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Hintergrund der Erfindung
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(a) Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Polymerlatexharzpulver, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung
von Polymerlatexharzpulver, welches die Schritte des Koagulierens von
Polymerlatex und dessen Altern umfasst, wobei das Verfahren einen
Schritt des Einbringens eines Emulgators in die Polymerlatexemulsion
vor der Koagulation umfasst.
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(b) Beschreibung des verwandten Fachgebiets
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Beim
allgemeinen Emulsionspolymerisationsverfahren wird Polymerharz in
Latex kontinuierlich als Pulver wie folgt hergestellt. Zuerst wird
eine wässrige
Lösung
von Koagulans, wie anorganisches Salz oder Säure etc., in Polymerlatex eingebracht
und dann wird die elektrostatische Stabilisierung durch den Emulgator aufgebrochen
und Polymerteilchen im Latex konglomerieren durch Neutralisation
der elektrischen Ladung, was als Flocke bezeichnet wird. Da jedoch
eine solche Flocke keine physikalische Bindung ausbilden kann, aber
eine Art Multiteilchen-Ansammlung bilden kann, kann das Aufbrechen
leicht durch einen Rührstrom
durch einen externen Rührflügel etc.
eintreten. Um die Festigkeit der Flocke zu erhöhen sollte deshalb nach der
Koagulation ein Alterungsprozess durchlaufen werden. Er wird bei
hoher Temperatur durchgeführt
und die Flocke bildet durch wechselseitiges Eindringen zwischen
den Ketten ein Teilchen, das etwas Festigkeit besitzt.
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Weil
jedoch bei einem solchen Verfahren eine überhöhte Menge an Koagulans verwendet
wird und dadurch der Koagulationsprozess sehr schnell ist, um ihn
signifikant unregelmäßig zu machen,
hat das Erdteilchen eine ungleichmä ßige Form und eine signifikant
breite Teilchengrößeverteilung,
was viele Probleme in dem Verfahren verursacht. Praktisch, wenn
hauptsächlich
große
Teilchen mit einem Durchmesser von 400 μm oder größer erzeugt werden, treten
Probleme beim Überführen und
der Lagerung auf. Und wenn größtenteils feine
Pulver mit einem Durchmesser von 70 μm oder weniger hergestellt werden,
sinken die Dehydratations- und Trockenkapazitäten, Probleme entstehen durch
den Verlust von Harz aufgrund von Diffusion der feinen Pulver und
aufgrund des Transfers von Pulver während des Verfahrens, und Staub
wird erzeugt, was Umweltbelastung und Erschwerung der Arbeitsbedingungen
verursacht.
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Um
diese Problematiken zu verbessern haben das
US-Patent Nr. 4 897 462 und das
britische Patent Nr. 2 157
97A die langsame Koagulation bei kritischer oder geringerer
Koagulationskonzentration beschrieben, aber das Verfahren kann nicht
den hohen Viskositätsbereich überwinden,
der allgemein bei der langsamen Koagulation hervorgerufen wird,
und es wird deshalb nur für
den Chargen-Koagulationsprozess eingesetzt. Und der Feuchtigkeitsgehalt
des Pulvers ist aufgrund der langsamen Koagulation hoch und somit
sind die Dehydratationseffekte schlechter, und es kann wegen des
ungleichmäßigen gemeinsamen
Schmelzens feiner fester Teilchen Pulver erzeugt werden, dessen
Struktur nicht fein ist, aufgrund der hohen Temperatur während des Alterungsprozesses,
und als Folge kann die Schüttdichte
des Pulvers verringert sein.
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Zusätzlich haben
die japanischen Offenlegungsschriften Sho
53-33244 , Sho
53-137873 , Sho
56-41227 , Sho
57-59929 , Sho
58-87102 und Sho
61-42923 etc. ein Verfahren zur Gewinnung
von Pulver durch Dispergieren von Tröpfchen eines Polymerlatex in
einer Koagulationsatmosphäre
mittels Gasphasensprühsystem
beschrieben.
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Obwohl
dieses Verfahren überlegene
Ergebnisse in Bezug auf die Teilchengrößeverteilung zeigte, lagern
sich die Teilchen an die Wandoberfläche des Koagulationstanks an
und aufgrund einer großen
Menge an Aufbereitungslösung,
um solche Teilchenanlagerung zu verhindern, ist die Steuerung des
Feststoffgehalts innerhalb des Koagulationstanks begrenzt und es
wird Abwasser produziert. Und bei der kommerziellen Anwendung belegt
die Koagulationstank-Anlage einen sehr großen Bereich und Raum und folglich
steigt der Energieverbrauch für
befriedigende Koagulationsbedingungen mit einer hohen Temperatur
von 60°C
oder mehr stark und Koagulans sollte in großer Menge eingebracht werden,
und folglich kann verbleibendes Koagulans einen schlechten Einfluss
auf die Endqualität
des Polymerharzes haben.
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Zusätzlich haben
die
US-Patente der Nummern 4
997 911 und
5 065 938 ein
Verfahren zur Steuerung der Pulvergröße in Anwesenheit eines organischen
Lösemittels
und ein Verfahren zur Verbesserung der Schüttdichte beschrieben, aber
die verwendete Menge an organischem Lösemittel ist sehr groß, was eine
Belastung bei der Realisierung der Anlage für das Verfahren ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der Probleme des
Standes der Technik gemacht, und es ist ein Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Polymerlatexharzpulver
bereitzustellen, das die Schritte des Koagulierens und Alterns von
Polymerlatex und dann sein Trocknen und Dehydratisieren zur Gewinnung
von Pulver umfasst, gekennzeichnet durch das Herstellen des Polymerlatexharzpulvers
durch ein mehrstufiges, kontinuierliches Koagulationsverfahren.
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Es
ist ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung von Polymerlatexharzpulver bereitzustellen, das
eine enge Teilchengrößeverteilung
und verbesserte Eigenschaften besitzt, einschließlich Schüttdichte und Zusammenbacken.
