DE3321654A1 - Verfahren zur bestimmung des polymerisationsgrads einer polymerverbindung - Google Patents

Verfahren zur bestimmung des polymerisationsgrads einer polymerverbindung

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Description

β «00
Verfahren zur Bestimmung des Polymerisationsgrads einer Polymerverbindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Polymerisationsgrads und insbesondere auf ein solches Verfahren zur Polymerisationsgradbestimmung, das bestens zur Bestimmung des Polymerisationsgrads einer Polymerverbindung während eines Polymerisationsreaktionsab laufes unter Verwendung s irgendeiner Polymerisationsmethode, wie ζ» B. einer Polymerisatipn in Masse, einer Lösungspolymerisation, einer Emulsionspolymerisation, einer Suspensionspolymerisation usw., geeignet ist.
Bei einem Polymerisationsreaktionsablauf einer Polymerverbindung ist es für eine exakte Qualitätskontrolle der Verbindung von Bedeutung, den Polymerisationsgrad der Polymerverbindung im Caufe des Polymerisationsreaktionsab lauf es innerhalb kurzer Zeit und mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
Bisher wurde der Polymerisationsgrad einer Polymerverbindung während eines Polymerisationsreaktionsablaufes dadurch bestimmt, daß man sich auf eine Wechselbeziehung bezog, die zwischen dem PoLyme r isat i onsg-rad und der Viskosität der PoLymerverbi ndung unter bestimmten konstanten Bedingungen (wie z.B. der Meßtempera tür, der Polymerisationstemperatur, der Schubzahl (Scherrate) bei der Messung der Viskosität usw.) besteht. Bei einem derartigen bekannten Verfahren wird zuerst die Viskosität der zu untersuchenden Polymerverbindung gemessen und dann der Polymerisationsgrad der Polymerverbindung anhand eines Diagramms bestimmt, das das Verhältnis des Polymerisationsgrads zur Viskosität der Polymerverbindungen darstellt. Dieses Diagramm wurde dabei aus experimentell gewonnenen Daten erstellt.
Ein derartiges Polymerisationsgrad-Bestimmungsverfahren weist - obwohl damit der Polymerisationsgrad während eines Polymerisat ionsreaktionsablaufes innerhalb kurzer Zeit bestimmt werden kann - dennoch die folgenden Nachteile auf:
(1) Da es im allgemeinen schwierig ist, derartige Bedingungen, wie z.B. die Meßtemperatur und die Schubzahl während der Messung der Viskosität der Polymerverbindung konstant zu halten, besteht die Neigung, daß bei der Bestimmung des Polymerisationsgrads der Polymerverbindung anhand des Po lymerisationsgrad-Viskoritäts-Diagramms auf der Grundlage der gemessenen Viskosität Fehler auftreten. Dies macht es unmöglich, den Polymerisationsgrad einer Polymerverbindung während eines PolymerisationsreaktionsabI aufs mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, weshalb eines exakte Qualitätskontrolle der Polymerverbindung während des Reaktionsab-Laufs nicht durchgeführt werden kann.
