahren kontinuierlich und stabil durchgeführt
werden können und einen Sirup mit äußerst niedriger
Restinitiatorkonzentration ergeben.
Untersuchungen an einem Verfahren zur kontinuierlichen
Herstellung von Methylmethacrylatsirupen, bei dem ein
Methylmethacrylatmonomer und ein Radikal-Polymerisationsinitiator
kontinuierlich einer Reaktionszone zugeführt werden,
um das Monomer teilweise zu polymerisieren, und der
erhaltene Sirup dann kontinuierlich abgezogen wird, haben
zu einem Verfahren zur kontinuierlichen und stabilen
Herstellung von Methylmethacrylatsirupen von hohem Polymergehalt
geführt, bei dem eine Reaktionszone verwendet wird,
die einen oder mindestens zwei in Reihe geschaltete gerührte
Tankreaktoren aufweist, wobei man das Monomer dem Reaktor
oder dem ersten Reaktor kontinuierlich zuführt, gleichzeitig
den Inititator dem Reaktor oder mindestens zwei Reaktoren,
einschließlich des ersten Reaktors kontinuierlich
zuführt und in jedem Reaktor eine bestimmte Reaktionstemperatur
und mittlere Verweilzeit anwendet. Insbesondere wurde
gefunden, daß bei Verwendung von mindestens zwei Reaktoren
ein Sirup mit hohem Polymergehalt und enger Polymerisationsgradverteilung
erhalten werden kann, wenn man die
den gerührten Tankreaktoren jeweils zugesetzten Inititatormengen
abstimmt, so daß die Gesamtverteilung des Polymerisationsgrades
der in der Reaktionszone entstehenden Polymerisate
innerhalb eines engen Bereiches geregelt wird. Bei
Verwendung eines gerührten Tankreaktors, jedoch auch gegebenenfalls
bei Verwendung von mindestens zwei gerührten Tankreaktoren
in der Reaktionszone, werden die erhaltenen
Sirupe in eine Reaktionszone eingeleitet, die aus einem
oder mindestens zwei, vorzugsweise 1 bis 5, in Reihe geschalteten
Röhrenreaktoren besteht, und unter bestimmten
Bedingungen hinsichtlich Reaktionstemperatur und mittlerer
Verweilzeit in jedem Röhrenreaktor durch diese anschließende
Reaktionszone geleitet. Durch diese Verfahrensweise
kann die Restinitiatorkonzentration in dem erhaltenen Sirup
wirksam gesenkt werden, und es wird eine enge Polymerisationsgradverteilung
erzielt.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur kontinuierlichen
Herstellung eines Prepolymersirups, bei dem
man gemäß den Maßnahmen des Anspruchs 1 verfährt.
Als Methylmethacrylmonomere eignen sich Monomere oder
Monomergemische, wie sie üblicherweise zur Herstellung von
Sirupen dieser Art angewandt werden. Monomere, die Methylmethacrylat
als die Hauptkomponente enthalten, sind besonders
bevorzugt. Methylmethacrylat kann allein oder im Gemisch mit
mindestens einem damit copolymerisierbaren äthylenisch ungesättigten
Monomer verwendet werden, z. B. mit Alkylacrylaten
(wie Methacrylat, Äthylacrylat, Butylacrylat, 2-Äthylhexylacrylat,
2-Hydroxyäthylacrylat und Äthylenglykoldiacrylat),
Alkylmethacrylaten (wie Äthylmethacrylat, Laurylmethacrylat,
2-Hydroxyäthylmethacrylat und Äthylenglykoldimethacrylat),
ungesättigten Nitrilen (wie Acrylnitril und Methacrylnitril),
ungesättigten Aminen (wie Acrylamid), ungesättigten Carbonsäuren
(wie Acrylsäure und Methacrylsäure) oder Vinylverbindungen
(wie Vinylchlorid, Styrol und α-Methylstyrol). In
diesem Fall beträgt die Menge des mit Methylmethacrylat copolymerisierbaren
Monomers weniger als 50 Gew.-%,
vorzugsweise bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf das Gemisch.
Gewöhnlich ist es erforderlich, die Menge dieser
äthylenisch ungesättigten Verbindungen auf den genannten
Bereich zu beschränken, damit die erhaltene Gußplatte in
ihrer Qualität verbessert wird, ohne die für Methylmethacrylat-
Gußplatten charakteristischen Eigenschaften zu verlieren.
Als Radikal-Polymerisationsinitiatoren eignen sich erfindungsgemäß
Verbindungen, die bei 90 bis 200°C, vorzugsweise 110
bis 180°C, relativ schnell Radikale erzeugen. Bevorzugt sind
Inititiatoren mit einer Halbwertszeit von weniger als 5 Sekunden
bei weniger als 180°C, vorzugsweise weniger als 140°C.
Spezielle Beispiele sind Azoverbindungen, wie Azobiisobutyronitril,
Azobisdimethylvaleronitril, Azobis-(4-methoxy-
2,4-dimethylvaleronitril) und Azobicyclohexannitril, und
Peroxide, wie Benzoylperoxid, Lauroylperoxid, Acetylperoxid,
Caprylperoxid, 2,4-Dichlorbenzoylperoxid, Isobutylperoxid,
Acetylcyclohexylsulfonperoxid, tert.-Butylperoxypivalat,
tert.-Butylperoxy-2-äthylhexanoat, Isopropylperoxydicarbonat,
Isobutylperoxydicarbonat, sek.-Butylperoxydicarbonat,
n-Butylperoxydicarbonat, 2-Äthylhexylperoxydicarbonat und
Bis-(4-tert.-butylcyclohexyl)-peroxydicarbonat. Diese Initiatoren
können allein oder in Kombination verwendet werden.
Insbesondere bei Verwendung von Initiatoren mit einer Halbwertszeit
von weniger als 5 Sekunden unterhalb 140°C wird
die Reaktion vorzugsweise im unteren Teil des Reaktionstemperaturbereiches
von 90 bis 160°C durchgeführt. In diesem
Fall läßt sich der Aufwand für das Vorheizen des Monomers
und das Abkühlen des Sirups verringern und auch die Druckbedingungen
können gemäßigt werden.
Die Inititatormenge beträgt üblicherweise 0,001 bis 1 Gew.-%,
vorzugsweise 0,01 bis 0,5 Gew.-%,
bezogen auf die Methylmethacrylatmonomeren. Falls hohe Polymergehalte
erwünscht sind, wird die Konzentration des zugeführten
Inititiators auf einen hohen Wert eingestellt, während
zur Erzielung hoher Zahlenmittel des Polymerisationsgrades
niedrige Konzentrationen angewandt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Sirupherstellung können das Zahlenmittel
und das Gewichtsmittel des Polymerisationsgrades
der Polymerisate in dem Sirup sowie die Viskosität des Sirups
leicht ohne Kettenüberträger auf den gewünschten Wert
eingestellt werden, indem man die Reaktionstemperatur, die
Konzentration des zugeführten Inititators und die mittlere
Verweilzeit des Reaktionsgemisches geeignet wählt. Es können
jedoch auch Kettenüberträger verwendet werden, sofern die
Qualität der Sirupe oder Gußplatten nicht beeinträchtigt
wird.
Ein Methylmethacrylatmonomer und ein Radikal-Polymerisationsinitiator
werden kontinuierlich in den ersten Reaktionsbereich
der ersten Reaktionszone eingeleitet, in der Reaktionsbereiche
in Reihe angeordnet sind, in denen eine im
wesentlichen vollständige Vermischung erfolgt. Unter Bedingungen
bei denen eine im wesentlichen vollständige Vermischung
erzielt wird, ist die Polymerisationsgradverteilung
der erhaltenen Polymerisate sehr eng, ausgedrückt als Polydispersität
der wahrscheinlichsten Verteilung, die auf der
Annahme beruht, daß die Polymerisation insgesamt durch Disproportionierung
abgebrochen wird.
Verwendet man mindestens zwei Reaktionsbereich in der ersten
Reaktionszone, so wird zusätzlicher Inititator mindestens
einem Reaktionsbetrieb in der ersten Reaktionszone zugeführt,
der dem ersten Bereich folgt. In den Reaktionsbereichen,
denen zusätzlicher Inititator zugeführt wird, werden der zusätzliche
Initiator und das aus dem vorangehenden Bereich
kommende Reaktionsgemisch vollständig vermischt, so daß die
Polymerisationsgradverteilung der in diesen Reaktionsbereichen
neu entstehenden Polymerisate sehr eng ist und die
Polydispersität wesentlich weniger als 2,2 beträgt. Die Reaktionszone
kann Reaktionsbereiche aufweisen, denen kein zusätzlicher
Inititator zugeführt wird. Das Zahlenmittel des
Polymerisationsgrades der in diesen Reaktionsbereichen neu
entstehenden Polymerisate ist im allgemeinen größer als in
den anderen, jedoch beträgt die Polydispersität wesentlich
weniger als 2,2. Insbesondere wenn das Reaktionsgemisch aus
dem vorangehenden Bereich eine relativ hohe Restinitiatorkonzentration
aufweist, läßt sich der Polymergehalt des
in dieser gesamten Reaktionszone enstehenden Sirups mit
geringer oder ohne Verbreiterung der Polymerisationsgradverteilung
der Polymerisate in dem Sirup erhöhen. Im allgemeinen
ist es jedoch bevorzugt, den Initiator jedem Reaktionsbereich
zuzuführen, um die Polymerisationsgradverteilung
der Polymerisate in dem erhaltenen Siruß eng zu halten.
In dem ersten Reaktionsbereich und in anderen Bereichen,
denen zusätzlicher Initiator zugeführt wird, werden die Reaktionstemperatur
und die mittlere Verweilzeit des Reaktionsgemisches
jeweils so gehalten, daß die Restinitiatorkonzentration
½ bis ¹/₁₀₀₀, vorzugsweise ¹/₅ bis ¹/₁₀₀₀ und insbesondere
¹/₁₀ bis ¹/₅₀₀, des zugeführten Initiators beträgt.
Bei niedrigen Restinitiatorkonzentrationen innerhalb dieses
Bereichs läßt sich das Verfahren stabil und kontinuierlich
durchführen. Bei Konzentrationen oberhalb dieses Bereichs
besteht die Gefahr, daß das Verfahren thermisch instabil
wird, und um dennoch eine stabile und kontinuierliche
stationäre Verfahrensführung zu erreichen, muß die in dem
Bereich entstehende Polymermenge drastisch gesenkt werden.