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Es
ist ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung von Polymerlatexharzpulver bereitzustellen, das
85 Gewichts-% oder mehr Polymerteilchen mit einer Größe von 70
bis 400 μm
besitzt.
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Um
diese Gegenstände
zu verwirklichen stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung von Polymerlatexharzpulver bereit, welche die Schritte
des Koagulierens von Polymerlatex und dessen Altern umfasst, dadurch
gekennzeichnet, dass es den Schritt des Einbringens eines Emulgators
in eine Polymerlatexemulsion vor der Koagulation umfasst.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht eines mehrstufigen, kontinuierlichen Koagulationsverfahrens
zur Gewinnung von Pulver aus Polymerlatex gemäß der vorliegenden Erfindung.
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- 1
- Polymerlatex-Zufuhrleitung
- 2
- Zufuhrleitung
primäres
Koagulans
- 3
- Wasser-Zufuhrleitung
- 4
- Primärer Koagulationstank
- 5
- Dampf-Zufuhrleitung
- 6
- Überlaufleitung
primärer
Koagulationstank
- 7
- Dampf-Zufuhrleitung
- 8
- Zufuhrleitung
sekundäres
Koagulans
- 9
- Sekundärer Koagulationstank
- 10
- Überlaufleitung
sekundärer
Koagulationstank
- 11
- Primärer Alterungstank
- 12
- Dampf-Zufuhrleitung
- 13
- Überlaufleitung
primärer
Alterungstank
- 14
- Sekundärer Alterungstank
- 15
- Dampf-Zufuhrleitung
- 16
- Überlaufleitung
sekundärer
Alterungstank
- 17a,
17b, 17c, 17d
- Rührer
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
UND BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
vorliegende Erfindung wird nun detailliert erklärt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Polymerlatexharzpulver durch Koagulieren von Polymerlatex bei ungefähr der kritischen
Koagulationskonzentration um Teilchen zu bilden, und deren Altern
um Pulver zu erhalten, im Gegensatz zur existierenden schnellen
Koagulation unter Verwendung einer überschüssigen Menge an Koagulans.
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Genauer
gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
von Polymerlatexharzpulver, die folgenden Schritte umfassend:
- a) Einbringen eines Emulgators in einen Lagertank
für Polymerlatexemulsion;
- b) kontinuierliches Zuführen
des a) Polymerlatex, eines primären
Koagulans und von Wasser in einen primären Koagulationstank;
- c) Belassen der Mischung in dem primären Koagulationstank bei Glasübergangstemperatur
(Tg) –40°C bis zur
Glasübergangstemperatur –30°C, 2 bis
5 Minuten lang, um primär
zu koagulieren, und überführen des primär koagulierten
Schlamms in einen sekundären
Koagulationstank;
- d) Belassen des primär
koagulierten Schlamms in dem sekundären Koagulationstank bei einer
Temperatur des primären
Koagulationstanks +3°C
bis zu einer Temperatur des primären
Koagulationstanks +10°C,
10 bis 25 Minuten lang, mit Einbringen eines sekundären Koagulans
um sekundär
zu koagulieren, und dann Überführen des
hergestellten sekundär
koagulierten Schlamms in einen primären Alterungstank.
- e) Belassen des sekundär
koagulierten Schlamms in dem primären Alterungstank bei einer
Temperatur des sekundären
Koagulationstanks +5°C
bis zu einer Temperatur des sekundären Koagulationstanks +20°C, 60 bis
90 Minuten lang, um primär
zu altern, und dann Überführen des
hergestellten primär
gealterten Schlamms in einen sekundären Alterungstank; und
- f) Belassen des gealterten Schlamms in dem zweiten Alterungstank
bei einer Temperatur des primären
Alterungstanks +10°C
bis zu einer Temperatur des primären
Alterungstanks +20°C,
60 bis 90 Minuten lang, um sekundär zu altern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird bei einem Verfahren zur Gewinnung von Polymerlatexharz als
Pulver, das 85 Gewichts-% oder mehr Teilchen mit einer Größe von 70
bis 400 μm
besitzt, durch Hinzufügen
von Polymerlatex mit einer Größe von ungefähr 0,05
bis 0,4 μm
und Koagulans wie ein anorganisches Salz oder eine Säure, eine
kleine Menge Emulgator in Polymerlatexemulsion eingebracht, um die
Stabilität
von Latex zu verbessern, langsame Koagulation wird ausgelöst durch
eine kleine Menge Koagulans eine kurze Verweildauer lang in einem
primären
Koagulationstank, um eine Breiphase eines koagulierten Körpers zu
bilden, der eine Viskosität
besitzt, bei welcher Rühren
möglich
ist, eine große
Menge Koagulans wird hinzugefügt in
einem sekundären
Koagulationstank, um die vollständige
Koagulation auszulösen
eine längere
Verweildauer lang im Vergleich zu der des primären Koagulationstanks, und
dann wird der Schlamm, der den ersten und zweiten Koagulationstank
passiert hat, in einen primären
Alterungstank und dann einen sekundären Alterungstank überführt, und
die Festigkeit der koagulierten Teilchen wird in dem primären und
sekundären
Alterungstank verstärkt.
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Als
Polymerlatex, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
können
jene verwendet werden, die durch Emulsionpolymerisation hergestellt
werden.
