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Verfahren zum Konzentrieren von wäßrigen Dispersionen hochmolekularer
organischer Stoffe Wäßrige Dispersionen hochmolekularer organischer Stoffe, wie
z. B. Kautschukmilch, können auf die verschiedenste Weise konzentriert werden. Die
bekanntesten Arbeitsverfahren bestehen darin, daß man die Dispersionen zentrifugiert,
der Elektroosmose unterwirft, aufrahmt oder eindampft. Die beiden erstgenannten
Methoden erfordern verhältnismäßig empfindliche Apparaturen. Bei den letztgenannten
-'erfahren liegt besonders die Gefahr vollständiger oder teilweiser Koagulation
vor, so daß der Dispersion besondere Schutzstoffe zugesetzt werden müssen, die sehr
oft die physikalischen Werte der aus dem Konzentrat erhältlichen Artikel beeinträchtigen.
Es besteht daher nach wie vor das Bedürfnis nach einem einfach durchzuführendenKonzentrierungsverfahren
für derartige Dispersionen, welches keine nachteilige Wirkung auf die physikalischen
Eigenschaften der hochmolekularen Stoffe ausübt.
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Es wurde nun gefunden, daß derartigeDispersionen unter Ausschaltung
der genannten Nachteile überraschend schnell und einfach dadurch konzentriert werden
können, wenn man mit mechanischen Mitteln dieselben bei ihrem Stockpunkt oder bei
Temperaturen unterhalb des Stockpunktes einer kräftigen Durchwirbelung so lange
aussetzt, bis praktisch die
gesamte dieser Behandlung unter-worfene
Dispersionals Schäürn' vorliegt: -Diese Behändlung wird =vor= zugsweise in einem
Gefäß mit schnell umlaufenden Rührern; Schaufeln, Schlaggrmen- öder ähnlichen Vorrichtungen
durchgeführt. Es -hat sich hierbei als. zweckmäßig erwiesen, die Rühr- oder Schlagarme,
Schaufeln--u: -dgl. möglichst groß. auszubilden, -sodaß sich ihre Wirbel-, Schlag-
und Stoßwirkung vorwiegend in der Nähe der Gefäßwandungen bemerkbar macht. Im allgemeinen
ist für die Rührarme eine Umfangsgeschwindigkeit von i5o cm/sec als untere Grenze
anzugeben. Zweckmäßig wird, man jedoch die Umfangsgeschwindigkeit auf 2:2o bis 400
cm/sec und darüber erhöhen, um die erforderliche Behandlungsdauer abzuküi-z'en.
Selbstverständlich kann man ähnliche Effekte erzielen, wenn man die Rührarme, Schaufelnu..dgl.
feststellt und dafür das die Dispersion enthaltende Gefäß mit der entsprechendenUmfanggsgeschiv
indigkeit rotieren l,äßt. Im Laufe derartiger Behandlungen tritt eine starke Schaumbildung
auf, bis schließlich die gesamte Dispersion -als Schaum vorliegt. Sobald' dieser
Zustand erreicht ist, kann durch weitere -Durchwirbelung kein zusätzlicher Effekt
erzielt werden. Hebt man nach Erreichung dieses Zustandes -die Einwirkung der Durchwirbelungsv
orrichtungen.auf, so trennt sich der Schaum je nach dem spezifischen Gewicht des
dispergierten Stoffes und des Dispergiermittels in ein vom dispergierten Stoff .
praktisch freies Serum und eine an den dispergierten Stoff stark angereicherte sahnige
Schicht.