Es sollte daher die Anzahl der Reaktionsbereiche erhöht werden,
um einen Sirup mit hohem Polymergehalt zu erhalten.
Liegt die Konzentration unterhalb dieses Bereiches, so
wird der zugeführte Initiator zersetzt, bevor eine vollständige
Vermischung des Initiators und des Reaktionsgemisches
erzielt ist. Dies hat zur Folge, daß die in dem Bereich
neu entstehenden Polymerisate eine breite Polymerisationsgradverteilung
aufweisen.
In den Reaktionsbereichen, denen kein zusätzlicher Initiator
zugeführt wird, ist der absolute Wert der Konzentration des
zugeführten Initiators klein und auch die Menge der neu
entstehenden Polymerisate ist klein, so daß das Verfahren
relativ leicht stabil und kontinuierlich durchgeführt werden
kann. Das Konzentrationsverhältnis des zurückbleibenden
zum zugeführten Initiator unterliegt daher in diesen Reaktionsbereichen
keiner bestimmten Beschränkung, liegt jedoch
vorzugsweise innerhalb des genannten Bereiches.
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist die Reaktionstemperatur in
der ersten Reaktionszone nicht besonders beschränkt, beträgt
jedoch üblicherweise 90 bis 200°C, vorzugsweise 110 bis
180°C. Insbesondere bei Verwendung von mindestens zwei Reaktoren
in der Zone wird die Reaktionstemperatur in jedem
Reaktionsbereich in Abhängigkeit von der Zersetzungstemperatur
des Initiators so geregelt, daß das Konzentrationsverhältnis
von zurückbleibendem zu zurückgeführtem
Inititator innerhalb des genannten Bereiches liegt. Die mittlere
Verweilzeit des Reaktionsgemisches in der ersten Reaktionszone
wird ähnlich wie die Konzentration des zugeführten
Initiators entsprechend dem Polymergehalt und
dem Zahlenmittel des Polymerisationsgrades des herzustellenden
Sirups geregelt. Üblicherweise beträgt sie 1 bis 30,
vorzugsweise 2 bis 15 Minuten. Im Falle der Verwendung
von mindestens zwei Reaktionsbereichen in der ersten
Reaktionszone beträgt die mittlere Verweilzeit in jedem Reaktionsbereich
üblicherweise 0,1 bis 20, vorzugsweise
0,2 bis 5 Minuten.
Die Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur in dem gerührten
Tankreaktor wird im allgemeinen dadurch erreicht, daß
man den Reaktor außen mit einem Mantel versieht und ein
Heizmedium von bestimmter Temperatur durch den Mantel zirkuliert.
Es ist jedoch schwierig,
die erforderliche Temperatur nach dieser Methode einzustellen,
da die Reaktionsgeschwindigkeit sehr hoch ist. Insbesondere
im technischen Betrieb wird das Reaktionssystem
thermisch instabil, so daß eine kontinuierliche und stabile
Betriebsführung unmöglich ist. Im erfindungsgemäßen Verfahren
entspricht die erzeugte Polymerisationswärme in etwa
der Eigenwärme, die erforderlich ist, um das Reaktionsgemisch
auf die gewünschte Temperatur zu erhöhen. Die Temperatur des
Reaktionsgemisches wird durch Erwärmen oder Kühler entsprechend
dem gewünschten Polymergehalt und der Reaktionstemperatur
eingestellt. Die Temperatur der ersten Reaktionszone
wird vorzugsweise durch Änderung der Temperatur geregelt,
auf die das dem ersten Reaktionsbereich zugeführte Monomer
vorerhitzt wird. Wirksamer ist es, jeden Reaktionsbereich in
der Zone mit einem Mantel zu versehen und ein Heizmedium
zirkulieren zu lassen. Das Vorerhitzen des Monomers kann
auf beliebige Weise erfolgen, falls keine strömungshemmenden
Monomerbestandteile vorhanden sind und eine Temperaturregelung
möglich ist. Vorzugsweise erfolgt jedoch das Vorerhitzen
dadurch, daß man das Monomer durch ein mit einem Mantel
versehenes Rohr mit einer Reynolds-Zahl von mehr als
5000, vorzugsweise mehr als 20 000, leitet und ein Heizmedium
von bestimmter Temperatur durch den Mantel zirkuliert.
Das Monomer und der Initiator können als vorerhitztes Gemisch
zugeführt werden; vorzugsweise führt man jedoch ein
vorerhitztes Monomer zu, während eine gekühlte initiatorhaltige
Lösung vorher mit mindestens einem Additiv, wie
sie üblicherweise zur Herstellung von Gußplatten verwendet
werden, z. B. UV-Absorbentien, Antioxidantien, Pigmenten
oder Farbstoffen, vermischt sind. Die Reaktionsbereiche in
der ersten Reaktionszone müssen so ausgelegt sein, daß
das Monomer bzw. der Initiator schnell mit dem Reaktionsgemisch
vermischt werden. Zu diesem Zweck können beliebige
Vorrichtungen und Rührer verwendet werden, sofern sie ein
im wesentlichen vollständiges Vermischen gewährleisten.
Vorzugsweise verwendet man jedoch Vorrichtungen, bei denen
das Rühren mit einer Reynolds-Zahl von mehr als 2000, vorzugsweise
mehr als 5000, erfolgt. Dies gelingt z. B. mit
Hilfe eines kontinuierlichen Kesselreaktors, der mit einem
Bandrührer ausgerüstet ist.
Eine größere Anzahl von Reaktionsbereichen, in denen eine
im wesentlichen vollständige Vermischung erfolgt, ist im
Hinblick auf die Sicherheit der Verfahrensführung bevorzugt.
Eine übermäßig große Anzahl erschwert jedoch die Verfahrensführung
und erhöht die Produktionskosten. Die Anzahl
beträgt daher gewöhnlich 1 bis 10, vorzugsweise 2 bis 5.
Im Falle der Verwendung von mindestens zwei Reaktionsbereichen
wird die in jedem Reaktionsbereich entstehende Polymermenge
entsprechend dem Polymergehalt des schließlich
erhaltenen Sirups und der Anzahl der Reaktionsbereiche
geregelt. Extreme Mengenunterschiede zwischen den Reaktionsbereichen
sind jedoch unerwünscht, da sie die Stabilität
der Verfahrensführung beeinträchtigen und die durch
das Vorsehen mehrerer Reaktionsbereiche verfolgte Absicht
zunichte machen. Im allgemeinen ist die Menge in den einzelnen
Reaktionsbereich etwa gleich oder sie nimmt gegen den
letzten Reaktionsbereich allmählich ab. Das letzter ist
bevorzugt. In beiden Fällen wird die mittlere Verweilzeit
in jedem Reaktionsbereich in etwa gleich gehalten, während
sie gegen den letzten Reaktionsbereich allmählich abnimmt.
In den Reaktionsbereichen, denen kein zusätzlicher Initiator
zugeführt wird, wählt man eine kürzere Verweilzeit des
Reaktionsgemisches als in den Bereichen, denen zusätzlicher
Initiator zugeführt wird. Die entstehende Polymermenge ist
deshalb relativ klein.
Die dem Reaktionsbereich zugeführte Initiatormenge richtet
sich nach der Menge und dem Zahlenmittel des Polymerisationsgrades
des in dem Bereich entstehenden Polymerisats, der
Reaktionstemperatur in dem Bereich und der Restinitiatorkonzentration
in dem vorhandenen Bereich. Verringert man die
Konzentration durch Erhöhung der Reaktionstemperatur, so
wird die Initiatormenge in Abhängigkeit von der produzierten
Polymermenge oder der mittleren Verweilzeit in dem Bereich
geregelt. Im allgemeinen ist die Menge praktisch
gleich, vorzugsweise nimmt sie allmählich gegen den letzten
Reaktionsbereich ab. Falls beim Verfahren ein
Reaktionsbereich angewandt wird, ist eine zweite Reaktionszone
erforderlich. Wendet man jedoch mindestens zwei Reaktionsbereiche
an, so ist eine zweite Reaktionszone nicht unbedingt
erforderlich, jedoch bevorzugt.
Die Menge und das Zahlenmittel des Polymerisationsgrades
der in der ersten Reaktionszone entstehenden Polymerisate
richten sich nach der Art und der Konzentration des jedem
Reaktionsbereich zugeführten Initiators, der Reaktionstemperatur
und der mittleren Verweilzeit des Reaktionsgemisches
in jedem Reaktionsbereich. Die bevorzugte Konzentration des
zugeführten Initiators, die Reaktionstemperatur und mittlere
Verweilzeit des Reaktionsgemisches werden in Abhängigkeit
von dem Polymergehalt und dem Zahlenmittel des Polymerisationsgrades
des herzustellenden Sirups sowie der Anzahl
von Reaktionsbereichen gewählt. Die Zahlenmittel der
Polymerisationsgrade der in den Reaktionsbereichen neu entstehenden
Polymerisate unterscheiden sich voneinander. Um
eine enge Polymerisationsgradverteilung der in der gesamten
ersten Reaktionszone erhaltenen Polymerisate zu erzielen,
sollen die Zahlenmittel des Polymerisationsgrades möglichst
weitgehend übereinstimmen. Zu diesem Zweck werden die den
Reaktionsbereichen zugeführten Inititatormengen gegenseitig
abgestimmt. Hält man das Verhältnis des maximalen zum
minimalen Zahlenmittel des Polymerisationsgrades der in jedem
Reaktionsbereich entstehenden Polymerisate unterhalb 3,
vorzugsweise unterhalb 2, so beträgt die Polymerisationsgradverteilung
der aus der ersten Reaktionszone austretenden
Polymerisate üblicherweise weniger als 2,5, vorzugsweise
weniger als 2,2, ausgedrückt als Polydispersität.