(2) Tritt bei irgendeiner der Bedingungen, wie z.B. der Meßtemperatur, der Polymerisationstemperatur, der Schubzahl währand der Viskositätsmessung usw. eine "Änderung auf, so hat dies eine entsprechende Änderung der Beziehung zwischen dem Polymerisationsgrad und der Viskosität der Polymerverbindung zur Folge. Zeichnet man deshalb ein Polymerisationsgrad-Viskositäts-Diagramm in Anbetracht solcher möglichen Änderungen auf, so ist eine riesige Ansammlung von Daten für die Beziehung zwischen dem Polymerisationsgrad und der Viskosität der Polymerverbindung, die sich unter manigfa Itigen Kombinationen dieser variablen Bedingungen ändert, nötig. Dafür ist ein hoher Zeitaufwand und hohe Kosten erforderlich
0 Fern'..τ ist für die Bestimmung des Polymerisationsgrads einer Polymerverbindung ein analytisches'Verfahren unter Verwendung
«■ ■ 5* —*··■■··
eines Gasanalysengeräts (Gaschromatographie) bekannt, das eine höhere Genauigkeit zuläßt. Dieses Verfahren ist jedoch hin-. sichtlich seines Ablaufs ziemlich kompliziert. Dieser Verfahrensablauf weist dabei folgende wesentliche Schritte <iuf: einen Prqbeauflöseschritt, bei dem eine zu analysierende Probe einer Polymerverbindung in einem Lösungsmittel aufgelöst wird, um eine Probenlösung zu erhalten, einen Probenlösungs-Meßschritt, bei dem eine kleine Menge der Probenlösung exakt quantitativ bestimmt und in das Analysengerät eingegeben wird und einen A η a lyseschritt, bei dem die Probenlösung in dem Analysengerät vergast, durch eine säulenförmige Destillierkolonne mit Füllkörper geleitet und die Ausflußgeschwindigkeit am Ausgang der Kolonne gemessen und als Eichkurve ausgegeben wird. Der objektive Polymerisationsgrad wird dadurch erhalten, daß man diese Schritte durchläuft, so daß man mit Hilfe dieses Verfahrens nicht in der Lage ist, den Polymerisationsgrad der Polymerverbindung während eines Po lymerisationsreaktionsablaufs in kurzer Zeit zu bestimmen. Eine exakte Qualitätskontrolle der Polymerverbindung während des Reaktionsablaufes kann somit nicht sichergestellt werden.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung des Polymerisationsgrads einer Polymerverbindung während eines Polymerisations-Reaktionsablaufes zu schaffen, das in kurzer Zeit und mit hoher Genauigkeit durchführbar ist, wo-5 durch eine genaue Qualitätskontrolle der Polymerverbindung während des Reaktionsablaufs möglich ist, bei dem irgendeine Polymerisationsmethode, wie z.B. die Polymerisation in Masse, die Lösungspolymerisation, die Emulsionspolymerisation, die Suspensionspolymerisation usw., Anwendung findet.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in weiteren Ansprüchen enthalten.
Die Erfindung ist somit auf ein Verfahren zur Bestimmung des
Po lymerisationsgrads einer Polymerverbindung während eines PoLymerisations-Reaktionsablaufs gerichtet, bei dem erfindungsgemäß eine quantitativ bestimmte Menge einer zu behandelnden b2w. zu untersuchenden Polymerverbindung als Probe entnommen, eine andere Probe der Polymerverbindung mit gleicher Menge wie die anfangs entnommene Probe der Polymerverbindung hingegen in eine flüchtige Komponente und eine nichtflüchtige Komponente getrennt und die Menge bzw. der Betrag der flüchtigen Komponente oder der nichtflüchtigen Komponente gemessen und worauf der Polymerisationsgrad der Polymerverbindung aus der gemessenen Menge der ersten Probe der Polymerverbindung und der gemessenen Menge der von der zweiten Probe abgetrennten flüchtigen oder nichtflüchtigen Komponente bestimmt wird.
Dieses Verfahren ermöglicht eine kurzfristige und hochgenaue Bestimmung des Polymerisationsgrads einer PoyLmerverbindung während eines Polymerisationsreaktionsablaufs.
Die Zeichnung stellt anhand eines Flußdiagrafflms ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung des Polymerisationsgrads dar, die zur Ausführung der Erfindung Verwendung findet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.
