EP3538565A1 - Kontinuierliches und modulares verfahren zur herstellung von in wasser redispergierbaren polymerpulverzusammensetzungen - Google Patents

Kontinuierliches und modulares verfahren zur herstellung von in wasser redispergierbaren polymerpulverzusammensetzungen

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Publication number
EP3538565A1
EP3538565A1 EP16823276.7A EP16823276A EP3538565A1 EP 3538565 A1 EP3538565 A1 EP 3538565A1 EP 16823276 A EP16823276 A EP 16823276A EP 3538565 A1 EP3538565 A1 EP 3538565A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polymerization
drying
water
modules
redispersible
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16823276.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Eckl
Michael KALCHAUER
Jessica SEIDEL
Hans-Peter Weitzel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wacker Chemie AG
Original Assignee
Wacker Chemie AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Chemie AG filed Critical Wacker Chemie AG
Publication of EP3538565A1 publication Critical patent/EP3538565A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C08F2/00—Processes of polymerisation
    • C08F2/12—Polymerisation in non-solvents
    • C08F2/16—Aqueous medium
    • C08F2/22—Emulsion polymerisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00—Making granules
    • B29B9/10—Making granules by moulding the material, i.e. treating it in the molten state
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C08F2/00—Processes of polymerisation
    • C08F2/01—Processes of polymerisation characterised by special features of the polymerisation apparatus used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/12—Powdering or granulating
    • C08J3/122—Pulverisation by spraying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00—Making granules
    • B29B9/16—Auxiliary treatment of granules
    • B29B2009/163—Coating, i.e. applying a layer of liquid or solid material on the granule

Definitions

  • the invention relates to a continuous and modular process for the preparation of water-redispersible polymer powder compositions and to a modular apparatus for carrying out this process.
  • Water-redispersible polymer powder compositions are generally prepared by drying the corresponding aqueous dispersions of a base polymer.
  • the preparation of the aqueous dispersion of the base polymer is preferably carried out by means of free-radical initi ⁇ FOURTH emulsion polymerization of one or more ethyle- cally unsaturated monomers.
  • Dispersion of the base polymer vorzugswei ⁇ se is then, in the presence of a drying aid (generally a protective colloid), for example by spray drying, getrock ⁇ net.
  • a drying aid generally a protective colloid
  • antiblocking agents or other additives may be added during or after the drying.
  • ⁇ on the basis of the protective colloid fraction ⁇ process on the one hand prevented during drying that the polymer ver ⁇ adhere irreversibly, as the polymer particles are surrounded by the protective colloid particles.
  • this protective colloid matrix which dissolves again when the polymer powder composition is dispersed in water, causes the polymer particles to again be present with the particle size of the starting dispersion in the aqueous (re) dispersion (TIZ ausberichte, 1985, Vol. 109 (9) , 698).
  • Such dispersion powders are used in many applications, inter alia, in coating compositions and in adhesives for a wide variety of substrates.
  • the advantage of the water-redispersible polymer powder lies in the ability to use them in prefabricated, storable dry mixes, optionally together with mineral binders such as cement, and to make it only immediacy ⁇ cash ready prior to use by adding water.
  • Such dry blends can be more easily transported with respect to pasty sen systems (without the water component) and offer advantages in storage, such as insensitivity to frost, resistance to micro ⁇ benbefall.
  • EP 0056622 Bl redispersible poly ⁇ merpulverzusammen stuen are described in water which are prepared by spray drying an aqueous polymer dispersion with addition of hydrophobic silica.
  • EP 1 174 445 A1 describes a process for the preparation of protective colloid-stabilized polymers by means of continuous polymerization. The polymer dispersions obtained therewith can be dried to give dispersion powders.
  • EP 2 341 084 A1 describes the preparation of water-redispersible polymer powder compositions in which a polymer dispersion is dried in the presence of chelating agents. From EP 2 739
  • No. 673 B1 discloses a process for the preparation of dispersion powders in which an aqueous polymer dispersion is dried in a rotary atomizing dryer.
  • WO 2005/080478 describes a process for the preparation of polymer powders which are readily redispersible in water by means of spray drying in the presence of a special spray drying aid.
  • WO 2013/017463 A1 describes a process for the preparation of dispersion powders by means of spray drying of aqueous polymer dispersions with addition of antiblocking agent.
  • an aqueous polymer dispersion was prepared batchwise or continuously in a first step.
  • the polymer dispersion was stored in egg nem tank and batch spray drying delivered ⁇ leads.
  • additives such as drying aids were added to the polymer dispersion.
  • this preparation was fed as a feed to the dryer and the water removed by spray drying.
  • the object was to make available a method and to provide a device for carrying out this method with which, with the lowest possible specific investment costs (investment costs based on the product quantity), dispersible polymer powders are available in variable quantities and without quality fluctuations.
  • the invention relates to a process for preparing water-redispersible polymer powder compositions based on polymers of one or more ethylenically unsaturated monomers, wherein in a first step an aqueous polymer dispersion is prepared by free-radically initiated polymerization of one or more ethylenically unsaturated monomers in an aqueous medium, which is converted by means of drying into the water-redispersible polymer powder composition, characterized in that the polymerization and the drying are each carried out continuously, and the polymerization and the drying are carried out in separate, interconnected modules.
  • Continuously means within the scope of the invention that in the process with at least two process steps in series, in the first process step, preferably the polymerization, continuously educt is fed and an aqueous product stream is continuously transported in a subsequent step, preferably drying, and finally steadily the powdered product is taken ⁇ product.
  • Modular in the context of the invention means that the individual
  • Steps of the method according to the invention are carried out in separate, interconnected modules, wherein the modules can be preconfigured and closed.
  • modules within the meaning of the invention are a polymerization module and a drying module.
  • the interconnected modules of the process are in each case preference ⁇ transportable units or composed of trans ⁇ portable subunits, which can be a desired production location, in a correspondingly equipped kitchens ⁇ preparing production plant is to be installed, transported.
  • the modules Preferably, have a housing to allow easy transport of the module.
  • the modules can be connected, preferably via standardized couplings, to a local, permanently installed supply network / disposal network with which the modules can be supplied with substances (for example educts) and / or energy and / or into the substances (for example products , Waste) can be discharged, so that by means of the connected modules continuous production can be performed.
  • one or more can be connected to a local supply network.
  • closable storage container for liquid, solid and / or gas ⁇ shaped substances be provided within the housing of a module.
  • the modules may have ⁇ example, devices for filling, emptying, heating, cooling, mixing, separating, ventilating and / or venting that enable the polymerization or drying to be performed.
  • Each module may have control and / or regulating device, via which the respective module can be controlled and / or regulated for carrying out a specific process step of production.
  • the method according to the invention uses a device which is equipped with a polymerization module and a downstream drying module.
  • Additional modules may include Steue ⁇ rung- and infrastructure elements insofar as they are not installed locally fixed or are included in the above-mentioned modules.