Im erfindungsgemäßen Verfahren richtet sich die in jedem Reaktionsbereich
der ersten Reaktionszone entstehende Polymermenge
nach der Anzahl von Reaktionsbereichen, liegt jedoch
üblicherweise relativ niedrig, z. B. bei 3 bis 35,
vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-%. Im Falle
der Verwendung von mindestens zwei Reaktionsbereichen ist
deshalb auch die in jedem Bereich entstehende Wärmemenge
relativ gering. Die Temperatur in der ersten Zone beträgt im
allgemeinen 90 bis 200°C, vorzugsweise 110 bis 180°C, so
daß der Initiator schnell zersetzt wird. Die Temperatur in
der gesamten ersten Reaktionszone kann wirksam dadurch
geregelt werden, daß man die Temperatur des dem ersten Reaktionsbereich
zugeführten Monomers ändert. Insbesondere
dann, wenn in dem ersten Reaktionsbereich größere Polymermengen
innerhalb des genannten Bereiches und in den anschließenden
Bereichen geringere Polymermengen innerhalb des genannten
Bereiches entstehen, kann das Verfahren in den anschließenden
Bereichen kontinuierlich und thermisch stabil
durchgeführt werden, indem man die Temperatur in dem ersten
Reaktionsbereich regelt, selbst wenn in den anschließenden
Bereichen im wesentlichen adiabatische Bedingungen herrschen.
Da die in den einzelnen Bereichen entstehende Polymermenge
auf relativ niedrige Werte eingestellt werden kann, ist
außerdem der Unterschied in der Polymerisationsgeschwindigkeitskonstante
zwischen den Reaktionsgemischen, die in den
Reaktionsbereich eintreten bzw. diesen verlassen, klein.
Dies hat zur Folge, daß eine Beschleunigung der Polymerisationsgeschwindigkeit
aufgrund des Trommsdorf-Effekt
praktisch vermieden wird und Sirupe von äußerst hohem Polymergehalt
in einem stabilen und kontinuierlichen Verfahren
erhalten werden.
Falls in der ersten Reaktionszone ein Reaktionsbereich angewandt
wurde, gegebenenfalls auch im Falle von mindestens
zwei Reaktionsbereichen, wird das Reaktionsgemisch aus der
ersten Reaktionszone einer zweiten Reaktionszone zugeführt,
in der im wesentlichen eine Kolbenströmung vorliegt,
und durch die Zone geleitet, wobei das restliche Polymerisat
entsteht und die Restinitiatorkonzentration abnimmt.
Da beim Durchströmen dieser Zone dem Reaktionsgemisch kein
weiterer Initiator zugeführt wird, kann die Restinitiatorkonzentration
im Gegensatz zur ersten Reaktionszone, der
konstant Initiator zugeführt und im wesentlichen vollständig
vermischt wird, sehr leicht verringert werden. Da außerdem
nur geringe Polymermengen entstehen, ist die Polymerisationsgradverteilung
der in dem erhaltenen Sirup enthaltenen
Polymerisate unerwartet eng, obwohl Polymerisate
von relativ großem Polymerisationsgrad entstehen. Es genügt,
in der zweiten Reaktionszone eine Temperatur anzuwenden,
bei der sich der restliche Initiator schnell zersetzt. Üblicherweise
wendet man Temperaturen an, bei denen die
Halbwertszeit des Initiators weniger als 20, vorzugsweise
weniger als 5 Sekunden, beträgt. Vorzugsweise
liegt die Temperatur nicht unterhalb der in der ersten Reaktionszone.
Besonders bevorzugt sind Reaktionsbedingungen,
bei denen die Temperatur des Reaktionsgemisches im wesentlichen
adiabatisch durch die Polymerisationswärme erhöht
wird, während das Gemisch durch die Zone strömt.
Da in der zweiten Reaktionszone dem Reaktionsgemisch nichts
zugesetzt wird, ist ein Vermischen nicht unbedingt erforderlich.
Da außerdem nur geringe Polymermengen entstehen, läßt
sich die Reaktion leicht selbst unter adiabatischen Bedingungen
regeln. Es können daher beliebige Reaktionsvorrichtungen
und Rührer angewandt werden, sofern im wesentlichen
eine Kolbenströmung erzielt wird. Falls nicht gerührt wird,
können jedoch die Polymerisate an der Reaktorwand haften,
was die Kolbenströmung erschwert und eine allmähliche Verstopfung
des Reaktorrohres zur Folge hat. Vorzugsweise
wird daher gerührt. Hierzu eignen sich z. B. die folgenden
Rührer:
Rührer mit einem Rückmischkoeffizienten mit weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10%, bei denen das Rühren mit einer Reynolds-Zahl von mehr als 2000, vorzugsweise mehr als 5000, erfolgt, und selbst-schabende Rührer mit einem Rückmischeffekt von weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10%. Der "Rückmischkoeffizient" ist ein Maß, das angibt, wie sich der Strömungszustand der Reaktionsflüssigkeit in einem rohrförmigen Reaktor von einer idealen Kolbenströmung unterscheidet. Dieser Rückmischkoeffizient kann durch 1/M dargestellt werden, wobei M eine korrigierte Peclet-Zahl, die dimensionslos ist, bedeutet und die die Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit und der Rückmischgeschwindigkeit angibt. Ein kleinerer Wert von 1/M ergibt eine günstige Extrusionsströmung. Zu diesem Zweck eignen sich z. B. Röhrenreaktoren, die ähnlich wie Doppelschneckenextruder aufgebaut sind. Die zweite Reaktionszone kann mit einem Mantel versehen sein, um die Temperatur mit Hilfe eines Heizmediums zu regeln. Um den Restinitiator schneller zu zersetzen, ist es jedoch besonders bevorzugt, die Zone unter im wesentlichen adiabatischen Bedingungen zu halten.
Rührer mit einem Rückmischkoeffizienten mit weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10%, bei denen das Rühren mit einer Reynolds-Zahl von mehr als 2000, vorzugsweise mehr als 5000, erfolgt, und selbst-schabende Rührer mit einem Rückmischeffekt von weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10%. Der "Rückmischkoeffizient" ist ein Maß, das angibt, wie sich der Strömungszustand der Reaktionsflüssigkeit in einem rohrförmigen Reaktor von einer idealen Kolbenströmung unterscheidet. Dieser Rückmischkoeffizient kann durch 1/M dargestellt werden, wobei M eine korrigierte Peclet-Zahl, die dimensionslos ist, bedeutet und die die Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit und der Rückmischgeschwindigkeit angibt. Ein kleinerer Wert von 1/M ergibt eine günstige Extrusionsströmung. Zu diesem Zweck eignen sich z. B. Röhrenreaktoren, die ähnlich wie Doppelschneckenextruder aufgebaut sind. Die zweite Reaktionszone kann mit einem Mantel versehen sein, um die Temperatur mit Hilfe eines Heizmediums zu regeln. Um den Restinitiator schneller zu zersetzen, ist es jedoch besonders bevorzugt, die Zone unter im wesentlichen adiabatischen Bedingungen zu halten.
Der Dampfdruck des Reaktionsgemisches in beiden Reaktionszonen
liegt üblicherweise über Atmosphärendruck. Um die
Regelung der Verweilzeit und der Temperatur in beiden Reaktionszonen
zu erleichtern, damit die Eigenschaften des
Sirups, z. B. der Polymergehalt, die Viskosität und die
Restinitiatorkonzentration im wesentlichen konstant bleiben,
wendet man vorzugsweise einen höheren Druck als den Dampfdruck
an, üblicherweise 1 bis 20, vorzugsweise 2 bis
10 atm, so daß das Gemisch im wesentlichen in
flüssiger Phase vorliegt.
Die mittlere Verweilzeit des Reaktionsgemisches in der
zweiten Reaktionszone beträgt das 0,05 bis 5fache, vorzugsweise
0,1 bis 2fache, der Verweilzeit in der ersten Reaktionszone.
Vorzugsweise wendet man eine ausreichend lange
mittlere Verweilzeit an, damit die Restinitiatorkonzentration
auf einen vernachlässigbaren Wert abnimmt. Lange
Verweilzeiten beeinträchtigen nicht die Polymeriation, da
die Restinitiatorkonzentration so gering ist, daß die Polymerisation
sehr langsam thermisch abläuft. Die Zunahme des
Polymergehalts und der Viskosität ist daher vernachlässigbar
klein. Längere mittlere Verweilzeiten als notwendig sind
jedoch unerwünscht, da sie größere Reaktionszonen erfordern.
Auch sind kürzere Verweilzeiten als das 0,05fache nicht
bevorzugt, da die Restinitiatorkonzentration nicht ausreichend
abnimmt.
Die Restinitiatorkonzentration des aus der zweiten Zone
austretenden Reaktionsgemisches ist vernachlässigbar klein
und die Konzentration nimmt schnell ab, wenn sich das Gemisch
dem Auslaß der Zone nähert. Dementsprechend nimmt
das Zahlenmittel des Polymerisationsgrades der in der Zone
neu entstehenden Polymerisate schnell zu, während die Polymermenge
schnell abnimmt, wenn das Gemisch dem Auslaß
der Zone zuströmt. Dies hat zur Folge, daß das Zahlenmittel
des Polymerisationsgrades der in der Zone entstehenden
Polymerisate überraschenderweise nicht so hoch ist, wie in
der ersten Zone und es außerdem möglich ist, die Restinitiatorkonzentration
des erhaltenen Sirups auf einen
vernachlässigbaren Wert zu senken und die Polymerisationsgradverteilung
der Polymerisate in dem Sirup sehr eng zu
halten. Die Polymerisationsgradverteilung der Polymerisate
beträgt weniger als 3, vorzugsweise weniger als 2,5 und insbesondere
weniger als 2,2, ausgedrückt als Polydispersität.
Das Polymerisat in dem schließlich erhaltenen Sirup entsteht
üblicherweise zu 60 bis 99,5, vorzugsweise
90 bis 99,5 und insbesondere 95 bis 99,5
Gew.-%, in der ersten Reaktionszone.
Die Restinitiatorkonzentration in dem aus der zweiten Reaktionszone
austretenden Reaktionsgemisch ist vernachlässigbar
klein, d. h. weniger als 1 ppm, vorzugsweise weniger als
0,1 ppm und insbesondere weniger als 0,01 ppm. Der erhaltene
Sirup zeigt nur geringe oder keine Zunahme des Polymergehalts
und der Viskosität, selbst wenn man ihn bei der Temperatur
hält, bei der er hergestellt wurde.
Bis zur Herstellung
von Gußplatten wird der Sirup im allgemeinen gelagert.
