DE862513C

DE862513C - Verfahren zur Herstellung von waessrigen Polyaethylendispersionen

Info

Publication number: DE862513C
Application number: DEI2243A
Authority: DE
Inventors: Edward Hunter
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1949-09-28
Filing date: 1950-09-29
Publication date: 1953-01-12
Also published as: US2653919A; FR1024822A; GB671968A; BE498124A

Description

Es wurden schon verschiedene Verfahren zur Herstellung von Dispersionen von Polyäthylen beschrieben. Diese schließen ein die wäßrige Polymerisation, um Polymere direkt als eine Emulsion zu ergeben, die Auflösung des Materials in einem Lösungsmittel und Emulgierung der Lösung mit Wasser und Entfernung des Lösungsmittels und das Mahlen des festen Materials mit Dispergiermitteln oder Schutzkolloiden und Zugabe von Wasser. Diese Verfahren ergeben selten stabile Dispersionen von guter Qualität, und sie sind häufig kostspielig.

Es wurde gefunden, daß, obwohl Polyäthylen beim Schmelzen nicht eine frei fließende Flüssigkeit ergibt und es eine hohe Viskosität besitzt, trotzdem geschmolzenes Polyäthylen mit Wasser in einer Kolloidmühle oder einer ähnlichen Vorrichtung emulgiert werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Polyäthylendispersionen durch ein Verfahren hergestellt, dass· darin besteht, daß geschmolzenes Polyäthylen mit Wasser bei einer Temperatur über 115° und bei einem ausreichenden Druck, um das Wasser im flüssigen Zustand zu halten, durch eine Ernulgiereinrichtung geleitet wird, worauf der Druck abgelassen wird.

Geeignete Emulgiereinrichtungen sind alle Maschinen, bei denen mit hoher Geschwindigkeit eine Scherwirkung auf das Material ausgeübt wird und hei denen die Stoffe vor der Emulgierung einem beträchtlichen Druck ausgesetzt werden, insbesondere eine entsprechend ausgebildete Kolloidmühle öder eine Homogenisiervorrichtung mit einem Druckgehäuse. Die Geschwindigkeit der Scherwirkung ist einer der Faktoren, welcher die Teilchengröße des

dispergierten Polyäthylens" bestimmt;-jedoch wird eine geeignete Geschwindigkeit bei jeder dieser Typen von Emulgiereinrichtungen geliefert. Kolloidmühlen weisen zwei Oberflächen auf, die sich mit Bezug aufeinander innerhalb'¹ eines Abstande's .von etwa einem hundertste! Zentimeter mit hoher Geschwindigkeit bewegen, und der Verteilungsgrad wird durch die Geschwindigkeit und den Abstand der Platten bestimmt. Diese können so eingerichtet ίο sein, daß die Mischung unter Druck steht. Geeignete Arbeitsbedingungen für ieine Mühle von io cm Durchmesser sind beispielsweise solche, bei denen der Abstand-zwischen einem fühf-rnnd zehntausendstel Zentimeter beträgt und der Rotor sich mit einer Geschwindigkeit zwischen 5000 und 15 000 Umläufen pro Minute dreht. ·

Wenn in einer Homogenisiervorrichtung gearbeitet wird, wird heißes Wasser unter'Druck-mit geschmolzenem Polyäthylen durch eine enge Öffnung zwischen einem Ventil und seinem Sitz gepumpt. Der Verteilungsgrad wird hierbei durch die Fließgieschwindi'gkeit und die Größe des Zwischenraumes bestimmt/ Beide: Maschinen werden derart abgeändert, daß die Waisserzügabe 'und Polyäthylenzugabe im heißen Zustand erfolgt, und zwar unter einem Druck von über 2 at. ' .;

Die Arbeitstemperatür muß oberhalb 115⁰ liegen, Was dem Schmelzpunkt des Polyäthylens entspricht, und da' Polyäthylen im geschmolzenen Zustand -keine frei fließende Flüssigkeit ergibt, wird es vorgezogen, eine Temperatur von mindestens 130⁰ anzuwenden. Die Spitzentemperatur wird sowohl durch 'die kritiische Temperatur begrenzt, bei der Wasser nicht mehr eine Flüssigkeit ist, und durch die Zersetzung von Polyäthylen, und sie überschreitet vorzugsweise nicht eine Temperatur von 250⁰. Wenn Emulgiermittel zugegen sind, wird sie durch die Temperatur'begrenzt, bei "der diese inaktiv werden, die im allgemeinen bei ungefähr i6o° liegt. Der erforderliche minimale Druck liegt oberhalb des Dampfdruckeis 'des Wassers bei der Arbeitstemperatur, und er beträgt daher mindestens 2 at abs. und im allgemeinen mindestens 3 bis 6 at. Zweckmäßig wird jedoch vorgezogen, erheblich. höhere Drücke anzuwenden, und zwar solche zwischen 20 und 50 at.