  • the Polymerisationsmodul is preferably equipped with lines for ⁇ To guide of starting materials, and preferably with food holding Lagerbe ⁇ (tanks) equipped for the intermediate storage of the starting materials. Also advantageous are facilities with which you can premix various starting materials and then perform this as a mixture of the polymerization.
  • the polymerization module can be equipped, for example, as a polymerization reactor with a stirred tank or several, series stirred tanks, or equipped with one or more serially arranged tubular reactors, which are each equipped with heating and cooling devices and are each equipped with a device for mixing the polymerization.
  • the starting materials or mixtures thereof are fed to the polymerization reactor via feed supplied.
  • the polymerization product, the aqueous poly ⁇ merisatdispersion is supplied after completion of the polymerization, preferably with a supply line, batchwise or continuously, the drying module.
  • the drying module is preferably equipped with a spray dryer for drying the aqueous polymer dispersion.
  • this is a cylindrical container with nozzles or with a spray disk for the delivery of the polymer dispersion.
  • the drying module is equipped with a storage container, which is arranged in front of the spray dryer and can buffer asynchronisms during operation of the polymerization module and the drying module.
  • the drying module also contains facilities for supplying and heating the drying air, and La ⁇ ger organizations and / or leads for the supply of additives for drying, for example, drying aid, anti-blocking agent or defoamers.
  • Further devices in the drying module are preferably filters and collecting devices for obtaining the dry polymer powder.
  • the drying module also includes means for packaging the polymer powder such as bagging in small containers or big bags.
  • Suitable ethylenically unsaturated monomers for the preparation of the polymers are those from the group comprising vinyl esters of carboxylic acids having 1 to 15 carbon atoms, methacrylic acid esters, acrylic esters of carboxylic acids with unbranched or branched alcohols having 1 to 15 carbon atoms, olefins, Dienes, vinylaromatics and vinyl halides.
  • Preferred vinyl esters are vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl 2-ethylhexanoate, vinyl laurate, 1-methylvinyl acetate, vinyl pivalate and vinyl esters of alpha-branched monocarboxylic acids having 5 to 13 C atoms, for example VeoVa9 R or VeoValO R (cf. Trade name of company Momentive). Especially before ⁇ is Trains t vinyl acetate.
  • Preferred methacrylic esters or acrylic esters are esters of unbranched or branched alcohols having 1 to 15 C atoms, such as methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, n-butyl acrylate, n-butyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, norbornyl acrylate.
  • Be ⁇ are particularly preferred methyl acrylate, methyl methacrylate, tylacrylat n-butyl and 2-ethylhexyl acrylate.
  • Preferred olefins or dienes are ethylene, propylene and 1,3-butadiene.
  • Preferred vinyl aromatics are styrene and vinyl toluene.
  • a preferred vinyl halide is vinyl chloride.
  • auxiliary ⁇ monomers are ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids, ethylenically unsaturated carboxamides, ethylenically unsaturated sulfonic acids or salts thereof, precrosslinking Comono ⁇ mers such as multiply ethylenically unsaturated comonomers, nachver ⁇ wetting comonomers, such as N-methylolacrylamide, epoxidfunktionel- le comonomers , silicon-functional comonomers.
  • vinyl acetate and mixtures of vinyl acetate are polymerized with from 1 to 40% by weight of ethylene;
  • Vinylestern having 1 to 12 carbon atoms in the carboxylic acid moiety such as vinyl acetate, vinyl propionate, Vi ⁇ laurate, Vinylester of alpha-branched carboxylic acids having 5 to 13 carbon atoms, such as VeoVa9 R, VeoVal0 R, VeoVall R, 1 to 40 % By weight of ethylene and 1 to 60% by weight of vinyl chloride;
  • auxiliary monomers can be copolymerized in the stated amounts, and the information in wt .-% add up to each 100 wt .-%. It is preferred to polymerize mixtures of Methylmethac ⁇ triacrylate with n-butyl acrylate and / or 2-ethylhexyl acrylate and, where appropriate, ⁇ ethylene;
  • styrene with one or more monomers selected from the group consisting of methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, n-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate; Mixtures of styrene with 1,3-butadiene;
  • mixtures can each still contain the said auxiliary monomers in the stated amounts, and the information in wt .-% add up to 100 wt .-%.
  • the monomers or the choice of the weight fractions of the comonomers is preferably such that a glass transition temperature ⁇ resulting Tg of the polymers from -20 ° C to + 40 ° C, vorzugswei ⁇ se -20 ° C to + 20 ° C.
  • the glass transition temperature Tg of the polymers can be determined in a known manner by means of differential scanning calorimetry (DSC) according to DIN 53520.
  • Tgn the glass transition temperature in Kelvin of the homopolymer of the monomer n.
  • Tg values for homopolymers are listed in Po ⁇ lymer Handbook 2nd Edition, J. Wiley & Sons, New York (1975).
  • the polymer dispersions are preferably prepared by the emulsion polymerization process.
  • the polymerization temperature is preferably from 40 ° C to 120 ° C, more preferably from 60 ° C to 90 ° C.
  • gaseous comonomers such as ethylene, 1,3-butadiene or vinyl chloride
  • the initiation of the polymerization preferably takes place with the water-soluble initiators customary for emulsion polymerization, preferably with redox initiator combinations.
  • the polymerization takes place in the presence of a protective colloid, ge ⁇ optionally in combination with emulsifiers.
  • Suitable protective colloids for the polymerization are polyvinyl alcohols; Polyvinyl acetals; Polyvinyl pyrrolidones; Polysaccharides in wasserlös ⁇ Licher form such as starches (amylose and amylopectin), celluloses and their carboxymethyl, methyl, hydroxyethyl, hydroxypropyl pyl derivatives, dextrins and cyclodextrins; Proteins such as casein or caseinate, soy protein, gelatin; Lignosulfonates; synthe ⁇ diagram polymers such as poly (meth) acrylic acid, copolymers of (meth) acrylates with carboxyl-functional comonomer units, poly (meth) acrylamide, polyvinylsulfonic acids and their wasserlös ⁇ union copolymers; Melamine formaldehyde sulfonates, naphthalene formaldehyde sulfonates, styrene male
  • Partially hydrolyzed or fully hydrolyzed polyvinyl preferably ⁇ alcohols with a degree of hydrolysis of 80 to 100 mol%, insbeson ⁇ particular partially saponified polyvinyl alcohols having a degree of hydrolysis of 80 to 95 mol% and a Höppler viscosity, in 4% strength aqueous solution of 1 to 30 mPas (Method according to Höppler at 20 ° C, DIN 53015) used.
  • the protective colloids are mean in general ⁇ in an amount of 0.5 to 30 wt .-%, based on the total weight of the monomers added during the polymerization.