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Beispiele
des Polymerlatex schließen
ein:
Erstens, Polymerlatex (A), hergestellt durch Hinzufügen von
20 bis 80 Gewichtsteilen Monomer-Mischung aus 0 bis 50 Gewichtsteilen
Acrylnitrilmonomeren, 0 bis 100 Gewichtsteilen Methacrylat- oder
Acrylatestermonomeren, 0 bis 90 Gewichtsteilen aromatischen Vinylmonomere
und 0 bis 10 Gewichtsteilen eines Vernetzungsmittels oder Propfmittels,
geeignet zur Copolymerisation mit 20 bis 80 Gewichtsteilen Acryl-Kautschuklatex, hergestellt
durch Emulsionspolymerisation von 80 bis 99 Gewichtsteilen einer
Art oder mehrerer Arten, ausgewählt
aus Acrylat- oder Methacrylatestermonomeren, die eine Kohlenstoffzahl
von 1 oder 2 oder mehr besitzen, und 0,5 bis 10 Gewichtsteilen Vernetzungsmittel,
geeignet zur Vernetzungspolymerisation, um sie einer Pfropfpolymerisation
zu unterwerfen; oder
zweitens, Polymerlatex (B), hergestellt
durch kontinuierliches Hinzufügen
von 20 bis 60 Gewichtsteilen einzelner oder komplexer Monomere einer
vinylaromatischen Verbindung, 5 bis 20 Gewichtsteilen Vinylcyanidverbindungen
und 0 bis 5 Gewichtsteile einer Art oder mehrerer Arten einzelner
oder komplexer Monomere von Alkylacrylat und Glycidylacrylat, das
C1-2-Alkylgruppen besitzt, zu 20 bis 60 Gewichtsteilen Butadien-Kautschuklatex,
hergestellt durch Emulsionpolymerisation von 30 bis 50 Gewichtsteilen
Sty rol, 50 bis 70 Gewichtsteilen Butadien und 0 bis 3 Gewichtsteilen
Vernetzungsmittel, geeignet um damit vernetzt zu werden, um sie einer
Pfropfpolymerisation zu unterwerfen.
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In
Schritt a) wird der Emulgator bevorzugt in einer Menge von 0,3 bis
0,5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen Polymer hinzugefügt, und
es können
Natriumlaurylsulfat, Natriumdiocrylsulfosuccinat etc. verwendet
werden.
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Als
das Koagulans wird wasserlösliche
anorganische Säure
oder anorganisches Salz als primäres
und sekundäres
Koagulans verwendet. Zum Beispiel können Chlorsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und
Sulfat, Calciumsalz etc. verwendet werden, und die Menge des primären Koagulans
wird begrenzt durch die kritische Koagulationskonzentration entsprechend
der Eigenschaften des Latex, und das sekundäre Koagulans wird bevorzugt
in einer Menge von 2 bis 3 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile
Gesamtpolymer verwendet.
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Bei
jedem Schritt der vorliegenden Erfindung wird Material zu dem nächsten Schritt
mittels Überlaufverfahren überführt.
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Bei
der schnellen Koagulation unter Verwendung einer überschüssigen Menge
Koagulans existiert keine Energiebarriere und dementsprechend ist
die Koagulation sehr schnell, so dass der Prozess wesentlich ungleichmäßig ist,
deshalb haben die Endteilchen eine ungleichmäßige Form, während bei
der langsamen Koagulation die Koagulation in einem sekundären Senkenbereich
stattfindet, wo eine Energiebarriere existiert, und dementsprechend
ist die Koagulation langsam und es gibt Raum für die Teilchen sich zu reorganisieren,
was folglich die Herstellung von kugelförmigen Teilchen durch reguläre Ladung
ermöglicht.
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Um
einen sekundären
Senkenbereich zu finden, wo langsame Koagulation ausgelöst wird,
kann theoretisch ein Verfahren mit einem Diagramm der Änderung
der potenziellen Gesamtenergie über
die Messung des Zeta-Potenzials verwendet werden, aber der exakte
Wert ist mittels dieses Verfahrens schwer zu ermitteln, weil der
Messfehler groß ist
im Vergleich zum engen Bereich der sekundären Senke. Deshalb wird bei
der vorliegenden Erfindung die langsame Koagulation auf der Basis
der Tatsache bewertet, dass bei einer kritischen Koagulationskonzentration,
insbesondere an einem Punkt, wenn die langsame Koagulation eingeleitet
wird, wenn eine Änderung
der Teilchenform beobachtet wird, während die Menge an kohäsivem Agens
durch eine kleine Menge unter Rühren
unter den gleichen Temperaturbedingungen erhöht wird, die Teilchenform kugelförmig wird
und die Größeverteilung
sehr eng wird, und dass wenn diese Konzentration überschritten
wird, amorphe Teilchen erzeugt werden und die Teilchengrößenverteilung
breit wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren,
basierend auf der langsamen Koagulation, umfasst 5 Schritte und Koagulation
beziehungsweise Altern werden in 2 Schritten durchgeführt. Das
erfindungsgemäße Verfahren wird
detailliert erklärt.
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Einführung
eines Emulgators in Polymerlatexemulsion
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Der
größte Teil
des polymerisierten Latex wird in einem Lagertank gelagert und dann
zum nächsten Schritt überführt, gemäß dem Produktionsplan
der Nachbearbeitung, einschließlich
Koagulation. Um gleichmäßig langsame
Koagulation im nachfolgenden Verfahren auszulösen, wird eine kleine Menge
Emulgator in einen Latex-Lagertank eingebracht. Das Einbringen des
Emulgators verleiht dem Latex chemische Stabilität und übt Einfluss aus, um die Koagulationsgeschwindigkeit
im nachfolgenden Koagulationsver fahren zu verringern. Bevorzugt
wird der Emulgator in einen Lagertank eingebracht bevor die Koagulation
durchgeführt
wird. Und wenn er in einen primären
und sekundären
Koagulationstank eingebracht wird, wo die Koagulation im Gange ist,
treten die Stabilisierung und Koagulierung des Latex gleichzeitig
ein und folglich sind die Effekte schlechter, obwohl die Schüttdichte
des Pulvers und die Pulvereigenschaften verbessert sind, im Vergleich
zu dem Fall, wenn der Emulgator nicht eingebracht wird.
