ES2270010T3 - Dosificacion simultanea de iniciadores organicos y coloides protectores durante reacciones de polimerizacion. - Google Patents

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Koen Antoon Kornelis Vanduffel
Lambertus Meulenbrugge
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Abstract

Un proceso para polimerizar una mezcla de polimerización, que comprende al menos un monómero en el que se dosifican al menos un iniciador orgánico y 0, 01 ¿ 1 % en peso de un coloide protector, basado en el peso de los monómeros a polimerizar, en la mezcla de polimerización a la temperatura de polimerización.

Description

Dosificación simultánea de iniciadores orgánicos y coloides protectores durante reacciones de polimerización.
El presente invento se refiere a un proceso para polimerizar uno o más monómeros en el que se dosifican uno o más iniciadores orgánicos en una mezcla de polimerización a la temperatura de polimerización.
Tal proceso se conoce del documento DE-OS-1 570 963, en el que se dosifican iniciadores en un reactor de polimerización. Los iniciadores empleados son peróxidos orgánicos tales como peroxidicarbonatos. Los peroxidicarbonatos tienen generalmente una media vida relativamente larga comprendida entre 3,5 y 4,5 horas a una temperatura de polimerización de 54ºC. Comparado con el proceso del documento DE-OS-1 570 963, la velocidad de polimerización se mejora cuando se usa el proceso descrito en el documento WO 00/17245, en el que se dosifican peróxidos orgánicos en un reactor de polimerización a temperaturas en las que los peróxidos tienen una media vida entre 0,05 y 1,0 horas. Seleccionando el peróxido apropiado y las condiciones de dosificación apropiadas, el calor de la polimerización puede ser controlado en un nivel constante, dando lugar a altas producciones de polímero, uso muy eficiente de peróxido y bajos niveles de peróxido residual en la resina después de la polimerización. La solicitud de patente de EEUU no publicada U.S.60/342.434 describe un proceso que permite tiempos de polimerización incluso más cortos que el documento WO 00/17245. Aquí se enseña a dosificar peróxidos orgánicos en un reactor de polimerización a temperaturas en las que el peróxido tiene una vida media de 0,0001 a 0,05 horas. Este proceso permite un control de calor incluso mejor durante la polimerización, un rendimiento de reactor espacio-tiempo e incluso niveles inferiores de peróxido residual en la resina. En estas reacciones, sin embargo, se ha encontrado que la eficiencia del iniciador era generalmente insuficiente, dando lugar a niveles de dosificación relativamente altos del iniciador y niveles altos de productos de descomposición no deseados. Dependiendo de la naturaleza de los productos de descomposición, el olor y/o color de la resina puede ser inaceptable. También, se sabe que esos productos de descomposición residuales, que tienen típicamente un peso molecular de menos de 250 Dalton, puede llevar al empañamiento (los productos de descomposición se evaporan de la resina y se condensan en otra superficie), lo que no es deseado. En el documento EP 718314 se describe un proceso de dos etapas para polimerizar monómeros acrílicos y metacrílicos en el que en la primera etapa se mezclan y calientan grandes cantidades de coloide protector en el intervalo de 4 a 15% en peso, después de lo cual la solución es enfriada y se añade una mezcla de monómero. En la segunda etapa, la mezcla obtenida se calienta de nuevo en presencia de un iniciador orgánico. La alta cantidad de coloides protectores que es necesaria da lugar a un método muy complicado, con grandes tiempos de reactor (aproximadamente 7 horas) para hacer polímeros acrílicos y metacrílicos.
El documento EP 0 065 162 describe un proceso para la preparación de dispersiones acuosas de poliacrilato por polimerización de monómeros de éster acrílicos y/o metacrílicos, dosificando una emulsión de los monómeros en una emulsión acuosa a 30-95ºC en presencia de iniciadores de polimerización que forman radicales, coloides protectores, 0,5-5% en peso de emulsionantes no iónicos y reguladores. La cantidad de coloide protector que se dosifica en la mezcla de polimerización es aumentada por unidad de tiempo dosificando el coloide protector en la emulsión que contiene monómero durante un periodo de tiempo de aproximadamente 2,5 horas, mientras que durante el mismo periodo de tiempo la emulsión resultante de coloide protector/monómero y una solución acuosa de iniciador son dosificados en una mezcla acuosa de iniciador y monómero. El iniciador de polimerización de formación de radical descrito en este documento es peroxodisulfato potásico.