  • emulsifiers are anionic, cationic and nonionic emulsifiers, for example anionic surfactants, such as alkyl sulfates having a chain length of 8 to 18 carbon atoms, alkyl or alkylaryl ether sulfates having 8 to 18 carbon atoms in the hydrophobic radical and up to 40 ethylene or propylene oxide units, men alkyl- or alkylarylsulfonates having 8 to 18 C-Ato, esters and Halbester of sulfosuccinic acid with einwerti ⁇ gen alcohols or alkylphenols, or nonionic surfactants such as alkyl polyglycol ethers or alkylaryl polyglycol ethers having 8 to 40 ethylene oxide units.
  • anionic surfactants such as alkyl sulfates having a chain length of 8 to 18 carbon atoms, alkyl or alkylaryl ether sulfates having 8 to 18 carbon atoms in the hydropho
  • postpolymerization can be postpolymerized to reduce the residual monomer content using known methods, generally by postpolymerization initiated with the redox catalyst.
  • Volatile residual monomers can also be removed by means of distillation, preferably under reduced pressure, and optionally by passing or passing inert inert gases, such as air, nitrogen or steam.
  • inert inert gases such as air, nitrogen or steam.
  • the aqueous polymer dispersions obtainable therewith have a solids content of from 30 to 75% by weight, preferably from 40 to 60% by weight, particularly preferably from 45 to 55% by weight.
  • the polymer dispersions have a viscosity suitable for the subsequent drying of 10 to 3000 mPas, preferably from 100 to 500 mPas (Brookfield viscosity Bf20 by means of Brookfield viscometer at 23 ° C and 20 rpm).
  • the aqueous polymer dispersions thus obtainable already contain, after completion of the polymerization, the protective colloid necessary as a drying aid. No protective colloids are therefore preferably added before drying the aqueous Polymerisatdis ⁇ persion.
  • the aqueous polymer dispersions optionally after further addition of protective colloid as a drying aid to the polymer dispersion, dried by spray drying.
  • Suitable drying aids are those previously listed as protective colloids: polyvinyl alcohols; Polyvinyl acetals; Polyvinyl pyrrolidones; Poly ⁇ saccharide dextrins in water-soluble form such as starches (amylose and amylopectin), celluloses and their carboxymethyl, methyl, hydroxyethyl and hydroxypropyl derivatives, dextrins and cyclo; Proteins such as casein or caseinate, soy protein, ge ⁇ latins; Lignosulfonates; synthetic polymers such as poly (meth) acrylic acid, copolymers of (meth) acrylates with carboxyl-functional comonomer units, poly (meth) acrylamide, polyvinylsulfonic acids and their water-soluble copolymers;
  • Partially saponified polyvinyl alcohols are preferred or fully hydrolyzed with a degree of hydrolysis of 80 to 100 mol%, in particular teilver ⁇ soaped polyvinyl alcohols having a degree of hydrolysis of 80 to 95 mol% and a Höppler viscosity in each case, in 4% strength solution (7)ssri- ger 1-30 mPas (method according to Höppler at 20 ° C, DIN 53015) used.
  • the aqueous polymerizate dispersions contain the drying aid before they are dried
  • the dispersion powder can be added to the poly merisatdispersion additional additives to the powder optionally kidney for certain applications to kon Stammio ⁇ .
  • additional additives are defoamers, hydro ⁇ repellent agent and rheological additives.
  • the spray drying takes place by means of atomization in the spray dryer, in which the energy for the evaporation of the aqueous phase is transferred by heat conduction from the drying gas to the polymer dispersion (feed) to be dried.
  • the food is generally supplied to the nozzles by means of pumps.
  • the drying takes place by intimately mixing the atomized polymer dispersion (food) with the drying gas.
  • the drying gas used is generally air.
  • the drying gas is preheated, preferably to an inlet temperature of 130 ° C to 210 ° C (hot air), more preferably to 150 ° C to 190 ° C.
  • the spray drying is preferably carried out according to the DC principle.
  • the polymer dispersion (feed) and the drying gas are fed to the top of the spray dryer, generally a cylindrical container.
  • the dryer outlet at the lower end of the spray dryer can be designed differently, for example, the dried polymer powder with the
  • Drying gas discharged and isolated by means of a filter and / or cyclone separator The outlet temperature of the drying gas is preferably 45 ° C to 120 ° C, depending on the system, Tg of the polymer and the desired degree of drying.
  • the dispersion powders may still contain antiblocking agents.
  • Suitable antiblocking agent are known in the art, such as aluminum silicates, such as kaolin, bentonite, fumed silica or precipitated silica which gegebe ⁇ can applicable, be rendered hydrophobic, talc, clays, light spar, carbonates such as calcium carbonate, magnesium carbonate and Ca / Mg carbonate, barium sulfate , It is also possible to use mixtures of antiblocking agents.
  • the antiblocking agents are on the total weight of the polymeric components to be in general ⁇ my in an amount of 0.1 to 30 wt .-%, preferably 2 to 30 wt .-%, particularly preferably 7 to 30 wt .-%, each based zer ⁇ dusting polymer dispersion used.
  • pyro- gener silica or precipitated silica are vorzugswei ⁇ se 0.1 to 2 wt .-%, based on the polymeric components of the polymer dispersion to be sprayed, are used.
  • the proportion of the polymeric constituents of the to be atomized Polymerisatdis ⁇ persion is composed of the base polymer of the poly- merisatdispersion and optionally the protective colloid component.
  • the addition of the anti-blocking agent is preferably carried out continu ously ⁇ and at the same time, but separately from the polymer dispersion to be atomized (feed).
  • the anti-block agent is conveyed in a conveyor line by means of a conveying gas, generally air (conveying air), for drying, preferably at the upper end in the dryer tower.
  • the anti-blocking agent may also be wholly or partly be added to the finished ge ⁇ dried polymer powder before or after the deposition from the drying gas.
  • the apparatus comprises a module 1, the poly ⁇ merisationsmodul, and a module 2, the drying module.
  • Module 1 is equipped with a storage container 1, which vinyl acetate
  • a mixture of water, polyvinyl alcohol, initiators and buffer is kept in stock in the quantities required for the polymerization.
  • the contents of the containers 1 and 2 are guided via pumps 6 in a mixer 3, and passed the mixture produced in the polymerization reactor 4.
  • the polymerization container is filled with the original, the batch is heated to a polymerization temperature of 70 ° C, which is maintained by means of cooling during the polymerization. Thereafter, the polymer dispersion formed in the polymerization reactor 4 is continuously transferred into the degassing tank 5.
  • the amounts of reactant which correspond to the quantities which are fed into the degassing vessel 5 are continuously fed to the reactor 4 via the mixer 3.
  • the polymer dispersion is transferred with a pump 6 in the module 2, the drying module and heated with the heat exchanger 7 to a temperature of 90 ° C.
  • the polymer dispersion is introduced into the dryer 8 via an atomizer disk 9.
  • further protective colloid for example polyvinyl alcohol, may be added as drying aid during the drying process via line 13 and pump 14.
  • the air for atomization of the polymer dispersion is fed via line 10 and nozzle 11 of the atomizer disk 9 and heated with the heat exchanger 12.