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Primärer
Koagulationstank
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Dieser
Schritt dient dazu, Polymerlatex, das eine Größe von ungefähr 0,05
bis 0,4 μm
besitzt, und Koagulans wie anorganisches Salz oder Säure etc.
hinzuzufügen,
um langsame Koagulation mittels einer kleinen Menge Koagulans über eine
kürzere
Verweildauer auszulösen,
wodurch eine Breiphase eines koagulierten Körpers gebildet wird, mit einer
Viskosität,
bei welcher Rühren
möglich
ist.
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In
dem primären
Koagulationstank ist die Unterscheidung der kritischen Koagulationskonzentration sehr
wichtig, welche ein Punkt ist, bei dem die Form der Teilchen kugelförmig wird
und die Teilchengrößeverteilung
sehr eng wird. Wenn der Gehalt an Koagulans geringer wird als die
kritische Koagulationskonzentration wird die Form der Teilchen amorph,
und wenn der Gehalt an Koagulans die kritische Koagulationskonzentration überschreitet,
wird die Form der Teilchen ungleichmäßig und es werden hauptsächlich feine
Teilchen mit einer Größe von 70 μm oder weniger
hergestellt. Deshalb ist bei der langsamen Koagulation die Unterscheidung
der kritischen Koagulationskonzentration sehr wichtig.
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Die
langsame Koagulation wird in hohem Maße durch die Koagulationstemperatur
und den Gesamtfeststoffgehalt beeinflusst, zusätzlich zur kritischen Koagulationskonzentra tion.
Wenn die Koagulationstemperatur höher ist als die Standardtemperatur
sind die Kugelform und die Gestalt der Teilchen bei der kritischen Koagulationskonzentration
befriedigend, aber der Teilchendurchmesser des Gesamtteilchens wird
proportional zur Koagulationstemperatur groß, und wenn sie geringer ist
als Standardtemperatur wird der Teilchendurchmesser klein und Kugelform
und Gestalt der Teilchen sind schlechter. Folglich ist die Bestimmung
der kritischen Koagulationskonzentration durch Auswahl der geeigneten
Koagulationstemperatur und des Gehalts an Koagulans wichtig.
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Und
die Koagulationsbedingungen ändern
sich stark entsprechend dem Gesamtfeststoffgehalt. Wenn der Feststoffgehalt
steigt wird die kritische Koagulationskonzentration für die gleiche
Koagulationstemperatur geringer, insbesondere kann eine langsame
Koagulation durch kleinere Mengen Koagulans ausgelöst werden, als
bei geringerem Feststoffgehalt. Das ist so, weil die Anzahl der
Kollisionen zwischen den Teilchen bei der Koagulation steigt wenn
der Feststoffgehalt steigt. Da die kritische Koagulationskonzentration
schwer mit dem bloßen
Auge zu unterscheiden ist, ist es bevorzugt ein optisches Mikroskop
mit verschiedenen Vergrößerungen
zu verwenden.
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Da
die Bindungsstärke
der hergestellten Teilchen im primären Koagulationstank schwach
ist, im Vergleich zu dem existierenden Verfahren unter Verwendung
einer überschüssigen Menge
Koagulans, ist es wahrscheinlich, dass die Teilchen durch Rühren zerreißen und
folglich können
Teilchenform und Teilchengröße minderwertig
werden. Um diese Problematik zu verbessern werden eine vergleichsweise
kurze Verweildauer und eine enge Verweildauerverteilung induziert,
um die untere und obere Agitation in einem Koagulationstank zu beschränken, und
es wird eine Strömung
in einer Fluidströmungsrichtung
ohne Geschwindigkeitsun terschied induziert, wodurch reversible Koagulation
anstelle von irreversibler Koagulation ausgelöst wird.
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L/D
(Länge/Durchmesser)
des primären
Koagulationstanks ist 1,5 bis 2,0, was größer ist als das eines gängigen Reaktors,
um die vergleichsweise geringe Verweildauer zu kompensieren.
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In
den primären
Koagulationstank werden Latex, Koagulans und Wasser in den unteren
Teil des Tanks eingespeist und mittels Überlaufverfahren über den
oberen Teil des Tanks in einen sekundären Koagulationstank überführt. Da
wie oben erwähnt
das Rohmaterial in den unteren Teil des Tanks eingebracht wird und über den
oberen Teil des Tanks abgelassen wird, kurzer Durchgang, wird insbesondere
das Phänomen,
dass der Schlamm nicht ausreichend in einem Koagulationstank verweilen
kann und sofort nach dem Einbringen abgelassen wird, stark verringert
im Vergleich zu dem existierenden Einbringen im oberen Teil/Ablassen über den unteren
Teil, wodurch eine engere Verweildauerverteilung erzeugt wird.
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Zusätzlich ist
bei einem Rührer
die Anzahl der Stufen bevorzugt auf 3 eingestellt, unter Berücksichtigung
von LID von 1,5 bis 2, und es ist bevorzugt einen 4-Flügel-Blattrührer zu
verwenden, der einen radialen Strom ohne Ablenkung induziert, um
obere und untere Agitation in einem Koagulationstank zu verhindern.
Und das Verhältnis
(d/D) von Durchmesser (d) des Rührers
zum Durchmesser des Koagulationstanks (D) ist bevorzugt 0,6 bis
0,7, und das ist aufgrund der Viskosität von Schlamm in einem Koagulationstank
hoch im Vergleich zu dem existierenden Tank, und folglich ist bei
einem üblichen
Niveau d/D von 0,3 bis 0,4 gleichmäßiges Rühren schwierig. Und die lineare
Geschwindigkeit des Rührers
ist bevorzugt 1,5 bis 3,0 m/sec.
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Bezug
nehmend auf die Temperaturbedingung eines primären Tanks ist die Temperatur
Glasübergangstemperatur
(Tg) –40°C bis Glasübergangstemperatur –30°C, und da
in dem primären
Koagulationstank die Teilchengröße empfindlich
ist gegenüber
der Temperatur, ist es bevorzugt die Verfahrenstemperatur mittels eines
ummantelten Tanks zu steuern. Zusätzlich ist die Verweildauer
in einem Tank 2 bis 5 Minuten lang in Anbetracht der Teilchenform
und Teilchengröße, und
stärker
bevorzugt 2 bis 3 Minuten lang in Anbetracht der Betriebseffizienz.