El documento DE 195 37 936 describe un proceso para la preparación de dispersiones acuosas de polímero por polimerización de emulsión de componentes no saturados olefínicamente usando una solución acuosa de iniciador que contiene un componente activo de superficie, siendo el componente activo de superficie preferido un emulsionante.
Es un objeto del presente invento proporcionar un proceso simple y mejorado, que usa bajas cantidades de coloides protectores y tiempos de reactor cortos, que vence las desventajas de procesos de la técnica anterior mientras que dan lugar a resinas con propiedades deseables, tales como porosidad para resinas de PVC.
El proceso del presente invento es un proceso en el que al menos parte de la cantidad total de uno o más iniciadores orgánicos es dosificada en una mezcla de polimerización a una temperatura de polimerización y en el que se dosifica al menos parte de la cantidad total de uno o más coloides protectores. Dosificando tanto el iniciador como el coloide protector, se mejora la eficiencia del iniciador, aumentando la velocidad de polimerización y acortando los tiempos de polimerización comparado con la técnica citada antes. Además de esto, se encontró que aumentaba la velocidad de caída de presión, lo que mejora incluso más el rendimiento obtenible en el reactor espacio-tiempo. Adicionalmente, se puede ser mejorar y controlar mejor la porosidad del polímero por medio de la selección de coloides protectores apropiados y la manera en la que se dosifican el coloide protector y/o el peróxido. Una ventaja adicional es que se reduce el nivel de ojos de pez. El proceso en el que se carga todo el peróxido en la mezcla de reacción al principio de la reacción de polimerización y en el que se dosifica un coloide protector en la mezcla se conoce del documento US 5.376.747. Este proceso tiene como mira producir un polímero basado en cloruro de vinilo que tenga un número efectivamente reducido de ojos de pez sin pérdida de estabilidad térmica. No enseña a dosificar el peróxido para conseguir una mayor velocidad de polimerización, no describe la dosificación simultánea del coloide protector y el peróxido, lo que mejora incluso más dicha velocidad.
Una teoría no vinculante puede explicar el principio de funcionamiento del presente invento. La velocidad de polimerización depende de la velocidad de iniciador (k_{init}) del iniciador, que es proporcional a un factor de eficiencia (f) y una velocidad de descomposición (k_{d}). La velocidad de descomposición es inversamente proporcional a la vida media del iniciador, que es proporcional al factor de activación dependiente de la temperatura (e^{-Ea/RT}). Será evidente para un experto que dosificando un iniciador rápido que tenga una vida media más corta, puede aumentarse la velocidad de polimerización debido a la mayor velocidad de descomposición k_{d}. Se cree que la dosificación del coloide protector influye al factor de eficiencia f, particularmente para estos iniciadores rápidos. Por tanto, la dosificación del iniciador y el coloide protector tiene un efecto sinergético en la velocidad de polimerización y la aumenta hasta un valor mayor comparado con variar solo el iniciador o solo el coloide protector.
El proceso acorde con el invento es eminentemente adecuado, a priori, para polimerizar mezclas de monómero que comprenden monómero de cloruro de vinilo (VCM). Preferiblemente, el proceso acorde con el invento conlleva la polimerización de mezclas de monómero que comprenden al menos un 50% en peso (% w/w) de VCM, basándose en el peso de todo el monómero. Comonómeros que pueden ser usados son de tipo convencional e incluyen cloruro de vinilideno, acetato de vinilo, etileno, propileno, acrilonitrilo, estireno y acrilatos o metacrilatos. Más preferiblemente, al menos el 80% en peso del monómero o monómeros que se polimerizan están hechos de VCM, mientras que en el proceso más preferido el monómero consta esencialmente de VCM. Tal y como se conoce bien en la técnica, la temperatura de polimerización de tales procesos determina en gran medida el peso molecular de la resina resultante.