Um während dieser Lagerung des Sirups und des Zusatzes von
Initiator, anderen Additiven oder Sirup eine Erhöhung des
Polymergehalts und der Viskosität sowie eine Verschlechterung
der Verarbeitbarkeit des Sirups und der Qualität der
Gußplatten zu vermeiden, wird der Sirup üblicherweise auf
weniger als 100°C, vorzugsweise 80°C, abgekühlt.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren enthaltenen Sirups weisen eine
vernachlässigbar kleine Restinitiatorkonzentration von weniger
als 1 ppm, z. B. 0,01 ppm, auf. Selbst wenn der Sirup
daher nach dem Austreten aus der zweiten Reaktionszone
nicht schnell abgekühlt wird, ist die Erhöhung des Polymergehalts
und der Viskosität vernachlässigbar, so daß Sirupe
von konstanter Qualität erhalten werden, die während der Lagerung
keine Erhöhung der genannten Werte zeigen. Die erfindungsgemäßen
Sirupe besitzen daher gute Lagerstabilität.
Beispielsweise ist keine Erhöhung des Restmonomergehalts
in den Gußplatten auf Grund von Qualitätsänderungen des Sirups
während der Lagerung und keine Qualitätsminderung der
Gußplatte, z. B. ein Schäumen beim Formen in der Wärme, zu
beobachten.
Dementsprechend kann das Zahlenmittel des Polymerisationsgrades,
das den mittleren Polymerisationsgrad der Gußplatte
beeinflußt, relativ hoch gewählt werden, während das Gewichtsmittel
des Polymerisationsgrades, daß die Viskosität
des Sirups beeinflußt, relativ niedrig liegen kann. Es
können daher Sirupe mit relativ niedriger Viskosität und
hohem Polymergehalt erhalten werden, aus denen mit verkürzter
Gießzeit ohne Beeinträchtigung der Qualität Gußplatten
hergestellt werden können. Polymerisiert man die
Sirupe ohne Verkürzung der Gießzeit, so läßt
sich der mittlere Polymerisationsgrad der Gußplatte erhöhen,
so daß Gußplatten von besonders hoher Qualität erhalten
werden. Verwendet man zum Gießen erfindungsgemäße Sirupe
mit relativ niedrigem Polymergehalt, so kann die Gießzeit
durch Erhöhung der Initiatorkonzentration verkürzt
werden. In diesem Fall ist die Qualitätsminderung der Gußplatte
relativ gering.
Der Polymergehalt der erfindungsgemäßen Sirupe beträgt 15
bis 80 Gew.-%. Bei einem Gehalt unterhalb dieses
Bereiches ist die Verkürzung der Gießzeit relativ gering,
während bei Gehalten oberhalb dieses Bereiches die Viskosität
des Sirups selbst bei sehr hohen Temperaturen zunimmt,
so daß keine vollständige Vermischung erzielt wird.
Die Viskosität der erfindungsgemäß hergestellten Sirupe
beträgt 0,05 bis 1000 Pa · s bei 25°C. Bei Viskositäten
unterhalb dieses Bereiches tritt der Sirup beim Spritzen
in die Gießform aus. Andererseits wird bei Viskositäten
von mehr als 1000 Pa · s das Spritzen erschwert. Sirupe
mit einer Viskosität von 0,05 bis 1000 Pa · s werden daher
als solche verwendet. Sirupe mit einem Polymergehalt
von 20 bis 40 Gew.-% und einer Viskosität von 0,5
bis 50 Pa · s eignen sich insbesondere zum kontinuierlichen
Gießen z. B. nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren,
da sie sich durch Spritzen gut verarbeiten lassen und eine
drastische Verkürzung der Gießzeit ermöglichen, ohne
daß die Qualität der Gußplatte beeinträchtigt wird. Das Zahlenmittel
des Polymerisationsgrades der Polymerisate in dem
erhaltenen Sirup beträgt 300 bis 6000. Werte von 300 bis
2000 werden für Sirupe mit hohem Polymergehalt gewählt, die
sich für das kontinuierliche Gießen eignen. Um die Qualität
der Gußplatte zu erhöhen, wählt man jedoch vorzugsweise ein
möglichst hohes Zahlenmittel des Polymerisationsgrades,
vorausgesetzt, daß der Polymergehalt und die Viskosität
des Sirups innerhalb der vorstehend genannten Bereiche gehalten
werden.
Zur Herstellung von Gußplatten können die Sirupe der Erfindung
als solche verwendet werden oder man konzentriert
oder verdünnt sie mit einem Monomer oder derselben
Sirupart, so daß sie einen Polymergehalt von 15 bis
50 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-%,
und eine Viskosität bei 25°C von 0,05 bis 100 Pa · s,
vorzugsweise 0,5 bis 50 Pa · s, aufweisen. In manchen Fällen
können die Homogenität und Verarbeitbarkeit des zum Gießen
verwendeten Sirups durch diese Behandlung erhöht werden.
Die erfindungsgemäßen Sirupe besitzen für ihren hohen Polymergehalt
eine relativ niedrige Viskosität und gute Lagerstabilität.
Sie eignen sich daher für verschiedene Anwendungsbereiche,
z. B. als Gießflüssigkeiten zur Herstellung
von Gußplatten und glasfaserverstärkten Gußplatten, Zwischenprodukten
zur Herstellung von Formmaterialien, nachdem
die flüchtigen Bestandteile der Prepolymersirupe entfernt
worden sind, Hauptkomponenten für polymerisierbare
Kleber oder Anstrichmittel, Ausgangsmaterialien für Kunstharzbetonmassen.
Die Prepolymersirupe
eignen sich insbesondere als Gießflüssigkeiten zur
Herstellung von Gußplatten und glasfaserverstärkten Gußplatten.
Alle Prozentangaben beziehen
sich auf das Gewicht.
In den Beispielen wird die Viskosität des Sirups bei 25°C
mit Hilfe eines Brookfield -Viskosimeters gemessen. Das Zahlenmittel
des Polymerisationsgrades und die Polymerisationsgradverteilung
der Polymerisate in dem Sirup werden durch Gelpermeationschromatographie
unter Verwendung eines Polystyrolgels
als Füllung und Tetrahydrofuran als Eluiermittel gemessen,
vorausgesetzt daß die Polymerisationsgradverteilung
als Polydispersität ausgedrückt ist.
Das Schäumen der Gußplatte beim Gießen wird visuell ausgewertet.
Das Schäumen der Gußplatte beim Erwärmen wird dadurch
untersucht, daß man die Gußplatte in einem Umluftofen
30 Minuten auf 180°C erhitzt und die Schaumbildung
visuell feststellt.
Die reduzierte Viskosität wird bei 25°C mit einer 0,1prozentigen
Chloroformlösung der Gußplatte gemessen. Die
Restmonomerkonzentration wird unter Verwendung einer
Methylenchloridlösung der Gußplatte gaschromatographisch
bestimmt.
Es wird eine zweistufige kontinuierliche Reaktionsvorrichtung
mit folgendem Aufbau verwendet:
Die Vorrichtung besteht aus einem ersten und einem zweiten Teil. Im ersten Teil ist ein Kesselreaktor mit einem bandähnlichen Propeller angeordnet, während im zweiten Teil ein Röhrenreaktor angeordnet ist, der eine Mischwelle aufweist, an der im rechten Winkel Stifte befestigt sind, während an der Innenseite des Reaktors ebenfalls im rechten Winkel zur Wand in Richtung auf die Mischwelle Stifte befestigt sind, wobei beide Stiftgruppen so angeordnet sind, daß sie an den gegenüberliegenden Stiften haftende Materialien abstreifen können. Das Volumenverhältnis von Kesselreaktor zu Röhrenreaktor beträgt 1 : 0,25. Methylmethacrylat, das 0,047% Azobisisobutyronitril als Initiator enthält, wird dem Kesselreaktor kontinuierlich zugeführt, so daß die mittlere Verweilzeit in dem Reaktor 147 Sekunden beträgt. Die Reaktoren werden bei einer Temperatur von 160°C und einem Druck von 6,0 atm gehalten. Die eingespeiste Flüssigkeit wird mit Hilfe eines ummantelten Rohrs auf etwa 80°C vorerhitzt.
Die Vorrichtung besteht aus einem ersten und einem zweiten Teil. Im ersten Teil ist ein Kesselreaktor mit einem bandähnlichen Propeller angeordnet, während im zweiten Teil ein Röhrenreaktor angeordnet ist, der eine Mischwelle aufweist, an der im rechten Winkel Stifte befestigt sind, während an der Innenseite des Reaktors ebenfalls im rechten Winkel zur Wand in Richtung auf die Mischwelle Stifte befestigt sind, wobei beide Stiftgruppen so angeordnet sind, daß sie an den gegenüberliegenden Stiften haftende Materialien abstreifen können. Das Volumenverhältnis von Kesselreaktor zu Röhrenreaktor beträgt 1 : 0,25. Methylmethacrylat, das 0,047% Azobisisobutyronitril als Initiator enthält, wird dem Kesselreaktor kontinuierlich zugeführt, so daß die mittlere Verweilzeit in dem Reaktor 147 Sekunden beträgt. Die Reaktoren werden bei einer Temperatur von 160°C und einem Druck von 6,0 atm gehalten. Die eingespeiste Flüssigkeit wird mit Hilfe eines ummantelten Rohrs auf etwa 80°C vorerhitzt.
Der aus dem Röhrenreaktor austretende Sirup weist einen Polymergehalt
von 26,6% und eine Viskosität von 2,1 Pa · s bei
25°C auf. 95% des Gesamtpolymerisats werden in dem Kesselreaktor
erzeugt. Das Konzentrationsverhältnis von Restinitiator
zu dem Kesselreaktor zugeführten Initiator beträgt
1 : 32. Der erhaltene Sirup enthält weniger als
0,01 ppm Restinitiator und er zeigt selbst nach 5stündigem
Stehenlassen bei 60°C keine Veränderung des Polymergehalts
und der Viskosität. Das in dem Sirup enthaltene Polymerisat
besitzt ein Zahlenmittel des Polymerisationsgrades von
745 und eine Polymerisationsgradverteilung von 2,17, ausgedrückt
als Polydispersität. Die Viskosität des Sirups ist
für das hohe Zahlenmittel des Polymerisationsgrades des
Polymerisats und den hohen Polymergehalt des Sirups recht
niedrig.
Eine polymerisierbare flüssige Masse wird durch Auflösen von
0,05% Azobis-(dimethylvaleronitril) in diesem Sirup hergestellt.