  • the dry polymer powder is removed from the separator 15 and packaged in the packaging device 17 in bags 18.
  • the moist drying air escapes via line 16.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von in Wasser redispergierbaren Polymerpulverzusammensetzungen auf Basis von Polymerisaten von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren, wobei in einem ersten Schritt mittels radikalisch initiierter Polymerisation von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren in wässerigem Medium eine wässerige Polymerisatdispersion hergestellt wird, welche mittels Trocknung in die in Wasser redispergierbare Polymerpulverzusammensetzung überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation und die Trocknung jeweils kontinuierlich durchgeführt werden, und die Polymerisation und die Trocknung in separaten, miteinander verbundenen Modulen durchgeführt werden.

Description

Kontinuierliches und modulares Verfahren zur Herstellung von in Wasser redispergierbaren Polymerpulverzusammensetzungen
Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches und modulares Ver- fahren zur Herstellung von in Wasser redispergierbaren Polymerpulverzusammensetzungen sowie eine modulare Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
In Wasser redispergierbare Polymerpulverzusammensetzungen (Dis- persionspulver) werden im Allgemeinen durch Trocknung der entsprechenden wässerigen Dispersionen eines Basispolymerisats hergestellt. Die Herstellung der wässerigen Dispersion des Basispolymerisats erfolgt vorzugsweise mittels radikalisch initi¬ ierter Emulsionspolymerisation von einem oder mehreren ethyle- nisch ungesättigten Monomeren. Die damit erhaltene wässerige
Dispersion des Basispolymerisats wird anschließend, vorzugswei¬ se in Gegenwart von einer Trocknungshilfe (im Allgemeinen ein Schutzkolloid) , beispielsweise mittels Sprühtrocknung, getrock¬ net. Gegebenenfalls können während oder nach der Trocknung noch Antiblockmittel oder weitere Additive zugegeben werden. Auf¬ grund des Schutzkolloidanteils wird zum einen beim Trocknungs¬ vorgang verhindert, dass die Polymerteilchen irreversibel ver¬ kleben, da die Polymerteilchen von den Schutzkolloid-Teilchen umhüllt werden. Zum anderen bewirkt diese Schutzkolloid-Matrix, welche sich beim Dispergieren der Polymerpulverzusammensetzung in Wasser wieder auflöst, dass die Polymerpartikel wieder mit der Partikelgröße der Ausgangsdispersion in der wässrigen (Re) - dispersion vorliegen (TIZ-Fachberichte, 1985, Vol. 109 (9), 698) .
Derartige Dispersionspulver werden in vielerlei Anwendungen eingesetzt, unter Anderem in Beschichtungsmitteln und in Klebemitteln für die unterschiedlichsten Substrate. Weit verbreitet ist die Anwendung von in Wasser redispergierbaren Polymerpul- verzusammensetzungen in bauchemischen Produkten, häufig in Ver- bindung mit mineralischen Bindemitteln (VinnapasR-Pulver der Wacker Chemie AG) . Beispiele hierfür sind Baukleber insbesonde¬ re Fliesenkleber, Putze und Mörtelmassen, Farben, Spachtelmassen, Verlaufsmassen, Wärmedämmverbundsysteme und Fugenmörtel. Der Vorteil der in Wasser redispergierbaren Polymerpulver liegt vor allem in der Möglichkeit sie in vorgefertigten, lagerfähigen Trockenmischungen einzusetzen, gegebenenfalls zusammen mit mineralischen Bindemitteln wie Zement, und diese erst unmittel¬ bar vor der Verwendung durch Zugabe von Wasser gebrauchsfertig zu machen. Derartige Trockenmischungen können gegenüber pastö- sen Systemen leichter transportiert werden (ohne Wasseranteil) und bieten Vorteile bei der Lagerung, wie zum Beispiel Unemp- findlichkeit gegenüber Frost sowie Resistenz gegenüber Mikro¬ benbefall .
Verfahren zur Herstellung von in Wasser redispergierbaren Polymerpulverzusammensetzungen sind vielfach beschrieben und dem Fachmann bekannt: In der EP 0 056 622 Bl werden in Wasser redispergierbare Poly¬ merpulverzusammensetzungen beschrieben, welche mittels Sprühtrocknung einer wässerigen Polymerdispersion unter Zugabe von hydrophober Kieselsäure hergestellt werden. In der EP 1 174 445 AI wird ein Verfahren zur Herstellung von Schutzkolloid-stabi- lisierten Polymerisaten mittels kontinuierlicher Polymerisation beschrieben. Die damit erhaltenen Polymerdispersionen können zu Dispersionspulvern getrocknet werden. Die EP 2 341 084 AI beschreibt die Herstellung von in Wasser redispergierbaren Polymerpulverzusammensetzungen wobei eine Polymerdispersion in Ge- genwart von Chelatbildnern getrocknet wird. Aus der EP 2 739
673 Bl ist ein Verfahren zur Herstellung von Dispersionspulvern bekannt bei welchem eine wässerige Polymerdispersion in einem Rotationszerstäubungstrockner getrocknet wird. Die WO 2005/ 080478 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von gut in Was- ser redispergierbaren Polymerisatpulvern mittels Sprühtrocknung in Gegenwart eines speziellen Sprühtrocknungshilfsmittels. In der WO 2013/017463 AI wird ein Verfahren zur Herstellung von Dispersionspulvern beschrieben, mittels Sprühtrocknung von wässerigen Polymerdispersionen unter Zugabe von Antiblockmittel .
In den bisherigen Verfahren zur Herstellung von in Wasser redispergierbaren Polymerpulverzusammensetzungen wurde in einem ersten Schritt eine wässerige Polymerdispersion batchweise oder kontinuierlich hergestellt. Die Polymerdispersion wurde in ei- nem Tank gelagert und chargenweise der Sprühtrocknung zuge¬ führt. Vor der Sprühtrocknung wurden der Polymerdispersion Zusatzstoffe wie Trocknungshilfen zugegeben. Anschließend wurde diese Zubereitung als Speise dem Trockner zugeführt und mittels Sprühtrocknung das Wasser entfernt.