Wenn die Verweildauer 5 Minuten überschreitet,
dehnt sich die Verweildauerverteilung aus und folglich wird die
Teilchengrößeverteilung
schlechter.
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Die
Art der verwendeten wässrigen
Lösung
von primärem
Koagulans ändert
sich entsprechend der Arten von Polymerlatex. Und gemäß der Art
des Koagulans unterscheidet sich die Koagulationsstärke und
folglich ändert
sich die davon verwendete Menge stark, und bevorzugt wird es in
einer Menge von 0,5 bis 2,5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile
Polymer verwendet. Und um eine gleichmäßig gemischte Konzentration
innerhalb des Koagulationstanks beizubehalten, sollte es mit Wasser
verdünnt
und verwendet werden, und die verdünnte Konzentration ist bevorzugt
5 bis 10%.
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Wenn
das Polymerlatex A koaguliert wird, ist die geeignete Koagulationstemperatur
ungefähr
36 bis 37°C,
Calciumsalz wird als Koagulans verwendet und die kritische Koagulationskonzentration
ist, auf Basis des Gesamtfeststoffgehalts von 10%, 2,2 bis 2,5 Gewichtsteile
pro Polymer. Und wenn das Polymerlatex B koaguliert wird, ist es
bevorzugt, weil der Kautschukgehalt niedriger ist und die Glasübergangstemperatur
(Tg) höher
ist als bei A, bei hoher Temperatur zu arbeiten, wobei die geeignete
Koagulationstemperatur ungefähr 65
bis 70°C
ist, auf der Ba sis des Gesamtfeststoffgehalts von 15%, Schwefelsäure wird
als Koagulans verwendet und die kritische Koagulationskonzentration
ist 0,6 bis 0,7 Gewichtsteile pro Polymer.
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Sekundärer
Koagulationstank
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Dieser
Schritt dient dazu, eine überschüssige Menge
Koagulans in Schlammteilchen der Breiphase einzubringen, die den
primären
Koagulationstank passiert haben, um vollständig koagulierte Teilchen herzustellen.
Sekundär
koagulierter Schlamm, der im sekundären Koagulationstank in vollständig koagulierte
Teilchen überführt wurde,
wird mittel Überlaufverfahren
in den primären
Alterungstank überführt.
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Zusätzlich fungiert
der sekundäre
Koagulationstank als Pufferbereich zwischen dem primären Koagulationstank
und dem primären
Alterungstank. Insbesondere bei Polymerlatex mit einem Kautschukgehalt
von 70% oder mehr, wenn Latex oder nicht koagulierte Substanz direkt
bei hoher Temperatur belassen wird, wird Konglomerisation von Teilchen
durch Schock aufgrund von Wärme
bewirkt, aber der sekundäre
Koagulationstank, Zwischenschritt zwischen dem primären Koagulationstank
und dem primären
Alterungstank, verhindert die Konglomerisation von Teilchen als
Folge eines schnellen Temperaturanstiegs.
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Die
Temperaturbedingungen des sekundären
Koagulationstanks unterscheiden sich entsprechend der Eigenschaften
des Latex. Allgemein ist die Temperatur des Tanks die Temperatur
des primären
Koagulationstanks +3°C
bis zur Temperatur des primären
Koagulationstanks +10°C,
und da sich die Teilchengröße nicht signifikant
mit der Temperatur ändert
ist es bevorzugt, die Verfahrenstemperatur in Anbetracht der thermischen Effizienz
durch direktes Dampfsprühverfahren
zu steuern. Und die Verweildauer in dem sekundären Koagulationstank ist 10
bis 25 Minuten.
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Die
Menge an in den sekundären
Koagulationstank eingebrachtem Koagulans ist größer als jene, die in den primären Koagulationstank
eingebracht wird, welche allgemein 2 bis 3 Gewichtsteile auf Basis
des Polymergehalts beträgt.
Die eingebrachte Menge basiert auf dem Polymer, von welchem die
Abtrennung der Stammlösung
vollständig
eingetreten ist, und sich die Form der Teilchen, die in dem primären Koagulationstank hergestellt
wurden, nicht veränderte.
Da die Teilchen nicht empfindlich sind gegenüber der der Rührstärke eines
Rührers,
im Verglich zu denen im ersten Koagulationstank, können ein
winklig angeordneter Flügel
oder ein Blattrührer
als Rührer
verwendet werden.
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Bei
Polymerlatex A, das einen höheren
Kautschukgehalt hat und folglich temperaturempfindlich ist, wird
das Verfahren bei 4 bis 5°C über der
Temperatur des primären
Koagulationstank durchgeführt
(40 bis 45°C),
und bei Polymerlatex B, welches einen Kautschukgehalt von ungefähr 50% hat
und nicht temperaturempfindlich ist, wird das Verfahren bei ungefähr 10°C über der
Temperatur des primären
Koagulationstanks (75 bis 80°C)
durchgeführt.
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Primärer
Alterungstank
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Dieser
Schritt dient dazu, die Festigkeit der koagulierten Teilchen zu
stärken,
die den primären
und sekundären
Koagulationstank passiert haben. Das Verfahren wird durchgeführt bei
einer Temperatur des sekundären
Koagulationstanks +5°C
bis zu einer Temperatur des sekundären Koagulationstanks +20°C, 60 bis
90 Minuten lang, um wechselseitiges Eindringen zwischen Polymerketten
zu bewirken, wodurch ein festes Teilchen gebildet wird.
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Weil
die Teilchenform des Schlamms, der aus dem Koagulationstank überführt wurde,
sich nicht ändert sondern
er nur in einem Alterungstank gehärtet wird, haben die Struktur
des Alterungstanks oder die Art eines Rührers keinen signifikanten
Einfluss. Um jedoch einen gleichmäßigen Strom in dem Alterungstank
zu induzieren ist der Typ mit winklig angeordnetem Flügel mit
Ablenkblech zu bevorzugen.