Nach dem Entlüften unter vermindertem Druck polymerisiert
man die Masse auf übliche Weise zu einer Gußplatte.
Die dazu verwendete Vorrichtung ist folgendermaßen aufgebaut:
Zwei Stücke eines spiegelpolierten Edelstahlbands (Breite
500 mm, Dicke 0,6 mm) werden horizontal übereinander angeordnet.
Die Länge der Polymerisationszone beträgt in horizontaler
Richtung 10 000 mm, von denen die ersten 6740 mm
dem Polymerisationsbereich entsprechen, der mit 85°C warmem
Wasser erhitzt wird, und die nächsten 2170 mm dem Wärmebehandlungsbereich
entsprechen, der mit 120°C heißer Luft
erhitzt wird, während die letzten 1090 mm dem Kühlbereich
entsprechen, der mit Kaltluft gekühlt wird. Der Abstand
zwischen dem oberen und dem unteren Band wird so eingestellt,
daß eine Gußplatte von 3 mm Dicke erhalten wird. Die polymerisierbare
Masse wird kontinuierlich in den Zwischenraum
zwischen den Bändern eingeleitet, wobei die Bänder mit einer
Geschwindigkeit von 374 mm/min bewegt werden, so daß die
Masse innerhalb 18 Minuten den Polymerisationsbereich durchläuft.
Das Produkt weist eine reduzierte Viskosität von
2,37 dl/g und einen Restmonomergehalt von 0,8% auf. Es besitzt
gutes Aussehen und schäumt nicht beim Polymerisieren
oder Erwärmen.
Ein Sirup wird unter alleiniger Verwendung des Kesselreaktors
der kontinuierlichen Anlage von Beispiel 1 hergestellt.
Die Art und Konzentration des Initiators, die mittlere
Verweilzeit, Temperatur und der Reaktordruck entsprechen
denen von Beispiel 1.
Der erhaltene Sirup hat einen Polymergehalt von 25,0% und
eine Viskosität von 1,03 Pa · s. Das in dem Sirup enthaltene
Polymerisat weist ein Zahlenmittel des Polymerisationsgrades
von 725 und eine Polymerisationsgradverteilung von 2,02 auf,
ausgedrückt als Polydispersität. Die Restinitiatorkonzentration
des Sirups beträgt 15,2 ppm. Hält man daher den Sirup
bei 60°C, so verliert er durch die schnelle Polymerisation
innerhalb 1 Stunde vollständig seine Fließfähigkeit und
ist daher nicht lagerungsbeständig.
Der erhaltene Sirup wird mit 0,04% Azobis-(dimethylvaleronitril)
vermischt und in der kontinuierlichen Polymerisationsvorrichtung
von Beispiel 1 polymerisiert. Die Polymerisiationsbedingungen
entsprechen denen von Beispiel 1, jedoch
leitet man den Sirup innerhalb 24 Minuten durch die Polymerisationszone.
Die erhaltene Gußplatte weist eine reduzierte
Viskosität von 2,69 dl/g auf und enthält keinen Polymerisationsschaum.
Der Restmonomergehalt beträgt jedoch 4,2%
und beim Erwärmen bildet sich Schaum. Führt man den Sirup
innerhalb 21 Minuten durch den Polymerisationsbereich, ohne
die anderen Bedingungen zu ändern, so kommt es zu einem starken
Schäumen währen der Polymerisation und die erhaltene
Gußplatte ist nicht verwertbar. Leitet man ein Gemich aus
diesem Sirup und 0,05% Azobis-(dimethylvaleronitril) innerhalb
21 Minuten durch den Polymerisationsbereich, so bildet
der erhaltene Sirup keinen Schaum bei der Polymerisation,
schäumt aber kräftig beim Erwärmen.
Es wird eine zweistufige kontinuierliche Reaktionsanlage
mit folgendem Aufbau verwendet:
Die Anlage besteht aus einem ersten und einem zweiten Kesselreaktor, die jeweils einen bandähnlichen Propeller aufweisen. Beide Reaktoren sind in Reihe geschaltet, wobei das Volumenverhältnis des ersten zum zweiten Reaktor 1 : 2 beträgt. Methylmethacrylat, das 0,047% Azobisisobutyronitril enthält, wird kontinuierlich dem ersten Reaktor zugeführt, so daß die mittlere Verweilzeit in dem Reaktor 147 Sekunden beträgt. Die Reaktoren werden bei einer Temperatur von 160°C und einem Druck von 6,0 atm gehalten.
Die Anlage besteht aus einem ersten und einem zweiten Kesselreaktor, die jeweils einen bandähnlichen Propeller aufweisen. Beide Reaktoren sind in Reihe geschaltet, wobei das Volumenverhältnis des ersten zum zweiten Reaktor 1 : 2 beträgt. Methylmethacrylat, das 0,047% Azobisisobutyronitril enthält, wird kontinuierlich dem ersten Reaktor zugeführt, so daß die mittlere Verweilzeit in dem Reaktor 147 Sekunden beträgt. Die Reaktoren werden bei einer Temperatur von 160°C und einem Druck von 6,0 atm gehalten.
Der erhaltene Sirup hat einen Polymergehalt von 31,4% und
eine Viskosität von 110 Pa · s. Im ersten Reaktor entstehen
80% des Gesamtpolymerisats. Die Restinitiatorkonzentration
des Sirups beträgt 0,23 ppm. Läßt man den Sirup 3 Stunden
bei 60°C stehen, so erhöht sich der Polymergehalt auf
31,6% und die Viskosität auf 250 Pa · s. Das in dem Sirup
enthaltene Polymerisat weist ein Zahlenmittel des Polymerisationsgrad
von 870 und eine Polymerisationsgradverteilung
von 3,32 auf, ausgedrückt als Polydispersität.
Der Sirup wird mit 0,04% Azobis-(dimethylvaleronitril)
vermischt und in der Anlage von Beispiel 1 polymerisiert.
Die Polymerisationsbedingungen entsprechen denen von Beispiel
1, jedoch leitet man den Sirup innerhalb 17 Minuten
durch den Polymerisationsbereich. Der Sirup ist so hoch
viskos, daß er kaum in den Zwischenraum zwischen den Bändern
gespritzt werden kann. Die erhaltene Gußplatte enthält
Polymerisationsschaum.
Der Sirup wird mit dem Monomer auf dieselbe Viskosität wie
in Beispiel 1 verdünnt, d. h. 2,1 Pa · s. Der verdünnte Sirup,
der einen Polymergehalt von 21,5% aufweist, wird mit
0,05% Azobis-(dimethylvaleronitril) vermischt und wie vorstehend
polymerisiert, jedoch leitet man ihn innerhalb
25 Minuten durch den Polymerisationsbereich.
Das erhaltene
Produkt hat eine reduzierte Viskosität von 2,74 dl/g und
einen Restmonomergehalt von 1,9%. Das Produkt enthält
keinen Polymerisationsschaum, schäumt jedoch beim Erwärmen.
Derselbe verdünnte Sirup wird mit 0,08% Azobis-(dimethylvaleronitril)
vermischt und wie vorstehend polymerisiert,
jedoch leitet man ihn innerhalb 21 Minuten durch den Polymerisationsbereich.
Das Produkt weist eine reduzierte Viskosität
von 2,17 dl/g und einen Restmonomergehalt von
1,7% auf. Das Produkt enthält keinen Polymerisationsschaum,
schäumt jedoch beim Erwärmen kräftig. Verdünnt man den
Sirup mit dem Monomer auf denselben Polymergehalt wie in
Beispiel 1, d. h. 26,6%, so beträgt die Viskosität des
verdünnten Sirups 17,0 Pa · s.
Ein Sirup wird unter Verwendung der Anlage von Beispiel 1
hergestellt, jedoch beträgt das Volumen jedes Reaktors
5 Liter. Eine Äthylacrylatlösung (20°C), die 0,7% Azobis-
isobutylnitril enthält, wird dem Kesselreaktor in einer
Menge von 0,21 Liter/min zugeführt. Auf 120°C vorerhitztes
Methylmethacrylat wird in denselben Reaktor in einer Menge
von 1,9 Liter/min kontinuierlich eingespeist. Jeder Reaktor
wird bei einer Temperatur von 160°C und einem Druck von
6,0 atm gehalten. Das Konzentrationsverhältnis von Restinitiator
zu zugeführtem Initiator in dem Kesselreaktor
beträgt 1 : 32.
Der aus dem Röhrenreaktor austretende Sirup hat einen Polymergehalt
von 31,9% und eine Viskosität von 4,59 Pa · s bei
25°C. Die Restinitiatorkonzentration des Sirups beträgt
weniger als 0,01 ppm. Das in dem Sirup enthaltene Polymerisat
weist ein Zahlenmittel des Polymerisationsgrades von
615 und eine Polymerisationsgradverteilung 2,18 auf, ausgedrückt
als Polydispersität.
Ein Sirup wird unter Verwendung einer zweistufigen kontinuierlichen
Reaktionsanlage mit folgendem Aufbau hergestellt.
Zwei Kesselreaktoren mit bandähnlichen Propellern sind in
verbunden, wobei das Volumenverhältnis von erstem zu
zweitem Reaktor 3 : 1 beträgt. Methylmethacrylat, das
0,047% Azobisisobutyronitril enthält, wird dem ersten Reaktor
kontinuierlich zugeführt, so daß die mittlere Verweilzeit
in dem Reaktor 147 Sekunden beträgt. Eine Methylmethacrylatlösung,
die 2% Azobisisobutyronitril enthält,
wird kontinuierlich dem zweiten Reaktor zugeführt, so
daß die dem Reaktionsgemisch zugesetzte Azobisisobutyronitrilmenge
0,017% beträgt. Die Reaktoren werden bei einer Temperatur
von 160°C und einem Druck von 6,0 atm gehalten. Die
in den ersten Reaktor eingespeiste Flüssigkeit wird unter
Verwendung eines ummantelten Rohres auf 80°C vorerhitzt.
Die Temperatur der initiatorhaltigen Lösung, die dem zweiten
Reaktor zugeführt wird, beträgt 25°C.