Es bestand die Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Verfügung zu stellen, mit welchem mit möglichst niederen spezifischen Investitionskosten (Investitionskosten bezogen auf Pro- duktmenge) Dispersionspulver in variablen Mengen und ohne Qualitätsschwankungen zugänglich werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von in Wasser redispergierbaren Polymerpulverzusammensetzungen auf Basis von Polymerisaten von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren, wobei in einem ersten Schritt mittels radikalisch initiierter Polymerisation von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren in wässerigem Medium eine wässerige Polymerisatdispersion hergestellt wird, welche mit- tels Trocknung in die in Wasser redispergierbare Polymerpulverzusammensetzung überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation und die Trocknung jeweils kontinuierlich durchgeführt werden, und die Polymerisation und die Trocknung in separaten, miteinander verbundenen Modulen durchgeführt wer- den. Kontinuierlich bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass bei dem Verfahren mit mindestens zwei Verfahrensschritten in Serie, im ersten Verfahrensschritt, vorzugsweise die Polymerisation, ste- tig Edukt zugeführt wird und ein wässeriger Produktstrom stetig in einen nachgeschalteten Schritt, vorzugsweise die Trocknung, befördert wird, und schließlich stetig das pulverförmige Pro¬ dukt entnommen wird. Modular bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass die einzelnen
Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in separaten, miteinander verbundenen Modulen durchgeführt werden, wobei die Module vorkonfiguriert und geschlossen sein können. Beispiele für Module im Sinne der Erfindung sind ein Polymerisationsmodul und ein Trocknungsmodul.
Die miteinander verbundenen Module des Verfahrens sind vorzugs¬ weise jeweils transportierbare Einheiten oder sind aus trans¬ portierbaren Untereinheiten zusammengesetzt, welche zu einem gewünschten Produktionsort, an dem eine entsprechend ausgestat¬ tete Produktionsanlage aufgestellt werden soll, transportiert werden können. Vorzugsweise weisen die Module ein Gehäuse auf, um einen einfachen Transport des Moduls zu ermöglichen. An einem Produktionsort können die Module, vorzugsweise über standardisierte Kupplungen, an ein lokales, fest installiertes Versorgungsnetz/Entsorgungsnetz angeschlossen werden, mit dem die Module mit Stoffen (beispielsweise Edukte) und/oder Energie versorgt werden können und/oder in das Stoffe (beispielsweise Produkte, Abfall) abgegeben werden können, so dass mittels der verbundenen Module eine kontinuierliche Produktion durchgeführt werden kann.
Zusätzlich oder alternativ können innerhalb des Gehäuses eines Moduls ein oder mehrere an ein lokales Versorgungsnetz an- schließbare Vorratsbehälter für flüssige, feste und/oder gas¬ förmige Stoffe, vorgesehen sein. Die Module können beispiels¬ weise Einrichtungen zum Befüllen, Entleeren, Heizen, Kühlen, Mischen, Trennen, Belüften und/oder Entlüften aufweisen, die es ermöglichen die Polymerisation oder die Trocknung durchzuführen .
Jedes Modul kann Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweisen, über die das jeweilige Modul zur Durchführung eines bestimmten Verfahrensschritts der Produktion gesteuert und/oder geregelt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Vorrichtung gearbeitet, welche mit einem Polymerisationsmodul und einem nachgeschalteten Trocknungsmodul ausgestattet ist. Zusätzliche Module können Steue¬ rung- und Infrastrukturelemente umfassen, soweit diese nicht lokal fest installiert vorliegen oder in den vorgenannten Modulen inkludiert sind.
Der Polymerisationsmodul ist vorzugsweise mit Leitungen zur Zu¬ führung von Edukten ausgestattet und vorzugsweise mit Lagerbe¬ hältern (Tanks) zur Zwischenlagerung der Edukte ausgestattet. Vorteilhaft sind auch Einrichtungen mit denen man verschiedene Edukte vormischen kann und diese dann als Gemisch der Polymerisation zuführen kann. Zur Polymerisation können die für eine kontinuierliche Polymerisation gebräuchlichen Einrichtungen eingesetzt werden. Der Polymerisationsmodul kann beispielsweise als Polymerisationsreaktor mit einem Rührkessel oder mehreren, seriell angeordneten Rührkesseln ausgestattet werden, oder mit einem oder mehreren seriell angeordneten Rohrreaktoren ausgestattet werden, welche jeweils mit Heiz- und Kühleinrichtungen ausgestattet sind und jeweils mit einer Vorrichtung zum Mischen des Polymerisationsansatzes ausgestattet sind. Die Edukte oder deren Gemische werden dem Polymerisationsreaktor über Zuleitun- gen zugeführt. Das Polymerisationsprodukt, die wässrige Poly¬ merisatdispersion, wird nach Abschluss der Polymerisation, vorzugsweise mit einer Zuleitung, batchweise oder kontinuierlich, dem Trocknungsmodul zugeführt.
Der Trocknungsmodul ist vorzugsweise mit einem Sprühtrockner zur Trocknung der wässerigen Polymerisatdispersion ausgestattet. Im Allgemeinen ist das ein zylinderförmiger Behälter mit Düsen oder mit einer Zerstäuberscheibe für die Zuführung der Polymerdispersion. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Trocknungsmodul mit einem Vorratsbehälter ausgestattet, welcher vor dem Sprühtrockner angeordnet ist und Asynchronitäten beim Betrieb des Polymerisationsmoduls und des Trocknungsmoduls ab- puffern kann. Der Trocknungsmodul enthält noch Einrichtungen zur Zuleitung und zur Erwärmung der Trocknungsluft, sowie La¬ gerbehälter und/oder Zuleitungen für die Zuführung von Additiven für die Trocknung, beispielsweise Trocknungshilfe, Anti- blockmittel oder Entschäumer. Weitere Einrichtungen im Trocknungsmodul sind vorzugsweise Filter und Auffangvorrichtungen zur Gewinnung des trockenen Polymerpulvers. Bevorzugt umfasst der Trocknungsmodul auch Einrichtungen zur Verpackung des Polymerpulvers wie Absackung in Kleingebinde oder Bigbags .
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich in Wasser re- dispergierbare Polymerpulver auf Basis der dazu üblichen Poly¬ merisate herstellen:
Für die Herstellung der Polymerisate geeignete ethylenisch ungesättigte Monomere sind solche aus der Gruppe umfassend Vi- nylester von Carbonsäuren mit 1 bis 15 C-Atomen, Methacrylsäu- reester, Acrylsäureester von Carbonsäuren mit unverzweigten oder verzweigten Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen, Olefine, Diene, Vinylaromaten und Vinylhalogenide . Bevorzugte Vinylester sind Vinylacetat, Vinylpropionat , Vinyl- butyrat, Vinyl-2-ethylhexanoat , Vinyllaurat, 1-Methylvinylace- tat, Vinylpivalat und Vinylester von alpha-verzweigten Mono- carbonsäuren mit 5 bis 13 C-Atomen, beispielsweise VeoVa9R oder VeoValOR (Handelsnamen der Firma Momentive) . Besonders bevor¬ zugt ist Vinylacetat.
Bevorzugte Methacrylsäureester oder Acrylsäureester sind Ester von unverzweigten oder verzweigten Alkoholen mit 1 bis 15 C-At- omen wie Methylacrylat , Methylmethacrylat , Ethylacrylat , Ethyl- methacrylat, Propylacrylat , Propylmethacrylat , n-Butylacrylat , n-Butylmethacrylat , 2-Ethylhexylacrylat , Norbornylacrylat . Be¬ sonders bevorzugt sind Methylacrylat, Methylmethacrylat, n-Bu- tylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat.