" Die angewandte Wassermeiige beträgt vorzugsweise zwischen 2 und 5 Gewichtsteilen je Gewichts-' teil Polyäthylen. Es ist für den Handel nicht interessant, Dispersionen herzustellen, welche nur 15 °/o Polyäthylen enthalten, und bei der Herstellung von Dispersionen, welche 35% Polyäthylen enthalten, ergeben sich technische Schwierigkeiten. Es wird auch vorgezogen, bei der Herstellung der Dispersionen ein Emulgiermittel hinzuzufügen, um die Entstehung der Dispersion zu unterstützen und die Stabilität derselben zu erhöhen. SiOfEe, welche sich bei der angewandten Emulgierungstemperatur nicht zersetzen, sind- -wirksam, und von diesen werden die Fettsäureverbindungen bevorzugt, welche allgemein als Seifen bekannt sind, 'beispielsweise die Kalium- und ISTatriumsalze von Stearin-, Palmitin- und anderen langkettigen Carbonsäuren als auch die Verbindungen von diesen Säuren mit anderen Basen, wie Triäthanolamin. Diese werden am vorteilhaftesten dadurch einverleibt, daß die Carbonsäure dem Polyäthylen hinzugefügt und die basische Verbindung-in dem Wasser aufgelöst wird,' so daß das Mittel während¹ der Emulgierung in-situ 'gebildet wird. Die erforderliche Menge an Emulgiermittel Hegt gewöhnlich zwischen 1 und 20 Gewichtsteilen auf 100 Teile Polyäthylen, wobei das optimale Ergebnis bei Anwendung von zwischen 5 und 15 Teilen erhalten wird.

Das Wasser und Polyäthylen können getrennt erhitzt und unter Druck eingepumpt werden oder auch vor dem Einpumpen gemischt oder durch andere geeignete Mittel vorbehandelt werden. Für die industrielle Arbeitsweise ist es wünschenswert, kontinuierlich zu arbeiten, und um eine genaue Kontrolle zu erreichen, wird es vorgezogen, das geschmolzene Polyäthylen durch eine erhitzte Schraubenauspreßpumpe und eine Zahnradpumpe einzuführen und das Wasser durch eine Meßpumpe, wodurch dessen Druck ausreichend erhöht wird. Es wird auch vorgezogen, die Zuführung dieser Stoffe durch erhitzte Rohre erfolgen zu lassen, um zu erreichen, daß die Temperatur derselben eine ausreichende Höhe besitzt, bevor sieindie-Emulgiereinrichtung gelangen.

Es ist sehr erwünscht, die Dispersion innerhalb s° von etwa 10 Sekunden, nachdem sie die Emulgiereinrichtung verlassen, abzukühlen, um eine Koagulierung der Teilchen zu vermeiden. Dies erfolgt dadurch, daß der Verbindungsabstand zwischen dem Abblasventil, wo d'er-Druck abgelassen wird, und 95 dem Auslaß der Effiulgiereinrichtung so klein wie möglich gehalten wird. Das Ablassen des Druckes kann in die Luft erfolgen, so daß der Dampf austreten kann und dadurch die Emulsion schon auf ioo^Q abgekühlt wird; es wird jedoch vorgezogen, unter dieser Temperatur noch weiter zu kühlen, indem die Dispersion direkt in schon gekühlte Dispersion von 30 bis 6o° abgeblasen wird.

Die Polyäthylenteilchen in den gemäß diesem Verfahren hergestellten Dispersionen können leicht bis auf eine Teilchengröße von 5 bis 20 μ gebracht werden.

Die Erfindung ist in dem folgenden Beispiel erläutert.