Der aus dem zweiten Reaktor austretende Sirup hat einen
Polymergehalt von 31,8% und eine Viskosität von 9,08 Pa · s
bei 25°C. Das Gewichtsverhältnis der in den Reaktoren entstehenden
Polymerisate beträgt 73 : 27. Das in dem Sirup
enthaltene Polymerisat weist ein Zahlenmittel des Polymerisationsgrades
von 2,05 auf, ausgedrückt als Polydispersität. Unter diesen
Bedingungen wird kontinuierlich über 700 Stunden gearbeitet.
Während dieser Zeit bleibt die Reaktionstemperatur im wesentlichen
konstant und auch der Polymergehalt sowie die
Viskosität des erhaltenen Sirups zeigen keine nennenswerte
Änderung. Der Reaktionsverlauf ist somit äußerst stabil.
Ein Sirup wird unter Verwendung einer dreistufigen kontinuierlichen
Reaktionsanlage mit folgendem Aufbau hergestellt:
Die Anlage besteht aus einem ersten und einem zweiten Teil. Im ersten Teil sind zwei Kesselreaktoren mit bandähnlichen Propellern angeordnet, die in Reihe miteinander verbunden sind. Im zweiten Teil ist ein Röhrenreaktor mit einer Mischwelle angeordnet, an der im rechten Winkel zur Welle Stifte befestigt sind, während an der Innenwand des Reaktors im rechten Winkel zur Wand in Richtung auf die Mischwelle ebenfalls Stifte befestigt sind, wobei beide Stiftgruppen so angeordnet sind, daß sie an den gegenüberliegenden Stiften haftende Materialien abstreifen können. Das Volumenverhältnis von erstem Kesselreaktor zu zweitem Kesselreaktor zu Röhrenreaktor beträgt 1 : 0,33 : 0,25.
Die Anlage besteht aus einem ersten und einem zweiten Teil. Im ersten Teil sind zwei Kesselreaktoren mit bandähnlichen Propellern angeordnet, die in Reihe miteinander verbunden sind. Im zweiten Teil ist ein Röhrenreaktor mit einer Mischwelle angeordnet, an der im rechten Winkel zur Welle Stifte befestigt sind, während an der Innenwand des Reaktors im rechten Winkel zur Wand in Richtung auf die Mischwelle ebenfalls Stifte befestigt sind, wobei beide Stiftgruppen so angeordnet sind, daß sie an den gegenüberliegenden Stiften haftende Materialien abstreifen können. Das Volumenverhältnis von erstem Kesselreaktor zu zweitem Kesselreaktor zu Röhrenreaktor beträgt 1 : 0,33 : 0,25.
Methylmethacrylat, das 0,047% Azobisisobutyronitril enthält,
wird kontinuierlich dem ersten Kesselreaktor zugeführt,
so das die mittlere Verweilzeit in dem Reaktor 147 Sekunden
beträgt. Eine Methylmethacrylatlösung, die 2% Azobisisobutyronitril
enthält, wird kontinuierlich in den zweiten
Reaktor eingespeist, so daß die dem Reaktionsgemisch zugesetzte
Azobisisobutyronitrilmenge 0,017% beträgt. Das
Reaktionsgemisch aus dem zweiten Reaktor wird durch den
Röhrenreaktor geleitet, um die Polymerisation zu vervollständigen.
Die Reaktoren werden jeweils bei 160°C und
einem Druck von 6,0 atm gehalten. Die in den ersten Reaktor
eingespeiste Flüssigkeit wird mit Hilfe eines ummantelten
Rohrs auf 80°C vorerhitzt. Die Temperatur der in den zweiten
Reaktor eingespeisten Initiatorlösung beträgt 25°C.
Der Sirup aus dem Röhrenreaktor hat einen Polymergehalt
von 33,5% und eine Viskosität von 17,6 Pa · s bei 25°C.
Das Gewichtsverhältnis der in den Reaktoren entstehenden
Polymerisate beträgt 70 : 25 : 5. Das Konzentrationsverhältnis
des Restinitiators zu dem ersten bzw. zweiten
Reaktor zugeführten Initiator beträgt 1 : 32 bzw.
1 : 11. Die Restinitiatorkonzentration des erhaltenen
Sirups beträgt weniger als 0,01 ppm. Selbst nach 5stündigem
Stehenlassen bei 60°C zeigt der Sirup keine Änderung hinsichtlich
Polymergehalt und Viskosität. Das in dem Sirup
enthaltene Polymerisat weist ein Zahlenmittel des Polymerisationsgrads
von 755 und eine Polymerisationsgradverteilung
von 2,13 auf, ausgedrückt als Polydispersität. Die Viskosität
des Sirups ist für das hohe Zahlenmittel des Polymerisationsgrades
des Polymerisats und den hohen Polymergehalt
des Sirups recht niedrig.
Unter Verwendung der kontinuierlichen Polymerisationsanlage
wird gemäß Beispiel 1 eine Gußplatte hergestellt,
jedoch verwendet man eine polymerisierbare flüssige
Masse, die durch Auflösen von 0,04% Azobisdimethylvaleronitril
als Polymerisationsinitiator in dem Sirup erhalten
worden ist, und leitet sie innerhalb 15 Minuten durch den
Polymerisationsbereich.
Das Produkt hat eine reduzierte
Viskosität von 2,37 dl/g und einen Restmonomergehalt von
0,9%. Das Produkt besitzt gutes Aussehen und schäumt
nicht beim Polymerisieren oder Erwärmen.
Ein Sirup wird unter Verwendung der Anlage von Beispiel 1
hergestellt, jedoch beträgt das Volumen jedes Reaktors
5 Liter. Auf 130°C vorerhitztes Methylmethacrylat wird
kontinuierlich dem ersten Kesselreaktor in einer Menge
von 3,27 Liter/min zugeführt, während demselben Reaktor
gleichzeitig eine Äthylacrylatlösung (25°C), die 0,29%
Azobisisobutyronitril enthält, in einer Menge von 0,36 Liter/min
kontinuierlich zugeführt wird. Ferner wird eine
Methylmethacrylatlösung (20°C), die 3% zusätzliches Azobisisobutyronitril
enthält, dem zweiten Kesselreaktor in
einer Menge von 0,035 Liter/min kontinuierlich zugeführt.
Die Temperatur der Kesselreaktoren wird bei 160°C gehalten.
Die Temperatur des Röhrenreaktors erhöht sich auf 162°C
aufgrund der adiabiatischen Temperaturzunahme. Alle Reaktoren
werden bei einem Druck von 6,0 atm. gehalten. Das Konzentrationsverhältnis
von Restinitiator zu dem dem Kesselreaktor
zugeführten Initiator beträgt 1 : 32.
Der Sirup aus dem Röhrenreaktor hat einen Polymergehalt von
32,0%, eine Viskosität von 15,9 Pa · s bei 25°C und eine
Restinitiatorkonzentration von weniger als 0,01 ppm. Das
in dem Sirup enthaltene Polymerisat weist ein Zahlenmittel
des Polymerisationsgrades von 790 und eine Polymerisationsgradverteilung
von 2,18 auf, ausgedrückt als Polydispersität.
Unter Verwendung der kontinuierlichen Polymerisationsanlage
wird gemäß Beispiel 1 eine Gußplatte hergestellt,
jedoch verwendet man eine polymerisierbare flüssige
Masse, die durch Auflösen von 0,04% Azobis-(dimethylvaleronitril)
in dem Sirup erhalten worden ist, und leitet sie
innerhalb 16 Minuten durch den Polymerisationsbereich.
Das
Produkt hat eine reduzierte Viskosität von 2,49 dl/g und
einen Restmonomergehalt von 0,5%. Das Produkt enthält
keinen Schaum und schäumt auch beim Erwärmen nicht.
Es wird die Anlage von Beispiel 4 verwendet, jedoch ändert
man das Volumenverhältnis von erstem Kesselreaktor zu zweitem
Kesselreaktor auf die in Tabelle I genannte Weise und
verwendet einen Röhrenreaktor, der das 0,5fache Volumen
des ersten Kesselreaktors aufweist. Verschiedene, in Tabelle
I genannte Radikal-Polymerisationsinitiatoren werden
kontinuierlich dem ersten und dem zweiten Reaktor zugeführt,
so daß das Gewichtsverhältnis von Initiator zu Reaktionsgemisch
die in Tabelle I genannten Werte annimmt. Methylmethacrylat
als Monomer wird unter den in Tabelle I genannten
unterschiedlichen mittleren Verweilzeiten und
Reaktionstemperaturen polymerisiert. Der Polymergehalt, die
Viskosität und das Zahlenmittel des Polymerisationsgrades
der erhaltenen Sirupe sind in Tabelle II genannt. Die Konzentrationsverhältnisse
des restlichen Initiators zu dem
dem ersten und dem zweiten Reaktor zugeführten Initiator
sind in Tabelle I angegeben. Alle Sirupe weisen eine Restinitiatorkonzentration
von weniger als 0,01 ppm auf und
zeigen selbst nach 3stündigem Stehenlassen bei 60°C keine
Änderung hinsichtlich des Polymergehalts oder der Viskosität.
Die Polymerisationsgradverteilung der in den Sirupen
enthaltenen Polymerisate liegt unterhalb 2,2, ausgedrückt
als Polydispersität.
Unter Verwendung der kontinuierlichen Polymerisationsanlage
werden gemäß Beispiel 1 Gußplatten hergestellt,
jedoch versetzt man die Sirupe mit Azobis-(dimethylvaleronitril)
in den in Tabelle III genannten Mengen und
führt die erhaltenen polymerisierbaren flüssigen Massen innerhalb
der in Tabelle III genannten Zeitspanne durch die
Polymerisationszone. Die Grenzviskositäten und Restmonomergehalte
der entstehenden Gußplatten sind in Tabelle III
genannt. Keine der Platten enthält Schaum oder bildet
Schaum beim Erwärmen.
0,5 bis 1 ml Dichlormethan wird auf Prüfkörper der vorstehend
erhaltenen Gußplatten getropft und nach 10 Sekunden
mit einem Tuch abgewischt. Hierauf untersucht man,
ob sich ein Lösungmittelfleck gebildet hat. Die Prüfkörper
zeigen keine Flecke mit Ausnahme des Prüfkörpers von Beispiel
7, der einen leichten Fleck aufweist. Ferner werden
die Prüfkörper 500 Stunden einem beschleunigten Bewitterungstest
gemäß ASTM D-1499 unterworfen. Dabei zeigt kein
Prüfkörper eine Änderung des äußeren Aussehens.