Bevorzugte Olefine oder Diene sind Ethylen, Propylen und 1,3- Butadien. Bevorzugte Vinylaromaten sind Styrol und Vinyltoluol. Ein bevorzugtes Vinylhalogenid ist Vinylchlorid . Gegebenenfalls können noch 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht des Polymerisats, von jeweils einem oder mehreren Hilfsmonomeren copolymerisiert werden. Beispiele für Hilfsmono¬ mere sind ethylenisch ungesättigte Mono- und Dicarbonsäuren, ethylenisch ungesättigte Carbonsäureamide, ethylenisch unge- sättigte Sulfonsäuren bzw. deren Salze, vorvernetzende Comono¬ mere wie mehrfach ethylenisch ungesättigte Comonomere, nachver¬ netzende Comonomere wie N-Methylolacrylamid, epoxidfunktionel- le Comonomere, siliciumfunktionelle Comonomere. Bevorzugt werden Vinylacetat und Gemische von Vinylacetat mit 1 bis 40 Gew.-% Ethylen polymerisiert ;
Gemische von Vinylacetat mit 1 bis 50 Gew.-% von einem oder mehreren weiteren Comonomeren aus der Gruppe der Vinylester mit 1 bis 12 C-Atomen im Carbonsäurerest wie Vinylpropionat, Vinyl- laurat, Vinylester von alpha-verzweigten Carbonsäuren mit 5 bis 13 C-Atomen wie VeoVa9R, VeoValOR, VeoVallR;
Gemische von Vinylacetat mit 1 bis 40 Gew.-% Ethylen und 1 bis 50 Gew.-% von einem oder mehreren weiteren Comonomeren aus der Gruppe der Vinylester mit 1 bis 12 C-Atomen im Carbonsäurerest wie Vinylpropionat , Vinyllaurat, Vinylester von alpha-verzweig¬ ten Carbonsäuren mit 5 bis 13 C-Atomen wie VeoVa9R, VeoValOR, VeoVallR;
Gemische von Vinylacetat, 1 bis 40 Gew.-% Ethylen und vorzugs- weise 1 bis 60 Gew.-% (Meth) Acrylsäureester von unverzweigten oder verzweigten Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen, insbesondere Methylmethacrylat , Methylacrylat , n-Butylacrylat oder 2-Ethyl¬ hexylacrylat ;
Gemische von 30 bis 75 Gew.-% Vinylacetat, 1 bis 30 Gew.-% Vi- nyllaurat oder Vinylester einer alpha-verzweigten Carbonsäure mit 5 bis 13 C-Atomen, sowie 1 bis 30 Gew.-% (Meth) Acrylsäureester von unverzweigten oder verzweigten Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen, insbesondere Methylmethacrylat, Methylacrylat, n-Butylacrylat oder 2-Ethylhexylacrylat, welche noch 1 bis 40 Gew.-% Ethylen enthalten können;
Gemische von einem oder mehreren Vinylestern mit 1 bis 12 C- Atomen im Carbonsäurerest wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vi¬ nyllaurat, Vinylester von alpha-verzweigten Carbonsäuren mit 5 bis 13 C-Atomen wie VeoVa9R, VeoVal0R, VeoVallR, 1 bis 40 Gew.-% Ethylen und 1 bis 60 Gew.-% Vinylchlorid;
wobei jeweils noch die genannten Hilfsmonomere in den genannten Mengen copolymerisiert werden können, und sich die Angaben in Gew.-% auf jeweils 100 Gew.-% aufaddieren. Bevorzugt polymerisiert werden auch Gemische von Methylmethac¬ rylat mit n-Butylacrylat und/oder 2-Ethylhexylacrylat und gege¬ benenfalls Ethylen;
Gemische von Styrol mit einem oder mehreren Monomeren aus der Gruppe Methylacrylat, Ethylacrylat , Propylacrylat , n-Butylacry- lat, 2-Ethylhexylacrylat; Gemische von Styrol mit 1 , 3-Butadien;
wobei die Gemische jeweils noch die genannten Hilfsmonomere in den genannten Mengen enthalten können, und sich die Angaben in Gew.-% auf jeweils 100 Gew.-% aufaddieren.
Die Monomerauswahl bzw. die Auswahl der Gewichtsanteile der Comonomere erfolgt vorzugsweise so, dass eine Glasübergangs¬ temperatur Tg der Polymerisate von -20°C bis +40°C, vorzugswei¬ se -20°C bis +20°C resultiert. Die Glasübergangstemperatur Tg der Polymerisate kann in bekannter Weise mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) gemäß DIN 53520 ermittelt werden. Die Tg kann auch mittels der Fox-Gleichung näherungsweise vo¬ rausberechnet werden. Nach Fox T. G., Bull. Am. Physics Soc. 1, 3, page 123 (1956) gilt: 1/Tg = xl/Tgl + x2/Tg2 + ... + xn/Tgn, wobei xn für den Massebruch (Gew.-%/100) des Monomeren n steht, und Tgn die Glasübergangstemperatur in Kelvin des Homopolymeren des Monomeren n ist. Tg-Werte für Homopolymerisate sind in Po¬ lymer Handbook 2nd Edition, J. Wiley & Sons, New York (1975) aufgeführt .
Die Herstellung von wässrigen Polymerisatdispersionen ist vielfach vorbeschrieben und dem Fachmann bekannt; beispielsweise in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 8 (1987), John Wiley and Sons, S. 659-677; und beispielsweise in der EP 1916275 AI.
Die Herstellung der Polymerisatdispersionen erfolgt vorzugsweise nach dem Emulsionspolymerisationsverfahren . Die Polymerisationstemperatur ist vorzugsweise von 40°C bis 120°C, besonders bevorzugt von 60°C bis 90°C. Bei der Copolymerisation von gas¬ förmigen Comonomeren wie Ethylen, 1,3-Butadien oder Vinylchlo- rid kann auch unter Druck, im Allgemeinen von 5 bar bis 100 bar, gearbeitet werden. Die Initiierung der Polymerisation erfolgt vorzugsweise mit den für die Emulsionspolymerisation gebräuchlichen wasserlöslichen Initiatoren, vorzugsweise mit Redox-Initiator-Kombinationen . Die Polymerisation erfolgt in Gegenwart von Schutzkolloid, ge¬ gebenenfalls in Kombination mit Emulgatoren. Geeignete Schutzkolloide für die Polymerisation sind Polyvinylalkohole; Polyvi- nylacetale; Polyvinylpyrrolidone ; Polysaccharide in wasserlös¬ licher Form wie Stärken (Amylose und Amylopectin) , Cellulosen und deren Carboxymethyl- , Methyl-, Hydroxyethyl- , Hydroxypro- pyl-Derivate, Dextrine und Cyclodextrine ; Proteine wie Kasein oder Kaseinat, Sojaprotein, Gelatine; Ligninsulfonate ; synthe¬ tische Polymere wie Poly (meth) acrylsäure, Copolymerisate von (Meth) Acrylaten mit carboxylfunktionellen Comonomereinheiten, Poly (meth) acrylamid, Polyvinylsulfonsäuren und deren wasserlös¬ lichen Copolymere; Melaminformaldehydsulfonate, Naphthalinfor- maldehydsulfonate, Styrolmaleinsäure- und Vinylethermaleinsäu- re-Copolymere . Bevorzugt werden teilverseifte oder vollverseifte Polyvinylal¬ kohole mit einem Hydrolysegrad von 80 bis 100 Mol-%, insbeson¬ dere teilverseifte Polyvinylalkohole mit einem Hydrolysegrad von 80 bis 95 Mol-% und einer Höpplerviskosität , in 4 %-iger wässriger Lösung von 1 bis 30 mPas (Methode nach Höppler bei 20°C, DIN 53015) verwendet. Die Schutzkolloide werden im Allge¬ meinen in einer Menge von 0,5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, bei der Polymerisation zugegeben.