In. der Zeichung ist die Vorrichtung zur Ermittluno des Polymer isationsgrads über eine Leitung 20 mit einem Element, wie
Vy z. B. einem Polymerisationsreaktionsgefäßt (in der Zeichnung nicht dargestellt) während des Polymerisati οηsreaktionsablaufs verbunden, wohingegen die Leitung 20 mit ihrem anderen Ende mit dem Einlaß einer eine konstante Rate vorsehen- den Beschickungsvorrichtung 10 verbunden ist. Ein Auslaß der
■>0 Beschickungsvorrichtung 10 ist mittels einer Leitung 21 mit einem Einlaß eines Extraktors für Proben von vorbestimmter
a & α ρ α
m a (* ο
Menge, z.B. einer Getriebepumpe 11, verbunden, deren Drehzahl die Durchflußmenge pro Zeiteinheit bzw. den Durchsatz bestimmt. Der Auslaß dieser Getriebepumpe 11 ist wiederum über eine Leitung 22 mit einer Polymerverbindungs-Beschickungsöffnung eines Separators 12 verbunden, in dem die Polymerverbindung in eine flüchtige Komponente (Monomer(e) im Falle der Polymerisation in.Masse sowie Monomer(e) und ein Medium, wie z.B. ein Lösungsmittel, ein Emulsionsmittel, ein Dispersionsmittel usw., im Falle einer Polymerisation, die von der Polymerisation in Masse verschieden ist) und eine nichtflüchtige Komponente (einem Polymer) getrennt wird» Der Auslaß (im gezeigten Ausführungsbeispiel die Entladeöffnung der flüchtigen Komponente) des Separators ist über eine Leitung 23 mit einem Einlaß eines Kondensators verbunden» Dieser Kondensator 13 ist weiterhin über eine Leitung 24 iriit einer Vakuumpumpe 14 gekoppelt, mit deren Hilfe der Arbeitsdruck im Separator 12 unterhalb des Dampfdrucks der flüchtigen Komponente und oberhalb der nichtf lüchtigen Komponente gehalten werden kann. Der Auslaß des Kondensators 13/ aus dem die darin verflüssigte, flüchtige Komponente entladen wird, ist über eine Leitung 25 mit einem Einlaß einer Meßeinrichtung 15a verbunden, deren Auslaß mit einer Leitung 26 in Verbindung steht. Die Getriebepumpe 11 ist mit einer weiteren Meßeinrichtung 15b versehen. Eine Meßwertausgabeeinrichtung, z.B. ein Ana log-Digit al(A/D)-Umsetzer 16a bzw. 16b ist jeweils mit der Meßeinrichtung 15a und 15b gekoppelt. Diese beiden A/D-Umsetzer 16a und 16b sind mit einer Po I ymerisationsgrad-Anzeigeeiηricht u η g 1 7 verbunden. Die beiden Meßeinrichtungen 15a und 15b können z, B. auf einem System beruhen, bei dem die gewonnene Probe anhand des mit einem Durchflußmesser gemessenen Durchsatzes bzw. der Durchflußmenge pro Zeiteinheit quantitativ bestimmt wird, oder auf einem System beruhen, bei dem dip Probe zuerst in einem Tank gespeichert und dann die Gewichtsänderung der Flüssigkeit unter Verwendung einer Lastmeßdose oder einer anderen geeigneten Einrichtung gemessen wird, oder auf einem 5 Systemberuhen, bei dem die Änderung des Flüssigkeitspegels
mittels eines Niveaumessers gemessen wird- Auch irgendwelche
andere geeignete Systeme können verwendet werden. Für die Polymerisationsgrad-Anzeigeeinrichtung 17 kann irgendeine geeignete Einrichtung benutzt werden, die die gemessenen Werte speichern kann und auch die bestimmten Polymerisationsgrad-Bearbeitungsund-Anzeigefunktionen aufweist. Der Separator 12 kann als Dünnfilmverdampfer ausgebildet sein, dessen Oberfläche schnell erneuert werden kann und der eine Verdampfungskapazität bis zu
mehreren Hundert Teilen je Million in kurzer Zeit aufweist.