Bei spiel

Eine Kolloidmühle mit einem Zwischenraum von 0,01 cm und einem Rotor von 10 cm Durchmesser, der sich in einem Stahlgehäuse befindet, das· widerstandsfähig genug ist, um einem Druck von bis zu 100 at standzuhalten, wurde mit einem Druckablaßventil zum Ablassen der Dispersion ausgerüstet, einer drucksicheren Packung für die Antriebswelle und einem Dampfmantel. Sie war weiterhin mit zwei Einlaßrohren versehen, von denen das eine mit einem Wassererhitzer verbunden war_s der durch eine Pumpe von einem Vorratsbehälter gespeist wurde, während das andere mit einem Polyäthylenerhitzer versehen war, der durch eine Sehraubenauspreßpumpe beschickt wurde. In dem Vorratsbehälter wurden 300 kg Wasser mit 6,6 kg Triäthanol ge-

mischt, ioo kg Polyäthylen wurden mit io kg Stearinsäure auf dampferhitzten Gummiwalzen gemischt und dem Trichter der Schraubenauspreßpumpe zugeführt. Die wäßrige Phase wurde der Mühle mit einer Geschwindigkeit von 20 kg pro Stunde zugeführt; das Druckauslaßventil wurde ■so eingestellt, daß in der Mühle ein Druck von 40 at eingestellt werden konnte. Dann wurde dem Dampfmantel der Mühle Dampf zugeführt und die elekirischen Erhitzer für das Wasser und das Polyäthylen eingeschaltet. Wenn das Wasser, das Polyäthylen und die Mühle eine Temperatur von 150⁰ angenommen hatten, wurde die Mühle eingeschaltet und mit 7500 Umläufen pro Minute laufengelassen und die Schraubenauspreßpumpe eingeschaltet, wodurch die Polyäthylenniischung mit einer Geschwindigkeit von 10 kg pro Stunde zugeführt wurde. Der Auslaß des Druckablaßventils war am Boden eines oben offenen i-Liter-Gefäßes mit einem

ao Überlauf versehen, der in ein Aufnahmegefäß mündete. 2 1 der wäßrigen Phase wurden bei einer Temperatur von 35⁰ durch dieses Gefäß und durch eine Kühleinrichtung umlaufen gelassen. Die aus dem Ablaßventil austretende Dispersion mischte sich mit der wäßrigen Phase in dem Kühlsystem und ersetzte diese allmählich, so daß nach Verlauf von 15 Minuten aus dem Überlauf eine Dispersion aufgefangen wurde, welche 30% Polyäthylen enthielt. Die durchschnittliche Teilchengröße des dispergierten Polyäthylens betrug 1O_-M.

-^Dispersionen, welche nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wunden, sind besonders brauchbar, um Beläge auf Papier herzustellen^um dieses wasserdicht zu machen und zum Imprägnieren von Geweben, um dieses zu versteifen. Bekanntlich behält Polyäthylen seine Zähigkeit bei, und dies ist ein sehr wesentlicher Faktor, um diesen Stoff zur Herstellung von Belägen und Imprägnierungen zu verwenden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Polyäthylendispersionen, dadurch gekennzeichnet, daß-geschmolzenes Polyäthylen mit Wasser bei einer Temperatur von über 115⁰ und unter einem ausreichenden Druck, um eine Verdampfung des Wassers zu vermeiden, durch eine Emulgiervorrichtung geleitet und dann der Druck abgeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kolloidmühle als Emulgiereinrichtung verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur zwischen 130 und 250⁰ und bei einem Druck zwischen 20 und 50 at gearbeitet wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen ι und s Gewichtsteilen Wasser je Teil Polyäthylen gearbeitet wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Gegenwart eines Emulgiermittels, vorzugsweise einer Seife, gearbeitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seife in situ erzeugt wird, indem eine Fettsäure in dem Polyäthylen und eine Base in der wäßrigen Phase gelöst werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Emulgierungsmittel in einer Menge zwischen 1 und 10 Gewichtsteilen auf 100 Teile Polyäthylen zur Anwendung gelangt.
8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur zwischen 130 und i6o° gearbeitet wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion rasch abgekühlt wird, unmittelbar nachdem der Druck abgelassen worden ist, z. B. durch Mischen derselben mit kalter Emulsion.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb 10 Sekunden, nachdem die Dispersion die Emulgiereinrichtung verläßt, abgelassen wird.

a-5615 12.52