En el proceso del invento puede usarse uno o más coloides protectores. Ejemplos de coloides protectores adecuados son coloides protectores tales como poli(alcohol de vinilo) (PVAs), que puede, por ejemplo, ser (parcialmente) poli(acetato de vinilo) convertido en jabón con un grado de hidrólisis de al menos el 40%, más preferiblemente el 60% y más preferiblemente el 62% y un grado de hidrólisis de cómo mucho el 90%, más preferiblemente el 85% y lo más preferiblemente el 80%. Si por ejemplo se emplean dos PVAs, ambos PVAs pueden tener un grado de hidrólisis similar. También puede concebirse que los dos PVAs tengan un grado de hidrólisis diferente. Un primer PVA puede tener un grado similar de hidrólisis como se ha descrito antes. Un segundo PVA puede tener un grado de hidrólisis de al menos un 10%, más preferiblemente un 20% y más preferiblemente un 30% y un grado de hidrólisis de cómo mucho un 80%, más preferiblemente un 70% y lo más preferiblemente un 60%. Si se usa más de un PVA, el grado indicado de hidrólisis es generalmente el grado de hidrólisis ponderado en peso de los productos usados. Aunque dichos PVAs son los coloides protectores preferidos para procesos acordes con el invento, también es posible usar otros coloides protectores preferidos, tales como celulósicos, polímeros solubles en agua, agentes emulsionantes solubles en aceite o agentes emulsionantes solubles en agua. Ejemplos de tales celulósicos son celulosa de metileno, celulosa de etileno, celulosa de hidroxietileno, celulosa de hidroxipropileno y celulosa de metileno hydroxipropileno. Ejemplos de polímeros solubles en agua son ácido de poliacrílico, gelatina, copolímeros de ácido maleico de estireno y poli(pirrolidone de vinilo. Agentes emulsionantes solubles en aceite son, por ejemplo, monolaurato de sorbitan, triolato de sorbitan, monoesterato de sorbitan, tristearato de glicerina y copolímeros de bloque de óxido de propileno óxido de etileno. Ejemplos de agentes emulsionantes solubles en agua son monolarato de poli(polioxietileno de sorbitan), oleato de poli(glicerina de oxietileno) y laurato de sodio. También se concibe el empleo de una combinación de dos o más de los coloides protectores anteriores.
El coloide protector puede estar en estado puro o estar diluido en un solvente apropiado, que en el caso de PVA es preferiblemente agua o una mezcla de agua y un alcohol. Soluciones acuosas pueden contener al menos un 0,5% en peso de PVA, más preferiblemente un 1% en peso y más preferiblemente al menos un 2% en peso y como mucho un 10% en peso de PVA, más preferiblemente como mucho un 5% en peso y lo más preferiblemente como mucho un 4% en peso.
La cantidad de coloide protector a usar en el proceso acorde con el invento está dentro de intervalos menores que los usados convencionalmente en procesos de polimerización. Típicamente, este intervalo tiene un límite inferior de 0,01% en peso de coloide protector y más preferiblemente un 0,02% en peso y un límite superior del 1% en peso de coloide protector, preferiblemente un 0,3% en peso y más preferiblemente un 0,15% en peso, basándose en el peso que se usa del monómero o monómeros a polimerizar.
En el proceso acorde con el invento, se pueden usar uno o más iniciadores. Estos iniciadores pueden ser de cualquier tipo de peróxido orgánico adecuado para usar en el proceso de polimerización, tal como peroxidicarbonatos y peróxido de acetil-ciclohexilo-sulfonilo. Más iniciadores preferidos son iniciadores rápidos tales como peróxidos orgánicos que tienen una vida media de 0,0001 a 1 hora. Incluso más preferidos son peróxidos que tienen una vida media comprendida de 0,0001 a 0,5 horas. Ejemplos preferidos de peróxidos orgánicos usados en el proceso del invento son 1,1,3,3-tetrametilbutilperoxi-metoxiacetato, tert-butilperoxi-metoxiacetato, tert-amilperoxi-metoxiacetato, tert-butilperoxi-etoxiacetato, diisobutanolperoxido (Trígonos® 187), hexanol-pivaloil peróxido, 2-etil-butanol-isononanol peróxido, peróxido de isobutanol-lauroil, peróxido de isobutanoil-isononanoil, oxalato de bis(tert-butilperoxi), oxalato de cyclodocecil-tert-butilperoxi, 2,2 bis-2-etilhexanoilperoxi-4-metilpentano, 2,2-bis-2-etilbutanoilperoxi-4-metilpentano, 2,2-bis(2,2-dimetilpropanoilperoxy)-4-metilpentano, 2,2-bis-2etilbutanoilperoxi-4-metilpentano, 2,2-bis(2,2-dimetilpropanoilperoxi)-r-metil pentano, 1-(2-etilhexxanoilperoxi)-1,3-dimetilbutil-1-peroxipivalato (Trígonos 267®) ó 2,4,4-trimetilpentil-2-peroxineodacanoato (Trígonos 423®), tert-amil peroxineodecanoato (Trígonos 123®), tert-butil peroxinedodecanoato (Trigonox® 23), benceno (m,p)di(2-isopropil-2-peroxineodecanoato), 2-metil-4-hidroxipentano-2-peroxineodeanoato, \alpha-cumil, peroxineodecanoato (Trigonox® 99), y peroxidicarbonatos tales como disec-butilperoxi-dicarbonato (Trigonox® SBP), di(4-tert-butilciclohexil)peroxidacarbonate (Perkadox® 16) y di(2-etilhexil)peroxidacarbonato (Trigonox® EHP). También se pueden usar otros peróxidos orgánicos que tengan vidas medias comprendidas entre 0,0001 y 1 hora a temperatura de polimerización. Si un peróxido es adecuado y tiene la vida media requerida se puede determinar por estudios convencionales de descomposición térmica en monoclorobenceno, como bien se conoce en la técnica (véase por ejemplo el folleto "Iniciadores para polímeros altos" con código 1001392001 obtenible de Akzo Nobel).