Beim Betrieb des oben beschriebenen,erfindungsgemäßen Systems
wird zuerst eine Polymerverbindung während eines Polymerisationsablaufes, im vorliegenden Fall eine in einem Po lymerisationsreaktionsgefäß befindliche Polymerverbindung A von diesem über die Leitung 20 der eine konstante Geschwindigkeit aufweisenden Beschickungsvorrichtung 10 zugeführt und gelangt weiterhin über die Leitung 21 in die Getriebepumpe 11, wodurch eine vorbestimmte Menge der Verbindung ausgeschieden und mit Hilfe der
Meßeinrichtung 15b genau gemessen wird. Der gemessene Wert wird mittels des A/D-Umsetzers 16b umgewandelt und in die Polymerisationsgrad-Anzeigeeinrichtung 17 eingegeben. Anschließend
wird eine weitere Probe der Polymerverbindung, die die gleiche
11
Menge wie. die erste mit der Getriebepumpe ausgeschiedene erste Probe aufweist, vom Polymerisations-Reaktionsgefäß in den
Separator 12 eingeführt, und zwar über einen Weg, der über die Getriebepumpe 11, die Leitungen 20-22 und die Beschickungsvorrichtung 10 führt. Diese zweite Probe der Polymerverbindung A
wird in dem Separator 12 in kurzer Zeit in eine flüchtige Komponente B und eine ηichtflüchtige Komponente C getrennt, wobei der Separator 12 unter einem Druck betrieben wird, der mit
Hilfe der Vakuumpumpe 14 unterhalb des Dampfdrucks der flüchtigen Komponente B und überhalb des Dampfdrucks der nichtflüchtigen Komponente C gehalten wird. Die nichtflüchtige Komponente C wird aus dem Separator 12 entladen, ohne dabei einer MessLing unterworfen zu werden. Andererseits wird die flüchtige
» if dft
Komponente B vom Separator 12 über die Leitung 23 in den Kondensator 13 eingeführt, wo die flüchtige Komponente B innerhalb kurzer Zeit vollständig kondensiert und verflüssigt wird. Die verflüssigte, flüchtige Komponente B wird mit Hilfe der Meßeinrichtung 15a gemessen und anschließend über die Leitung 26" aus-dem System ausgetragen. Der gemessene Wert der flüchtigen Komponente B wird mittels des A/D-Umsetzers 16a umgewandelt und in die Anzeigeinrichtung 17 eingegeben. Nachdem die Meßwerte sowohl der flüchtigen Komponente B als auch der Polymerverbindung A durch die entsprechenden A/D-Umsetzer 16a und 16b umgewandelt und in die Anzeigeeinrichtung 17 eingegeben wurden, werden dann die Meßwerte unter Verwendung der folgenden Gleichungen (1) bis (7) in der Anzeigeeinrichtung 17 aufgearbeitet und der derart bestimmte Polymerisationsgrad der in dem Polymerisationsreaktionsgefäß befindlichen Polymerverbindung auf der Anzeigeeinrichtung 17 wiedergegeben.
D.h. der Polymerisationsgrad kann mit Hilfe der folgenden Gleichungen erhalten werden:
Polymerisationsgrad (%)
Durchsatz des Polymers
/Durchsatz
[des
Monomers
(Durchsatz ι des Polymers/
Durchsatz des Monomers
1-
Durchsatz
/Du r chsat ζ
des Monomers/ Ides Polymers
χ 100
χ 100
Bei der Polymerisation in Masse gilt die folgende Beziehung:
'Durchsatz der Poly-1 iinerverbindung (A) I
/Durchsatz des
1 Monome rs (B)
[Durchsatz de si Polymers (C) J
- · · ν/ yJ L·, I V
»tv* * ■ · «
Bei einer anderen Polymerisation als der Polymerisation in Masse gilt die folgende Beziehung:
Durchsatz desj + /Durchsatz des S(B1) J !polymers (C)
(Durchsatz eines!
!Mediums (B-,)* / ...(4)
Der Durchsatz eines Mediums (B-,) ist aus dem Durchsatz des gesättigten Mediums bekannt.
Unter Verwendung der obigen Gleichungen kann der Polymerisationsgrad wie folgt erhalten werden:
(a) Polymerisation in Masse
indem man entweder den Durchsatz (z.B. kg/h) der Polymerverbindung (A) und den Durchsatz des Monomers (B) (d.h. die flüchtige Komponente) oder den Durchsatz des Polymers (C) (d.h. die nichtf lüchtige Komponente) mißt, kann man den Polymerisationsgrad mit Hilfe der Gleichungen (1) oder (2) bestimmen.