Wird in Gegenwart von Emulgatoren polymerisiert , beträgt deren Menge 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monome¬ re. Geeignete Emulgatoren sind sowohl anionische, kationische als auch nichtionische Emulgatoren, beispielsweise anionische Tenside, wie Alkylsulfate mit einer Kettenlänge von 8 bis 18 C- Atomen, Alkyl- oder Alkylarylethersulfate mit 8 bis 18 C-Atomen im hydrophoben Rest und bis zu 40 Ethylen- oder Propylenoxid- einheiten, Alkyl- oder Alkylarylsulfonate mit 8 bis 18 C-Ato- men, Ester und Halbester der Sulfobernsteinsäure mit einwerti¬ gen Alkoholen oder Alkylphenolen, oder nichtionische Tenside wie Alkylpolyglykolether oder Alkylarylpolyglykolether mit 8 bis 40 Ethylenoxid-Einheiten .
Nach Abschluss der Polymerisation kann zur Reduktion des Rest- monomergehalts in Anwendung bekannter Methoden nachpolymeri- siert werden, im Allgemeinen durch mit Redoxkatalysator initi- ierter Nachpolymerisation. Flüchtige Restmonomere können auch mittels Destillation, vorzugsweise unter reduziertem Druck, und gegebenenfalls unter Durchleiten oder Überleiten von inerten Schleppgasen wie Luft, Stickstoff oder Wasserdampf entfernt werden. Bevorzugt eingesetzt werden hierzu dem Fachmann bekann- te kontinuierlich durchströmte Reaktoren und Apparate.
Die damit erhältlichen wässrigen Polymerisatdispersionen haben einen Feststoffgehalt von 30 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise von 40 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt von 45 bis 55 Gew.-%. In der bevorzugten Ausführungsform weisen die Polymerisatdispersionen eine für die nachfolgende Trocknung geeignete Viskosität von 10 bis 3000 mPas, bevorzugt von 100 bis 500 mPas auf (Brookfield- Viskosität Bf20 mittels Brookfieldviskosimeter bei 23°C und 20 Upm) .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die so erhältlichen wässerigen Polymerisatdispersionen nach Abschluss der Polymerisation bereits das als Trocknungshilfe notwendige Schutzkolloid. Es werden daher vorzugsweise keine weiteren Schutzkolloide vor der Trocknung zur wässerigen Polymerisatdis¬ persion zugegeben.
Zur Herstellung der Dispersionspulver werden die wässrigen Polymerisatdispersionen, gegebenenfalls nach weiterem Zusatz von Schutzkolloid als Trocknungshilfe zur Polymerisatdispersion, mittels Sprühtrocknung getrocknet. Geeignete Trocknungshilfen sind die vorher als Schutzkolloide aufgezählten Substanzen: Polyvinylalkohole; Polyvinylacetale ; Polyvinylpyrrolidone ; Poly¬ saccharide in wasserlöslicher Form wie Stärken (Amylose und Amylopectin) , Cellulosen und deren Carboxymethyl- , Methyl-, Hydroxyethyl- , Hydroxypropyl-Derivate, Dextrine und Cyclo- dextrine; Proteine wie Kasein oder Kaseinat, Sojaprotein, Ge¬ latine; Ligninsulfonate ; synthetische Polymere wie Poly (meth) - acrylsäure, Copolymerisate von (Meth) Acrylaten mit carboxyl- funktionellen Comonomereinheiten, Poly (meth) acrylamid, Polyvi- nylsulfonsäuren und deren wasserlöslichen Copolymere; Melamin- formaldehydsulfonate, Naphthalinformaldehydsulfonate, Styrol- maleinsäure- und Vinylethermaleinsäure-Copolymere . Bevorzugt werden teilverseifte oder vollverseifte Polyvinylalkohole mit einem Hydrolysegrad von 80 bis 100 Mol-%, insbesondere teilver¬ seifte Polyvinylalkohole mit einem Hydrolysegrad von 80 bis 95 Mol-% und jeweils einer Höpplerviskosität , in 4 %-iger wässri- ger Lösung von 1 bis 30 mPas (Methode nach Höppler bei 20°C, DIN 53015) verwendet. In der Regel enthalten die wässerigen Po- lymerisatdispersionen vor deren Trocknung die Trocknungshilfe
(Schutzkolloid) in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 30 Gew.-%, be¬ zogen auf das Basispolymerisat der Polymerisatdispersion.
Als weitere Bestandteile der Dispersionspulver können der Poly- merisatdispersion zusätzliche Additive zugesetzt werden, um die Pulver gegebenenfalls für bestimmte Anwendungen zu konfektio¬ nieren. Beispiele für solche Additive sind Entschäumer, Hydro¬ phobierungsmittel und rheologische Additive. Die Sprühtrocknung erfolgt mittels Zerstäubung im Sprühtrockner, bei der die Energie zur Verdampfung der wässerigen Phase durch Wärmeleitung aus dem Trocknungsgas auf die zu trocknende Polymerisatdispersion (Speise) übertragen wird. Die Speise wird im Allgemeinen mittels Pumpen den Düsen zugeführt. Die Trock- nung erfolgt durch innige Vermischung der zerstäubten Polymer- dispersion (Speise) mit dem Trocknungsgas. Als Trocknungsgas wird im Allgemeinen Luft eingesetzt. Zur Beschleunigung der Trocknung wird das Trocknungsgas vorerwärmt, vorzugsweise auf eine Eintrittstemperatur von 130°C bis 210°C (Heißluft), beson- ders bevorzugt auf 150°C bis 190°C. Die Sprühtrocknung erfolgt vorzugsweise nach dem Gleichstromprinzip.