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Im
primären
Alterungstank werden geeignete Bedingungen in Bezug auf Form und
Größe für Teilchen vorgefunden,
die in dem Koagulationstank hergestellt wurden, und diese werden
kontinuierlich im nachfolgenden Schritt beibehalten.
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Bei
Polymerlatex A sind die Temperaturbedingungen des primären Alterungstanks
60 bis 65°C,
und wenn sie größer als
65°C ist,
konglomerieren die Teilchen, und wenn sie geringer als 60°C ist, werden
die Teilchen in einem sekundären
Alterungstank konglomeriert. Und bei Polymerlatex B sind die Temperaturbedingungen
des primären
Alterungstanks bevorzugt 80 bis 85°C.
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Sekundärer
Alterungstank
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Dieser
Schritt dient dazu, die Festigkeit der koagulierten Teilchen zu
stärken, ähnlich wie
beim ersten Alterungstank, und das Verfahren wird bevorzugt bei
einer Temperatur des primären
Alterungstanks +10°C
bis zu einer Temperatur des primären
Alterungstanks +20°C,
60 bis 90 Minuten lang, durchgeführt.
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Bei
Polymerlatex A sind die Temperaturbedingungen des sekundären Alterungstanks
85 bis 90°C,
und wenn sie größer ist
als 90 werden die Teilchen aufgrund hoher Temperatur durch Schock
vergrößert, und
wenn sie geringer ist als 85°C
ist das Altern nicht vollständig
und folglich sinkt die Härte
der Teilchen, was Probleme im Dehydratati onsprozess verursacht.
Zusätzlich
sind bei Polymerlatex B die Temperaturbedingungen des sekundären Alterungstanks
bevorzugt 93 bis 98°C.
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Wie
erklärt,
hat Polymerlatexharzpulver, das durch jeweils 2 Schritte Koagulationstanks
und Alterungsbäder
85 Gewichts-% oder mehr Teilchen, die einen Durchmesser von 70 bis
400 μm besitzen,
hergestellt wurde, anders als das existierende kommerzielle Polymerharz,
das eine weite Teilchengrößeverteilung über den Bereich
von 74 bis 841 μm
besitzt. Und es besitzt jeweils 10 Gewichts-% oder weniger feines
Pulver von weniger als 70 μm
und grobes Pulvers von mehr als 400 μm, und es besitzt überlegene
Schüttdichte
und Eigenschaften in Bezug auf Zusammenbacken.
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Die
vorliegende Erfindung wird detaillierter unter Bezugnahme auf die
folgenden Beispiele erklärt.
Jedoch dienen diese dazu, die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen
und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese begrenzt.
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[Beispiel]
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Beispiel 1
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Gemäß der Produktionslinie
von 1 wurden auf Basis von 100 Gewichtsteilen Polymer
0,3 Gewichtsteile Emulgator Natriumlaurylsulfat zu Polymerlatexemulsion
hinzugefügt,
die einen Feststoffgehalt von 40% besitzt, um Polymerlatex (A) herzustellen.
Eingespeist in den unteren Teil des primären Koagulationstanks wurde
Polymerlatex (A) mit einem Fluss von 132 l/h, gleichzeitig mit 11,7
l/h (2,2 Gewichtsteile auf Basis des Polymerharzes) Koagulans Calciumsalz,
verdünnt
auf 10%, und 263 l/h Wasser, und die Verweildauer in dem primären Koagulationstank
und die Verfahrenstemperatur wurden jeweils auf 2 Minuten 30 Sekunden
und 37°C
geregelt, um Koagulation des Polymerlatex (A) auszulösen, und
dann wurde das koagulierte Polymerlatex in einen sekundären Koagulationstank
mittels Überlaufverfahren überführt. 15,9
l/h Calciumsalz wurden in den sekundären Koagulationstank als sekundäres Koagulans
hinzugegeben, und die Verweildauer wurde auf 10 Minuten geregelt
und die Dampfmenge wurde so gesteuert, dass die Verfahrenstemperatur
42°C sein
konnte. Dann wurde der koagulierte Schlamm in den oberen Teil des
Alterungstanks überführt, und
man beließ ihn in
dem primären
beziehungsweise sekundären
Tank bei 60°C/90°C jeweils
30 Minuten lang, um ausreichend zu altern. Gealtertes Polymerlatexharzpulver
wurde in einen Lagertank überführt. Die
Teilchengrößeverteilung und
die physikalischen Eigenschaften des durch obiges Verfahren erhaltenen
Polymerlatexharzpulvers werden in Tabelle 1 gezeigt.
-
Beispiel 2
-
Auf
Basis von 100 Gewichtsteilen Polymer wurden 0,3 Gewichtsteile Emulgator
Natriumdioctylsulfosuccinat zu Polymerlatexemulsion mit Feststoffgehalt
von 42% hinzugefügt,
um Polymerlatex (B) herzustellen. Eingespeist in den unteren Teil
des primären
Koagulationstanks wurde Polymerlatex (B) mit einer Flussrate von
121 l/h, gleichzeitig mit 7,1 l/h Koagulans Schwefelsäure, verdünnt auf
5%, und 211 l/h Wasser, und die Verweildauer in dem primären Koagulationstank
und die Verfahrenstemperatur wurden jeweils auf 3 Minuten und 60°C geregelt,
um Koagulation auszulösen,
und dann wurde das koagulierte Polymerlatex in einen sekundären Koagulationstank
mittels Überlaufverfahren überführt. 30,0
l/h Koagulans Schwefelsäure
wurden in den sekundären
Koagulationstank hinzugefügt,
und die Verweildauer wurde auf 10 Minuten geregelt, und die Dampfmenge
wurde so gesteuert, dass die Verfahrenstemperatur 70°C betragen
konnte. Koagulierter Schlamm wurde in den oberen Teil eines Alterungstanks überführt, und
man beließ ihn
in dem primären
beziehungsweise sekun dären
Tank bei 80°C/93°C jeweils
30 Minuten lang, um ausreichend zu altern. Das gealterte Polymerlatexharzpulver
wurde in einen Lagertank überführt. Die
Teilchengrößeverteilung
und die physikalischen Eigenschaften des durch obiges Verfahren
erhaltenen Polymerlatexharzpulvers werden in Tabelle 1 gezeigt.