Es wird die Anlage von Beispiel 1 verwendet, jedoch beträgt
das Volumenverhältnis von erstem Kesselreaktor zu
zweitem Kesselreaktor zu Röhrenreaktor 1 : 0,5 : 0,5.
Methylmethacrylat, das 0,046% Azobisisobutyronitril enthält,
wird dem ersten Kesselreaktor kontinuierlich zugeführt,
so daß die mittlere Verweilzeit in dem Reaktor
97,8 Sekunden beträgt. Eine Methylmethacrylatlösung, die 2%
Azobisisobutyronitril enthält, wird kontinuierlich dem
zweiten Reaktor zugeführt, so daß die dem Reaktionsgemisch
zugesetzte Azobisisobutyronitrilmenge 0,024% beträgt.
Die Polymerisation wird bei einer Temperatur in jedem Reaktor
von 160°C und einem Druck von 6,0 atm durchgeführt.
Der Sirup aus dem Röhrenreaktor hat einen Polymergehalt von
29,8% und eine Viskosität von 2,3 Pa · s bei 25°C. Das
Gewichtsverhältnis der in den Reaktoren entstehenden Polymerisate
beträgt 62 : 32 : 6. Die Konzentrationsverhältnisse
des Restinitiators zu dem ersten und zweiten Reaktor
zugeführten Initiator beträgt 1 : 21 bzw. 1 : 11.
Die Restinitiatorkonzentration im erhaltenen Sirup beträgt
weniger als 0,01 ppm. Das in dem Sirup enthaltene Polymerisat
weist ein Zahlenmittel des Polymerisationsgrades von
605 und eine Polymerisationsgradverteilung von 2,15 auf,
ausgedrückt als Polydispersität.
Unter Verwendung der kontinuierlichen Polymerisationsanlage
wird gemäß Beispiel 1 eine Gußplatte hergestellt,
jedoch versetzt man den Sirup mit 0,04% Azobis-(dimethylvaleronitril)
und leitet die erhaltene polymerisierbare
flüssige Masse innerhalb 18 Minuten durch den Polymerisationsbereich.
Das erhaltene Produkt weist eine reduzierte
Viskosität von 2,26 dl/g und einen Restmonomergehalt von
1,2% auf, es enthält keinen Schaum und schäumt auch nicht
beim Erwärmen.
Es wird eine 4stufige kontinuierliche Reaktionsanlage mit
folgendem Aufbau verwendet:
Die Anlage besteht aus einem ersten Teil und einem zweiten Teil. In dem ersten Teil sind drei Kesselreaktoren mit bandähnlichen Propellern in Reihe angeordnet. Im zweiten ist ein Röhrenreaktor angeordnet, der eine Mischwelle aufweist, an der im rechten Winkel Stifte befestigt sind, während an der Innenwand des Reaktors im rechten Winkel zur Wand in Richtung auf die Mischwelle ebenfalls Stifte befestigt sind, wobei die beiden Stiftgruppen so angeordnet sind, daß sie an den gegenüberliegenden Stiften haftende Materialien abstreifen können. Das Volumenverhältnis von ersten zum zweitem zu dritten Kesselreaktor zu Röhrenreaktor beträgt 1 : 0,5 : 0,5 : 0,1.
Die Anlage besteht aus einem ersten Teil und einem zweiten Teil. In dem ersten Teil sind drei Kesselreaktoren mit bandähnlichen Propellern in Reihe angeordnet. Im zweiten ist ein Röhrenreaktor angeordnet, der eine Mischwelle aufweist, an der im rechten Winkel Stifte befestigt sind, während an der Innenwand des Reaktors im rechten Winkel zur Wand in Richtung auf die Mischwelle ebenfalls Stifte befestigt sind, wobei die beiden Stiftgruppen so angeordnet sind, daß sie an den gegenüberliegenden Stiften haftende Materialien abstreifen können. Das Volumenverhältnis von ersten zum zweitem zu dritten Kesselreaktor zu Röhrenreaktor beträgt 1 : 0,5 : 0,5 : 0,1.
Die Polymerisation erfolgt unter Verwendung von Methylmethacrylat,
das 0,046% Azobisisobutyronitril enthält
und kontinuierlich dem ersten Kesselreaktor zugeführt wird,
so daß die mittlere Verweilzeit in dem Reaktor 97,8 Sekunden
beträgt. Eine Methylmethacrylatlösung, die 2% zusätzliches
Azobisisobutyronitril enthält, wird dem zweiten und dritten
Reaktor kontinuierlich zugeführt, so daß die den Reaktionsgemischen
zugesetzten Azobisisobutyronitrilmengen 0,024
bzw. 0,032% betragen. Die Temperaturen in den Reaktoren
betragen 160, 162, 164 bzw. 165°C, während der Druck in jedem
Reaktor 6,3 atm beträgt.
Der Sirup aus dem Röhrenreaktor hat einen Polymergehalt von
45,3% und eine Viskosität von 168 Pa · s bei 25°C. Das Gewichtsverhältnis
der in den Reaktoren entstehenden Polymerisate
beträgt 43 : 22 : 32 : 3. Die Konzentrationsverhältnisse
des Restinitiators zu dem dem ersten, zweiten
bzw. dritten Reaktor zugeführten Initiator betragen 1 : 21,
1 : 13 bzw. 1 : 15. Der erhaltene Sirup weist eine Restinitiatorkonzentration
von weniger als 0,01 ppm auf. Das in
dem Sirup enthaltene Polymerisat weist ein Zahlenmittel
des Polymerisationsgrads von 615 und eine Polymerisationsgradverteilung
von 2,12 auf, ausgedrückt als Polydispersität.
Verdünnt man den Sirup mit dem Monomer auf einen Polymergehalt
von 35,0%, so weist der verdünnte Sirup eine Viskosität
von 9,55 Pa · s bei 25°C auf.
Gemäß Beispiel 1 wird eine Gußplatte hergestellt, jedoch
verwendet man eine polymerisierbare flüssige Masse mit
eine Polymergehalt von 35% und einer Viskosität von
9,55 Pa · s, die durch Verdünnen des Sirups mit Methylmethacrylat
und Versetzen des verdünnten Sirups mit 0,4% Azobis-
(dimethylvaleronitril) erhalten worden ist. Die Masse wird
innerhalb 14 Minuten durch den Polymerisationsbereich geführt.
Das Produkt hat eine reduzierte Viskosität von
2,02 dl/g; es enthält keinen Schaum und schäumt auch nicht
beim Erwärmen.
Es wird die Anlage von Beispiel 16 verwendet, jedoch beträgt
das Volumenverhältnis der Reaktoren 1 : 0,5 : 0,33 :
0,2. Die Polymerisation erfolgt auf folgende Weise:
Methylmethacrylat wird kontinuierlich dem ersten Reaktor zugeführt, so daß die mittlere Verweilzeit in dem Reaktor 106 Sekunden beträgt. Azobisisobutyronitril wird kontinuierlich den Kesselreaktoren zugeführt, so daß die dem Reaktionsgemisch zugesetzten Azobisisobutyronitrilmengen 0,104%, 0,054% bzw., 0,054% betragen. Die Temperaturen in den Reaktoren betragen 160, 163, 165 bzw. 166°C, während der Druck in jedem Reaktor 6,3 atm beträgt.
Methylmethacrylat wird kontinuierlich dem ersten Reaktor zugeführt, so daß die mittlere Verweilzeit in dem Reaktor 106 Sekunden beträgt. Azobisisobutyronitril wird kontinuierlich den Kesselreaktoren zugeführt, so daß die dem Reaktionsgemisch zugesetzten Azobisisobutyronitrilmengen 0,104%, 0,054% bzw., 0,054% betragen. Die Temperaturen in den Reaktoren betragen 160, 163, 165 bzw. 166°C, während der Druck in jedem Reaktor 6,3 atm beträgt.
Der Sirup aus dem Röhrenreaktor hat einen Polymergehalt von
62,5% und eine Viskosität von 80 Pa · s bei 25°C. Die Konzentrationsverhältnisse
des Restinitiators zu dem dem ersten,
zweiten bzw. dritten Reaktor zugeführten Initiator betragen
1 : 24, 1 : 15 bzw. 1 : 12. Der erhaltene Sirup weist eine
Restinitiatorkonzentration von weniger als 0,01 ppm auf.
Das in dem Sirup enthaltene Polymerisat weist ein Zahlenmittel
des Polymerisationsgrads von 415 und eine Polymerisationsgradverteilung
von 2,10 auf, ausgedrückt als Polydispersität.
Beim Verdünnen des Sirups mit dem Monomer auf
einen Polymergehalt von 40,3% weist der verdünnte Sirup
eine Viskosität von 55 Pa · s bei 25°C auf.
Gemäß Beispiel 1 wird eine Gußplatte hergestellt, jedoch
verwendet man eine polymerisierbare flüssige Masse mit
einem Polymergehalt von 40,3% und einer Viskosität von
55,0 Pa · s, die durch Verdünnen des Sirups mit Methylmethacrylat
und Versetzen des verdünnnten Sirups mit 0,05%
Bis-(4-tert.-butylcyclohexyl)-peroxydicarbonat erhalten
worden ist. Die Masse wird innerhalb 13 Minuten durch den
Polymerisationsbereich geleitet.
Das Produkt weist eine
reduzierte Viskosität von 1,82 dl/g und einen Restmonomergehalt
von 1,3% auf; es enthält keinen Schaum und schäumt
auch nicht beim Erwärmen.
Es wird die Anlage von Beispiel 1 verwendet, jedoch beträgt
das Volumenverhältnis von Kesselreaktor zu Röhrenreaktor
1 : 0,2. Ein Methylmethacrylatmonomer, das 0,007%
Azobis-(dimethylvaleronitril) enthält, wird kontinuierlich
dem Kesselreaktor zugeführt, so daß die mittlere Verweilzeit
in dem Reaktor 225 Sekunden beträgt. Die Reaktoren
werden bei einer Temperatur von 130°C und einem Druck von
5,0 atm gehalten. Das Konzentrationsverhältnis von restlichem
zu zugeführtem Initiator beträgt 1 : 40. Der Sirup
aus dem Röhrenreaktor hat einen Polymergehalt von 10,5%,
eine Viskosität von 0,28 Pa · s bei 25°C und eine Restinitiatorkonzentration
von weniger als 0,01 ppm. Das in dem
Sirup enthaltene Polymerisat weist ein Zahlenmittel des
Polymerisationsgrads von 2810 und eine Polymerisationsgradverteilung
von 2,02 auf, ausgedrückt als Polydispersität.