Die Polymerisatdispersion (Speise) und das Trocknungsgas werden am oberen Ende des Sprühtrockners, im Allgemeinen ein zylinder- förmiger Behälter, zugeführt. Der Trocknerausgang am unteren Ende des Sprühtrockners kann unterschiedlich ausgeführt sein, beispielsweise wird das getrocknete Polymerpulver mit dem
Trocknungsgas ausgetragen und mittels eines Filterabscheiders und/oder Zyklonabscheiders isoliert. Die Austrittstemperatur des Trocknungsgases beträgt vorzugsweise 45°C bis 120°C, je nach Anlage, Tg des Polymers und gewünschtem Trocknungsgrad.
Die Dispersionspulver können noch Antiblockmittel enthalten. Geeignete Antiblockmittel (Antibackmittel ) sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise Aluminiumsilikate wie Kaolin, Bentonit, pyrogene Kieselsäure oder gefällte Kieselsäure, welche gegebe¬ nenfalls hydrophobiert sein können, Talkum, Tone, Leichtspat, Carbonate wie Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat und Ca/Mg- Carbonat, Bariumsulfat. Es können auch Gemische von Antiblock- mittein eingesetzt werden. Die Antiblockmittel werden im Allge¬ meinen in einer Menge von 0,1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 7 bis 30 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der polymeren Bestandteile der zu zer¬ stäubenden Polymerisatdispersion eingesetzt. Im Falle von pyro- gener Kieselsäure oder gefällter Kieselsäure werden vorzugswei¬ se 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die polymeren Bestandteile der zu zerstäubenden Polymerisatdispersion, eingesetzt. Der Anteil der polymeren Bestandteile der zu zerstäubenden Polymerisatdis¬ persion setzt sich zusammen aus dem Basispolymerisat der Poly- merisatdispersion und gegebenenfalls dem Schutzkolloidanteil. Die Zugabe des Antiblockmittels erfolgt vorzugsweise kontinu¬ ierlich und zeitgleich, aber räumlich getrennt von der zu zerstäubenden Polymerisatdispersion (Speise) . Dazu wird das Anti- blockmittel in einer Förderleitung mittels eines Fördergases, im Allgemeinen Luft (Förderluft) , zur Trocknung vorzugsweise am oberen Ende in den Trocknerturm gefördert. Gegebenenfalls kann das Antiblockmittel auch ganz oder teilweise dem fertig ge¬ trockneten Polymerpulver vor oder nach dessen Abscheidung vom Trocknungsgas zugegeben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit der Zeichnung beispielhaft erläutert.
In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Verfahren schematisch dargestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Modul 1, den Poly¬ merisationsmodul, und einen Modul 2, den Trocknungsmodul. Modul 1 ist mit einem Lagerbehälter 1, welcher Vinylacetat-
Monomer vorrätig hält, und einem Lagerbehälter 2 für einen Mas- terbatch, welcher die weiteren Bestandteile des Polymerisati¬ onsansatzes enthält, ausgerüstet. Im Lagerbehälter 2 wird eine Mischung aus Wasser, Polyvinylalkohol , Initiatoren und Puffer, in den für die Polymerisation erforderlichen Mengen vorrätig gehalten. Die Inhalte der Behälter 1 und 2 werden über Pumpen 6 in einen Mischer 3 geführt, und die dabei erzeugte Mischung in den Polymerisationsreaktor 4 geleitet. Wenn der Polymerisationsbehälter mit der Vorlage befüllt ist, wird der Ansatz auf eine Polymerisationstemperatur von 70°C aufgeheizt, welche mittels Kühlung während der Polymerisation gehalten wird. Danach wird kontinuierlich die im Polymerisationreaktor 4 gebildete Polymerisatdispersion in den Entgasungsbehälter 5 überführt. Während der Polymerisation werden dem Reaktor 4 kontinuierlich über den Mischer 3 die Mengen an Edukt zugeführt, wel- che den Mengen entsprechen, welche in den Entgasungsbehälter 5 zugeführt werden.
Vom Entgasungsbehälter 5 wird die Polymerisatdispersion mit einer Pumpe 6 in den Modul 2, den Trocknungsmodul überführt und mit dem Wärmetauscher 7 auf eine Temperatur von 90 °C erwärmt.
Die Polymerisatdispersion wird in den Trockner 8 über eine Zerstäuberscheibe 9 eingebracht. Gegebenenfalls kann über Leitung 13 und Pumpe 14 weiteres Schutzkolloid, beispielsweise Polyvi- nylalkohol, während der Trocknung als Trocknungshilfe zugegeben werden. Die Luft zur Zerstäubung der Polymerisatdispersion wird über Leitung 10 und Düse 11 der Zerstäuberscheibe 9 zugeführt und mit dem Wärmetauscher 12 erwärmt.
Das trockene Polymerpulver wird am Abscheider 15 entnommen und in der Verpackungseinrichtung 17 in Säcke 18 abgepackt. Die feuchte Trocknungsluft entweicht über Leitung 16.
Neben den, bei dieser Verfahrensweise, um circa 30 % reduzier¬ ten spezifischen Investitionskosten, erhält man zu dem ein Dis- persionspulver mit verbesserter Produktqualität, beispielsweise besserer Redispergierbarkeit .

Claims

Verfahren zur Herstellung von in Wasser redispergierbaren Polymerpulverzusammensetzungen auf Basis von Polymerisaten von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren, wobei in einem ersten Schritt mittels radikalisch initiierter Polymerisation von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren in wässerigem Medium eine wässerige Polymerisatdispersion hergestellt wird, welche mittels Trocknung in die in Wasser redispergierbare Poly¬ merpulverzusammensetzung überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation und die Trocknung je¬ weils kontinuierlich durchgeführt werden, und die Poly¬ merisation und die Trocknung in separaten, miteinander verbundenen Modulen durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung nach dem Emulsionspolymerisationsverfahren in Gegenwart von Schutzkolloid, gegebenenfalls in Kombina¬ tion mit Emulgatoren, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abschluss der Polymerisation und vor der Trocknung keine weiteren Schutzkolloide zur wässerigen Polymerisatdispersion zugegeben werden.
Modulare Vorrichtung zur Herstellung von in Wasser redispergierbaren Polymerpulverzusammensetzungen in einem kontinuierlichen Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierlichen Verfahrensschritte zur Herstellung in separaten, miteinander verbundenen Modulen durchgeführt werden.
Modulare Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Polymerisationsmodul und einem nachgeschalteten Trocknungsmodul ausgestattet ist .
Modulare Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung noch zusätzliche Module mit Steuerungs- und Infrastrukturelementen umfasst, soweit diese nicht lokal fest installiert vorliegen oder in den vorgenannten Modulen inkludiert sind.
Modulare Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander verbundenen Module je¬ weils transportierbare Einheiten sind oder aus transpor¬ tierbaren Untereinheiten zusammengesetzt sind, welche vorzugsweise jeweils ein Gehäuse aufweisen.
Modulare Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Module an einem Produktionsort über Kupplungen an ein lokales, fest installiertes Versorgungs¬ netz/Entsorgungsnetz angeschlossen werden, mit dem die Module mit Stoffen und/oder Energie versorgt werden, und/ oder in das Stoffe abgegeben werden können.
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