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Wie- eingangs bereits gesagt wurde, ist es ausschlaggebend für das
beschriebene Verfahren, daß die Durchwirbelung bei dem Stockpunkt oder unterhalb
des Stockpunktes. der Dispersion durchgeführt wird. SofernderStockpunkt derwäßrigeiiDispersion
oberhalb des Gefrierpunktes der wäßrigen Phase liegt, genügt eine Abkühlung bis
zum Stockpunkt oder darunter. Iri allen Fällen kann man den 'Stockpunkt in an sich
bekannter Weise durch die verschiedensten Mittel beeinflussen, und zwar sowohl herabsetzen
als auch heraufsetzen. Beispielsweise kann man im Falle von Naturkautschukmilch,-deren
Stockpunkt in der Regel bei o° C und darunter liegt, letzteren durch Zugabe von
Natronlauge .oder Natriumoleat heraufsetzen oder durch Zugabe von Borsäure oder
von wasserunlöslichen Einwirkungsprodukten aus Äthylenoxyd auf höhere Fettalkohole
herabsetzen. Andere bekannte Mittel zur Heraufsetzung des Stockpunktes sind Leime,
Gelatine, Dextrine, Stärke usw. Ähnlich wie Naturkautschukmilch verhalten sich Dispersionen
aus synthetischen hochmolekularen Produkten, beispielsweise aus kautschukartigen
Butadienpolymerisaten. Diese werden beispielsweise durch Emulsionspolymerisation
in Gegenwart von Seifen oder Alkalisalzen alkylierter Naphthalinsulfosäuren hergestellt.
In diesem Fall kann man den Stockpunkt z. B. durch Zugabe von Seifen heraufsetzen.
Man hat es also in der Hand, praktisch bei jeder gewünschten Temperatur zu arbeiten.
Gleichzeitig kann man durch die Dosierung derartiger Zusatzstoffe die Viskosität
der Konzentrate beeinflussen. Es gilt hierbei die Regel, daß alle den Stockpunkt
heraufsetzenden -Mittel die Viskosität des Könzenträtes -erhöhen.
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Die neue Arbeitsweise ist auf die verschiedenartigsten wäßrigen- Dispersionen
hochmolekularer Stoffe anwendbar. -Als solche seien beispielsweise Naturkantschukmilch
und ferner Dispersionen der verschiedenartigsten Polymerisationsprodukte genannt,
und vorzugsweise solche, wie sie direkt nach dem Verfahren der Emulsionspolymerisation
entstehen. Beispiele hierfür sind kautschukartige Polymerisate aus Butadienen oder
aus Mischungen von ßutadienen mit anderen polymerisierbaren Stoffen, wie Styrol
oder Acrylsäurenitril, ferner Emulsionspolymerisate von aromatischen Vinylverbindungen,
Vinylestern;Acrylsäureestern,ungesättigtenKetonen, Vinylpyridin, Vinylchlorid u.
dgl. Beispiel i Eine synthetische Kautschukdispersion, die durch ein,- Emulsionspolyrnerisation
von Butadien und Styrol in Wasser mit Hilfe der Natriumsalze der Isobutylnaphthalin-sulfosäuren
und Leinölsäure als Emulgiermittel hergestellt wurde, hatte einen Kautschukgehalt
von 22 Gewichtsprozent. Der Stockpunkt lag bei io° C. 2ooo ccm dieser Dispersion
wurden bei 5`C in einem Gefäß mit einem mehrarmigen Rührer, dessen Rührarme
an den Enden abgeplattet waren und dessen Umfangsgeschwindigkeit 250 cm pro
Sekunde betrug, 8o Minuten durchgewirbelt.-Nach Stillsctzen des Rührers rahmte der
Gefäßinhalt so schnell auf, daß nach 3 Stunden 98o ccm klar durchsichtiges Serum
vom Boden des Gefäßes abgelassen werden konnten. Der Kautschukgehalt war in der
oberen Schicht auf 42,8 Gewichtsprozent angestiegen. Beispiel e 4ooö ccm einer synthetischen
Kautschukdispersion, wie sie im Beispiel i verwandt wurde, wurden mit 25 g Soda,
die in wenig Wasser gelöst waren, versetzt. Der Stockpunkt stieg hierdurch auf 2ö°'
C. Nach einer Durchwirbelung bei 18 bis 2o' C mit einem mehrarmigen Rührer, dessen
Umfangsgeschwindigkeit 22o cm pro Sekunde betrug, wurde die Dispersion sich selbst
überlassen. Nach 6 Stunden konnten vom Boden des Gefäßes 225o ccm klar durchsichtiges
Serum abgelassen werden. In dem Gefäß verblieb eine Kautschukdispersion mit einem
Kautschukgehalt von 50,2 Gewichtsprozent als sahnige Flüssigkeit, deren Stockpunkt
2i°'C war. Beispiel '3
Eine synthetische Kautschukdispersion, die durch Emulsionspolymerisation
von Bütadien und Acrylnitril in Wasser unter Zusatz von isobutylnaphtrhalin-sulfosaurem
Natrium als Emulgiermittel hergestellt wurde, hatte einen Kautschukgehalt von 3o
Gewichtsprozent und einen Stockpunkt niedriger als o°' C. iooo ccm dieser Kautschukdispersion
wurden mit 2o g 221/aiger Natriumoleatlösung und 2o g Soda, die in wenig Wasser
gelöst waren, versetzt, so daß der Stockpunkt auf 2o° C stieg. Nach einer- Durchwirbelungsdauer
von go Minuten bei
15 bis 2o0' C, bei der der verwandte Rührer
eine Umfangsgeschwindigkeit von 275 cm/sec hatte, wurde der schaumige Gefäßinhalt
sich selbst überlassen. Nach wenigen Stunden wurden 50o cm3 wasserklares Serum abgelassen.