-
Vergleichsbeispiel 1
-
Polymerlatexharzpulver
wurde mittels des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1 erhalten,
außer
dass auf Basis von 100 Gewichtsteilen Polymer 0,5 Gewichtsteile
Emulgator Natriumlaurylsulfat zu der Polymerlatexemulsion hinzugefügt wurden.
Und die Teilchengrößeverteilung
und die physikalischen Eigenschaften des erhaltenen Polymerlatexharzpulvers
werden in Tabelle 1 gezeigt.
-
Vergleichsbeispiel 2
-
Polymerlatexharzpulver
wurde mittels des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1 erhalten,
außer
dass der Emulgator Natriumlaurylsulfat nicht zu der Polymerlatexemulsion
hinzugefügt
wurde. Und die Teilchengrößeverteilung
und die physikalischen Eigenschaften des erhaltenen Polymerlatexharzpulvers
werden in Tabelle 1 gezeigt.
-
Vergleichsbeispiel 3
-
Polymerlatexharzpulver
wurde mittels des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 2 erhalten,
außer
dass auf Basis von 100 Gewichtsteilen Polymer 0,5 Gewichtsteile
Emulgator Dioctylsulfosuccinat zu der Polymerlatexemulsion hinzugegeben
wurden. Und die Teilchengrößeverteilung
und die physikalischen Eigenschaften des erhaltenen Polymerlatexharzpulvers
werden in Tabelle 1 gezeigt.
-
Vergleichsbeispiel 4
-
Polymerlatexharzpulver
wurde mittels des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 2 erhalten,
außer
dass der Emulgator Natriumdioctylsulfosuccinat nicht zu der Polymerlatexemulsion
hinzugegeben wurde. Und die Teilchengrößeverteilung und die physikalischen
Eigenschaften des erhaltenen Polymerlatexharzpulvers werden in Tabelle
1 gezeigt.
-
Die
Teilchengrößeverteilung
und die physikalische Eigenschaften des Polymerlatexharzpulvers,
das in den Beispielen 1, 2 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4
erhalten wurde, werden in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]
| | Beispiel | Vergleichsbelispiel |
| 1 | 2 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Polymerlatex | A | B | A | A | B | B |
| Emulgatorgehalt
(Gewichtsteile) | 0,3 | 0,3 | 0,5 | - | 0,5 | - |
| Teilchengrößeverteilung (Gewichts-%) | 400 μm oder mehr | 1 | 3 | 0 | 2 | 3 | 2 |
| 300–400 μm | 11 | 9 | 7 | 15 | 11 | 15 |
| 70–300 μm | 85 | 88 | 78 | 80 | 71 | 81 |
| weniger
als 70 μm | 3 | 0 | 15 | 3 | 15 | 2 |
| Schüttdichte
(g/cc) | 0,45 | 0,43 | 0,5 | 0,41 | 0,47 | 0,39 |
-
Da,
wie in Tabelle 1 gezeigt, das mittels des Verfahrens der Beispiele
1 und 2 hergestellte Polymerlatexharzpulver 85 Gewichts-% oder mehr
Teilchen mit einem Durchmesser von 70 bis 400 μm besitzt, ist die Teilchengrößeverteilung
sehr gleichmäßig, die
Leistungen bei der Dehydratation und dem Trocknen sind verbessert
und die Überführung von
Pulver und der Verpackungsprozess sind einfach. Und da es weniger
als 5 Gewichts-% Teilchen besitzt, die einen Durchmesser von 70 μm oder weniger
haben, sinkt die Diffusion feiner Pulver am Arbeitsplatz, wo das
Pulver direkt gehandhabt wird, wie bei der Extrusion etc., und die
Einwirkung auf die Umgebung, die in die Handhabung des Pulvers involviert
ist, ist verbessert.
-
Bei
den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 steigt indessen, wenn zu viel Emulgator
in die Latexemulsion eingebracht wird, die Schüttdichte aber die Größe der Teilchen
sinkt allgemein bei der Koagulation aufgrund von Überstabilisierung.
Und wenn kein Emulgator hinzugefügt
wird ist die Teilchengrößeverteilung
allgemein ausreichend, aber die Schüttdichte nimmt ab.
-
Beispiele 3–4
-
Auf
Basis von 100 Gewichtsteilen Polymer wurden 0,3 Gewichtsteile Emulgator
Natriumlaurylsulfat zu der Polymerlatexemulsion mit einem Feststoffgehalt
von 40% hinzugefügt,
eingespeist in den unteren Teil eines primären Koagulationstanks wurde
das Polymerlatex (A) mit einer Flussrate von 127 l/h, gleichzeitig
mit 9,7 l/h (1,9 Gewichtsteile auf Basis des Polymerharzes) Calciumsalz,
verdünnt
auf 10%, und 203 l/h Wasser, und die Verweildauer in dem primären Koagulationstank
und die Verfahrenstemperatur wurden jeweils auf 3 Minuten und 37°C geregelt,
um Koagulation auszulösen,
und dann wurde das koagulierte Polymerlatex in den sekundären Koagulationstank
mittels Überlaufverfahren überführt. 15,3
l/h des sekundären
Koagulans Calciumsalz wurden in den zweiten Koagulationstank hinzugefügt, und
die Verweildauer wurde auf 12 Minuten geregelt und die Dampfmenge
wurde so gesteuert, dass die Verfahrenstemperatur 42°C sein konnte.