Der Sirup wird in einen Verdampfer eingeleitet, wo man
unter vermindertem Druck das Monomer aus dem Sirup abdampft.
Hierbei entsteht ein Sirup mit einem Polymergehalt
von 18,1% und einer Viskosität von 243 Pa · s.
Der erhaltene Sirup wird mit 0,07% Azobis-(dimethylvaleronitril)
versetzt. Unter Verwendung der erhaltenen polymerisierbaren
flüssigen Masse wird gemäß Beispiel 1 eine Gußplatte
hergestellt, wobei man die Masse innerhalb 19 Minuten
durch den Polymerisationsbereich führt.
Das Produkt
weist eine reduzierte Viskosität von 3,90 dl/g und einen
Restmonomergehalt von 0,9% auf; es enthält keinen Schaum
und schäumt auch nicht beim Erwärmen.
Ein Sirup mit einem Polymergehalt von 25,5% und einer
Viskosität von 7,0 Pa · s wird unter Verwendung der Anlage
von Beispiel 1 und eines Methylmethacrylatmonomers,
das 0,045% Azobis-(dimethylvaleronitril) enthält, gemäß
Beispiel 1 hergestellt, jedoch beträgt die Temperatur
145°C und das Monomer wird mit einer mittleren Verweilzeit
von 304 Sekunden durch den Kesselreaktor geführt.
Die Restmonomerkonzentration des erhaltenen Sirups beträgt
weniger als 0,01 ppm und das in dem Sirup enthaltene
Polymerisat weist ein Zahlenmittel des Polymerisationsgrads
von 1080 sowie eine Polymerisationsgradverteilung
von 2,06 auf, ausgedrückt als Polydispersität. Der Sirup
wird mit Methylmethacrylat auf einen Polymergehalt von
14,3% und eine Viskosität von 0,11 Pa · s verdünnt. Durch
Auflösen von 0,1% Azobisisobutyronitril in dem verdünnten
Sirup und Entlüften unter vermindertem Druck wird
eine polymerisierbare flüssige Masse hergestellt. Die Masse
wird in eine Glaszelle gespritzt, die aus zwei Glasplatten
und einer Dichtung aufgebaut ist, wobei die Glasplatten
so einen Abstand haben, daß eine Gußplatte von 3 mm Dicke
entsteht, und die Dichtung zwischen den Platten
einen geschlossenen Raum bildet. Die Masse
wird 4 Stunden bei 65°C polymerisiert, worauf man die
Polymerisation 2 Stunden bei 120°C vervollständigt.
Es werden
Gußplatten mit einer reduzierten Viskosität von 6,5 dl/g
und einem Restmonomergehalt von 0,4% erhalten. Weder während
der Polymerisation noch beim Erwärmen ist eine Schaumbildung
zu beobachten. Das Produkt besitzt gutes Aussehen.
Ein Sirup mit einem Polymergehalt von 32,5% und einer Viskosität
von 0,52 Pa · s bei 25°C wird unter Verwendung der
Anlage von Beispiel 1 hergestellt, indem man ein Monomergemisch
aus 30% Styrol und 70% Methylmethacrylat mit
0,15% Azobisisobutyronitril versetzt und das Gemisch bei
einer Temperatur von 150°C und einer mittleren Verweilzeit
in dem Kesselreaktor von 180 Sekunden polymerisiert.
Die
Restinitiatorkonzentration in dem erhaltenen Sirup beträgt
weniger als 0,01 ppm. Das in dem Sirup enthaltene Polymerisat
weist ein Zahlenmittel des Polymerisationsgrads von
340 und eine Polymerisationsgradverteilung von 1,95 auf,
ausgedrückt als Polydispersität.
Durch Auflösen von Gewichtsteilen Äthylenglykoldimethacrylat
als Vernetzungsmittel und 1,5 Gewichtsteilen Benzoylperoxid
als Polymerisationsinitiator in 100 Gewichtsteilen
des Sirups wird eine polymerisierbare flüssige Masse hergestellt.
Nach dem Entlüften unter vermindertem Druck
spritzt man die Masse in eine Polymerisationsform zur Herstellung
einer flachen Kunstharzplatte, die gleichmäßig mit
25 Gewichtsteilen Stapelglasseide (Brechungsindex 1,52)
gefüllt ist, und in die Glasseide getaucht. Hierauf taucht
man die Form 1 Stunde in ein Heizbad von 85°C, um die Masse
zu härten.
Während der Polymerisationshärtung bildet sich
kein Schaum. Die erhaltene glasfaserverstärkte Kunstharzplatte
hat eine Dicke von etwa 1 mm und ausgezeichnete
Transparenz, gutes Aussehen sowie eine hohe Biegefestigkeit
von 1,620 kg/cm², gemessen nach der Norm ASTM D-790.
Claims (7)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Prepolymersirups
mit einem Polymergehalt von 15 bis 80 Gew.-%,
bei dem man ein Monomer, das Methylmethacrylat
als Hauptkomponente enthält, und einen Radikal-Polymerisationsinitiator
kontinuierlich einer ersten Reaktionszone zuführt,
in der eine im wesentlichen vollständige Vermischung erfolgt
und man dann das erhaltene Reaktionsgemisch in eine zweite
Reaktionszone einleitet, wobei die erste und die zweite Reaktionszone
nacheinander angeordnet sind, wodurch das genannte
Monomer während des Durchgangs durch die erste und zweite
Reaktionszone partiell polymerisiert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
- (i) die erste Reaktionszone aus
- (A) einem einzigen Reaktionsbereich oder
- (A′) zwei bis zehn Reaktionsbereichen besteht,
- (ii) der Radikal-Polymerisationsinitiator eine Halbwertszeit von 5 Sekunden oder weniger bei einer Temperatur von 180°C oder weniger aufweist,
- (iii) die Zufuhr des Radikal-Polymerisationsinitiators zu dem einzigen Reaktionsbereich (A) oder mindestens zwei Reaktionsbereichen einschließlich des ersten Reaktionsbereiches (A′) kontinuierlich erfolgt,
- (iv) die Menge des Initiators 0,001 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Monomergewicht, beträgt,
- (v) die Temperatur der ersten Reaktionszone bei 90 bis 200°C gehalten wird,
- (vi) der Druck in den beiden Reaktionszonen 1 bis 20 atm beträgt,
- (vii) die mittlere Verweilzeit des Reaktionsgemisches in der ersten Reaktionszone 1 bis 30 min beträgt,
- (viii) die in jedem Reaktionsbereich der ersten Reaktionszone gebildete Polymermenge 3 bis 35 Gew.-%, bezogen auf das zugeführte Monomer, beträgt,
- (ix) in der ersten Reaktionszone 90 bis 99,5 Gew.-% des Polymers gebildet werden, das in dem schließlich erhaltenen Sirup enthalten ist,
- (x) in der Reaktionszone (i) die Reaktortemperatur und die Verweilzeit
so gehalten werden, daß die Konzentration des zurückbleibenden
Initiators zumindest in den Reaktionsbereichen, denen
der Initiator zugeführt wird, ¹/₅ bis ¹/₁₀₀₀ des zugeführten
Initiators beträgt, in dem
die Temperatur der zweiten Reaktionszone nicht unterhalb der der ersten Reaktionszone gehalten wird, und
die mittlere Verweilzeit des Reaktionsgemisches in der zweiten Reaktionszone das 0,1- bis 2-fache der Verweilzeit in der ersten Reaktionszone beträgt, - (xi) in der zweiten Reaktionszone im wesentlichen eine Kolbenströmung vorliegt,
- (xii) das Zahlenmittel des Polymerisationsgrades des in dem Sirup enthaltenen Polymerisats 300 bis 6000 und die Viskosität bei 25°C 0,05 bis 1000 Pa · s beträgt,
- (xiii) die Polymerisationsgradverteilung des Polymers im fertigen Sirup 2,5 oder weniger, ausgedrückt als Polydispersität, beträgt, und
- (xiv) die Konzentration des verbliebenen Initiators in dem schließlich erhaltenen Sirup 0,1 ppm oder weniger beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Monomer Methylmethacrylat allein oder ein Gemisch
aus Methylmethacrylat und einem damit copolymerisierbaren
ethylenisch ungesättigten Monomer in einer Menge von weniger
als 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmonomeren, verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man die Reaktionsbereiche der ersten Reaktionszone mit einer
Reynolds-Zahl von 2000 oder mehr rührt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Rückmischkoeffizient beim Rühren in der zweiten Reaktionszone
20% oder weniger beträgt.
5. Verwendung des Prepolymersirups nach Anspruch 1 bis 4 zur
kontinuierlichen Herstellung von Methylmethacrylatharzplatten
mittels eines Paares von endlosen Bändern, dadurch gekennzeichnet,
daß die polymerisierbare Masse einen Polymergehalt von
15 bis 50 Gew.-% und eine Viskosität von 0,05 bis 100 Pa · s
bei 25°C aufweist und mit einem Radikal-Polymerisationsinitiator
versetzt wird.
6. Verwendung des Prepolymersirups nach Anspruch 1 bis 4 zur
Herstellung von Methylmethacrylharzplatten nach dem Zellgießverfahren,
dadurch gekennzeichnet, daß die polymerisierbare
Masse einen Polymergehalt von 15 bis 50 Gew.-% und eine
Viskosität von 0,05 bis 100 Pa · s bei 25°C aufweist und in der
polymerisierbaren flüssigen Masse ein Radikal-Polymerisationsinitiator
aufgelöst wird.
7. Verwendung des Prepolymersirups nach Anspruch 1 bis 4 zur
Herstellung von glasfaserverstärkten Kunstharzplatten durch
Eintauchen oder Vermischen von Glasfasern und Aushärten der
erhaltenen Mischung in der Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß
in der polymerisierbaren flüssigen Masse ein Radikal-Polymerisationsinitiator
aufgelöst wird.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12068377A JPS5921325B2 (ja) | 1977-10-06 | 1977-10-06 | メチルメタクリレ−ト系シロツプの連続製造方法 |
JP12068477A JPS5921326B2 (ja) | 1977-10-06 | 1977-10-06 | メチルメタクリレ−ト系シロツプの連続製造法 |
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