(b) Polymerisation, die von der Polymerisation in Masse abweicht
Obwohl der Durchsatz eines Mediums (B-) in dem Durchsatz der Polymerverbindung (A) und dem Durchsatz der flüchtigen Komponente (B) enthalten ist, bestehen die folgenden Beziehungen, da der Durchsatz eines Mediums (B-) einen bekannten Wert darstellt:
[Durchsatz des\ . /Durchsatz
it ζ d e s \
S(B1) )
iRonomers(B1) / ^Polymers(C) j
/Durchsatz der\ /Durchsatz des\
I Po lympr ve rb i n-j - [Mediums (B?) J ...(5)
\dung (A) / \ /
/Durchsatζ des\ I Monome rs(B1)
/Durchsatz der
j flüchtigen Kom- \ponente (B)
Durchs ηtz des Medi ums (B-,)
Durchsa
Polymer
tz des\ |Dur s (C) J " IfU
rchsatz der nichtüchtigen Komponente
/Durchsatz der
I Po lymerverbi n-J
\dung (A)
/Durchsat ζ der \ (flüchtigen Kom-j \ponente (B)
Wenn demzufolge entweder der Durchsatz; der Polymerverbindung (A) und der der flüchtigen Komponente (O) oder der Durchsatz der nichtflüchtigen Komponente (C) wie im Falle der Polymerisation in Masse gemessen wird, kann der Durchsatz des Monomers (B1) und der des Polymers (C) aus den Gleichungen (5), (6) und (7) und somit der Polymerisationsgrad mit Hilfe der Gleichung (T) bestimmt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Polymerisationsgrads kann effektiv bei der Polymerisation von solchen Monomeren wie z.B. Styrol, 'Äthylen, Vinylchloride, Propylen, Methyl Methacrylat und dgl. verwendet werden.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zur Bestimmung des Polymerisationsgrads als ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, ist für die Trennung der von einem Polymerisations-Reaktionsgefäß gelieferten Polymerverbindung in eine flüchtige Komponente und eine nicht flüchtige Komponente und für die Anzeige des gemessenen Polymerisationsgrads kein großer Zeitaufwand erforderlich, so daß die beabsichtigte Bestimmung des Polymerisationsgrads in kurzer Zeit ausgeführt werden kann.
Da außerdem das direkte Verhältnis der Menge einer quantitativ
O O Δ IUÜ4
bestimmten Probe der Polymerverbindung zu der Menge der von einer die gleiche Menge wie die erste Probe aufweisenden weiteren Probe der Polymerverbindung abgetrennten flüchtigen Komponente fjr die Bestimmung verwendet wird, kann der Polymerisationsgrad mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, wodurch immer eine genaue Qualitätskontrolle der in dem Reaktionsgefäß befindlichen Polymerverbindung möglich ist. Da weiterhin, wie oben dargelegt, der Polymerisationsgrad aus der Menge bzw. dem Betrag der Probe der Polymerverbindung und dem Betrag der von einer anderen ähnlich quantitativ bestimmten Probe abgetrennten flüchtigen Komponente bestimmt werden kann, besteht weder ein Bedarf ein Polymerisationsgrad-Viskositäts-Diagramm - wie beim Stand der Technik - aufzuzeichnen, noch die Notwendigkeit, eine voluminöse Datenmenge für das Polymerisationsgrad-Viskositäts-Verhä I tnis zu sammeln, die für die Aufzeichnung eines derartigen Diagramms erforderlich wäre.