Dann wurde der koagulierte Schlamm in den oberen Teil eines Alterungstanks überführt und
wurde in dem primären
beziehungsweise sekundären
Tank bei 60°C/90°C jeweils
35 Minuten lang belassen, um ihn ausreichend zu altern. Das gealterte
Polymerlatexharzpulver wurde in einen Lagertank überführt. Die Teilchengrößeverteilung und
die physikalischen Eigenschaften des durch das obige Verfah ren erhaltenen
Polymerlatexharzpulvers werden in Tabelle 2 gezeigt.
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Beispiel 4
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Auf
Basis von 100 Gewichtsteilen Polymer wurden 0,3 Gewichtsteile Emulgator
Natriumlaurylsulfat zu der Polymerlatexemulsion mit einem Feststoffgehalt
von 40% hinzugefügt,
eingespeist in den unteren Teil eines primären Koagulationstanks wurde
Polymerlatex (A) mit einer Flussrate von 184 l/h, gleichzeitig mit
11,8 l/h (1,6 Gewichtsteile auf Basis des Polymerharzes) Koagulans
Calciumsalz, verdünnt
auf 10%, und 213 l/h Wasser, und die Verweildauer in dem primären Koagulationstank
und die Verfahrenstemperatur wurden jeweils auf 2 Minuten 30 Sekunden
und 37°C
geregelt, um Koagulation auszulösen,
und dann wurde das koagulierte Polymerlatex in einen sekundären Koagulationstank
mittels Überlaufverfahren überführt. 22,0
l/h Calciumsalz als sekundäres
Koagulationsmittel wurden in den sekundären Koagulationstank hinzugefügt, die
Verweildauer wurde auf 10 Minuten geregelt und die Dampfmenge wurde
so geregelt, dass die Temperatur 42°C sein konnte. Der koagulierte
Schlamm wurde in den oberen Teil eines Alterungstanks überführt und
man beließ ihn
im primären
beziehungsweise sekundären
Alterungstank bei 60°C/90°C jeweils
30 Minuten lang, um ihn ausreichend zu altern. Das gealterte Polymerlatexharzpulver
wurde in einen Lagertank überführt. Die
Teilchengrößeverteilung
und die physikalischen Eigenschaften des durch das obige Verfahren
erhaltenen Polymerlatexharzpulvers werden in Tabelle 2 gezeigt.
-
Vergleichsbeispiel 5
-
Polymerlatexpulver
wurde mittels des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 3 erhalten,
außer
dass der Gehalt an primärem
Koagulans auf 11,2 l/h (2,2 Gewichtsteile auf Basis des Polymerharzes)
eingestellt wurde. Die Teilchengröße verteilung und die physikalischen
Eigenschaften des durch das obige Verfahren erhaltenen Polymerlatexharzpulvers
werden in Tabelle 2 gezeigt.
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Vergleichsbeispiel 6
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Polymerlatexharzpulver
wurde mittels des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 4 erhalten,
außer
dass der Gehalt an primärem
Koagulans auf 16,2 l/h (2,2 Gewichtsteile auf Basis des Polymerharzes)
eingestellt wurde. Die Teilchengrößeverteilung und die physikalischen
Eigenschaften des durch das obige Verfahren erhaltenen Polymerlatexharzpulvers
werden in Tabelle 2 gezeigt. [Tabelle 2]
| | Beispiel | Vergleichsbeispiel |
| 1 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Polymerlatex | A | A | A | A | A |
| Gesamtfeststoffgehalt | 13% | 15% | 18% | 15% | 18% |
| Koagulansgehalt
(Gewichtsteile) | 2,2 | 1,9 | 1,6 | 2,2 | 2,2 |
| Flussrate
primäres
Koagulans (l/h) | 11,7 | 9,7 | 11,8 | 11,2 | 16,2 |
| Verweildauer
im primaren Koagulationstank (min.) | 2,5 | 3,0 | 2,5 | 3,0 | 2,5 |
| Teilchengrößeverteilung
(Gewichts-%) | 400 μm oder mehr | 1 | 3 | 5 | 8 | Durchführung nicht möglich |
| | 300–400 μm | 11 | 13 | 14 | 27 | - |
| | 70–300 μm | 85 | 80 | 74 | 52 | - |
| | weniger als
70 μm | 3 | 4 | 7 | 13 | - |
| Schüttdichte
(g/cc) | 0,45 | 0,47 | 0,51 | 0,41 | - |
| Handhabungseigenschaften | gut | gut | gut | normal | schlecht |
-
Wie
in Tabelle 2 gezeigt, sinkt in den Beispielen 1, 3 und 4, wenn der
Gesamtfeststoffgehalt steigt, der Gehalt an Koagulans, welcher die
kritische Koagulationskonzentration bestimmt, und, obwohl kein signifikanter Unterschied
bei den Handhabungseigenschaften besteht, verbreitert sich die Teilchengrößeverteilung
wenn der Feststoffgehalt steigt. Bei den Vergleichsbeispielen 5
und 6 hingegen war, wenn der Gesamtfeststoffgehalt mit dem Koa gulansgehalt
von 2,2 Gewichtsteilen genauso wie in Beispiel 1 anstieg, die Teilchengrößeverteilung
sehr ungleichmäßig und
die Durchführung
war bei einem Feststoffgehalt von 18% aufgrund des schnellen Anstiegs
der Viskosität
im Koagulationstank unmöglich.
-
Zusätzlich besitzt
das gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellte Polymerlatexharzpulver 85 Gewichts-% oder
mehr Teilchen, die einen Durchmesser von 70–400 μm besitzen, und jeweils 10 Gewichts-% oder
weniger feines Pulver mit einem Durchmesser von 70 μm oder weniger,
und grobes Pulver mit einem Durchmesser von 400 μm oder mehr, und es hat eine überlegene
Schüttdichte
und Eigenschaften in Bezug auf Zusammenbacken.