In der zurückbleibenden Dispersion hatte sich der Kautschuk auf 5o Gewichtsprozent
angereichert.
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Beispiel 4 Eine Polystyroldispersion, die durch Emulsionspolymerisation
von Styrol in Wasser unter Zusatz von i 0/a Natriumoleat als Dispergiermittel hergestellt
wurde, hatte einen Polystyrolanteil von 24 Gewichtsprozent und einen Stockpunkt
unterhalb o" C. NacheinemZusatzvon 10% 22%i@gemNatriumoleat und i °/o Soda, die
in wenig Wasser gelöst waren, stieg der Stockpunkt auf 18°' C. iooo ccm dieser Dispersion
wurden bei 18° C 6o Minuten mit einem mehrarmigen Rührer, der eine Umfangsgeschwindigkeit
von 25o cm/sec hatte, durchgewirbelt. Nach 4 Stunden konnten vom Boden des Gefäßes
.I80 ccm wasserklares Serum abgelassen «-erden. In der Dispersion hatte sich der
Polystyrolanteil auf .I0,8 Gewichtsprozent angereichert.
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B,eispiel5 50o ccm natürliche Kautschukmilch, die einen Kautschukgehalt
von 22 Gewichtsprozent hatte und deren Stockpunkt unterhalb o°` C lag, wurde mit
io g 22%igem Natriumoleat und 20 @g Soda, die- in wenig Wasser gelöst waren, versetzt,
so daß der Stockpunkt auf 5" C stieg. Diese Dispersion wurde 150 Minuten lang mit
einer Umfangsgeschwindigkeit der Rührarme vors 275 cm/sec bei 5°` C durchgewirbelt.
Nach 6 Stunden konnten 300 ccm Serum, dessen Kautschukgehalt unterhalb 0,5"/o
lag, vom Boden des Gefäßes abgelassen werden. Der Kautschukgehalt hatte sich in
der oberen Schicht auf 4o,2o/o angereichert.
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Beispiel 6 Eine synthetische Kautschukdispersion mit einem Kautschukgehalt
von :28 Gewichtsprozent und mit einem Stockpunkt von 16 bis 17° C, die durch Emulsionspolymerisation
von Butadien und Styrol in Wasser unter Zusatz der Natriumsalze der Isobutylnaphthalin-sulfonsäure
und Leinölsäure als Emulgiermittel hergestellt wurde, wurde kontinuierlich in ein
61 großes Rührgefäß eingegeben. Die Temperatur in dem Rührgefäß wurde zwischen i.1
und 16° C gehalten. Der mehrarmige Rührer hatte in dem Gefäß eine Umfangsgeschwindigkeit
von 275 cm/sec. Der durch die Durchwirbelung entstehende Schaum wurde aus
dem Rührgefäß durch ein weites Rohr in einen großen Behälter geführt. Pro Stunde
wurden auf diese Weise iooo bis 150o ccm der genannten Kautschukdispersion durchgesetzt.
Aus dem Behälter wurde das sich abscheidende Serum kontinuierlich entfernt. Es wurde
auf diesem Wege kontinuierlich ein Konzentrat mit :I2,4 Gewichtsprozent Kautschuk
erhalten.