In dem oben beschriebenen AusführungsbeipieI der Erfindung wird die Menge der flüchtigen Komponente gemessen, nachdem diese kondensiert und verflüssigt wurde, jedoch ist es ebenso möglich, diese flüchtige Komponente quantitativ zu bestimmen, ohne dabei diese zu kondensieren und zu verflüssigen, sondern diese in einein gasförmigen Zustand zu halten und ihre Durchflußmenge pro Zeiteinheit zu messen. Weiterhin wird bei dem oben beschriebenen Ausführugnsbeispiel der Polymerisationsgrad durch Messen der von einer Probe der Polymerverbindung abget rennt en, f lüchtigen Komponente bestimmt, jedoch ist es möglich, zur Bestimmung des Polymerisationsgrads die nichtflüchtige Komponente zu messen, die gleichzeitig mit der flüchtigen Komponente von der Probe der Polymerverbindung abgetrennt wird. Ebenso kann von der in dem Polymerisationsreaktionsablauf befindlichen Polymerverbindung direkt aus der ReaktionsabI auf I inie eine Probe entnommen und in den Separator eingegeben werden.
Gemäß dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren wird
von einer in einem PoLymerisationsreaktionsablauf belind I. ichen Polymerverbindung eine Probe entnommen und gemessen, während eine andere Probe dieser Polymerverbindung, die die gleiche Menge wie die erste Probe aufweist, in eine flüchtige und nichtflüchtige Komponente getrennt und die Menge dieser flüchtigen Komponente oder"der nichtflüchtigen Komponente gemessen wird und der Polymerisationsgrad aus dem Verhältnis der gemessenen Menge der ersten Probe der Polymerverbindung zu der gemessenen Menge der von der zweiten Probe abgetrennten, f lüchtigen Komponente oder der von der zweiten Probe abgetrennten, nichtflüchtigen Komponente bestimmt, so daß gemäß diesem Verfahren der Polymerisationsgrad einer in einem Polymerisationsreaktionsab-Iauf befindlichen Polymerverbindung in kurzer Zeit und mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann, was letztlich eine exakte Qualitätskontrolle irgendeiner in einem Polymerisationsreaktionsablauf befindlichen Polymerverbindung ermöglicht.
Μ.
Leerseite

Claims (4)

  1. ν. F ü N E R- . "ϊ"ο B 1'Ν'ί3 Η"α "US FINCK
    PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATIÖRNEYS
    MARIAHILFPLATZ 2 4 3, MÖNCHEN OO • POSTADRESSE: POSTFACH 98 O1 6O, D-8OOO MÖNCHEN 9B
    Hitachi Ltd. 15. Juni 1983
    DEA-31113.7
    Verfahren zur Bestimmung des Polymerisationsgrads einer Polymerverbindung
    Patentansprüche:
    Verfahren zur Bestimmung des Polymerisationsgrads,, adurch gekennzeichnet,daßman
    - von einer in einem Polymerisations-Reaktionsablauf befindlichen Polymerverbindung eine erste Probe von vorbestimmter Menge entnimmt und die Menge dieser ersten Probe mißt,
    - van der in einem Polymerisat ions-Reakt ionsablauf befind·^ liehen Polymerverbindung eine zweite Probe entnimmt, die die gleiche Menge wie die erste Probe aufweist,
    - die zweite Probe in eine flüchtige und nichtflüchtige Komponente trennt und entweder die Menge der flüchtigen Komponente oder der nichtflüchtigen Komponente mißt und
    - das Verhältnis der Menge der ersten Probe zu der Menge der flüchtigen Komponente oder der nichtflüchtigen Komponente zur Bestimmung des Polymerisationsgrads bildet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die zweite Probe unter Verwendung eines Dünnfilm-Verdampfers trennt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e ke η η -
    ζ e i c h η e t , daß die Menge der in der zweiten Probe enthaltenenflüchtigen Komponente nach Kondensierung und Verflüssigung der flüchtigen Komponente gemessen wird.
  4. 4. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch g c k e η η zeichnet, daß man die Menge der in der zweiten Probe
    enthaltenen flüchtigen Komponente im gasförmigen Zustand ohne Kondensierung und Verflüssigung mißt.
DE3321654A 1982-06-16 1983-06-15 Verfahren zur bestimmung des polymerisationsgrads einer polymerverbindung Granted DE3321654A1 (de)

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