En el proceso del invento no es muy eficiente al usar los iniciadores rápidos durante la etapa de polimerización en la que los contenidos del reactor son calentados a la temperatura de polimerización deseada, los llamados procesos de inicio en frío. Si así se desea, sin embargo, uno o más de los iniciadores rápidos y/o más convencionales puede ser usado en esta etapa. Si se usa un iniciador convencional, este iniciador será introducido preferiblemente en la mezcla de reacción antes o justo después de la operación de calentamiento, cuando la conversión, o grado de polimerización, es menor del 80%, preferiblemente menor del 50%, más preferiblemente menor del 30%, incluso más preferiblemente menor del 10%, y lo más preferiblemente menor del 2% de todo el monómero usado en el proceso.
Si la mezcla de reacción es formulada a la temperatura de polimerización o cerca, el así llamado proceso de inicio en caliente, no es requerido para añadir una determinada cantidad de iniciador al comienzo mientras el resto es dosificado durante el tiempo. Sin embargo, también en el proceso de inicio en caliente puede ser beneficioso añadir hasta un 60% en peso, más preferiblemente hasta un 40% en peso, incluso más preferiblemente hasta un 25% en peso, incluso más preferiblemente hasta un 10% en peso, incluso más preferiblemente hasta un 4% en peso, incluso más preferiblemente hasta un 2% en peso y más preferiblemente hasta un 1% en peso de todo iniciador inmediatamente después de la formación de la mezcla de reacción, siendo el resto dosificado en el tiempo. Este procedimiento es particularmente preferido si en la mezcla de reacción hay presente una determinada cantidad de inhibidor de polimerización (un radical de atrapado de especie). Si está presente tal barredor de radical, por ejemplo debido ya que es introducido con el monómero en el que se usa típicamente como estabilizador, el iniciador inicialmente dosificado reaccionará con dicho estabilizador, evitando así un inicio retrasado de la reacción de polimerización.
La cantidad de iniciador (o iniciadores) a usar en el proceso acorde con el invento está en el intervalo usado convencionalmente en procesos de polimerización.
Típicamente, este intervalo tiene un límite inferior a 0,01% en peso de iniciador y más preferiblemente un 0,02% en peso y un límite superior del 1% en peso de iniciador, preferiblemente un 0,3% en peso; más preferiblemente un 0,2% en peso basado en el peso del monómero o monómeros a polimerizar que se usa.
El iniciador es dosificado en el reactor en estado puro o, preferiblemente, en forma de una solución diluida o dispersión (tal como una suspensión o emulsión). Se pueden usar uno o más solventes adecuados para diluir el iniciador. Preferiblemente, tales solventes son retirados fácilmente durante las operaciones en las que el polímero es trabajado después del proceso de polimerización, tal como alcoholes o son de tal naturaleza que es aceptable dejarlos como un residuo en el polímero final, como en el caso de solventes en los que son deseados plastificantes para la resina final. Además de esto, puede ser ventajoso, pero no es requerido necesariamente, que tales solventes no afecten adversamente a la estabilidad térmica del iniciador disuelto en él, como se puede verificar analizando la temperatura de vida media del iniciador en dicho solvente. Un ejemplo de tal solvente es isododecano. Si la dispersión de iniciador es dosificada, entonces la dispersión puede ser del propio iniciador o de una solución del iniciador, preferiblemente en dichos solventes adecuados. Preferiblemente, la dispersión es una dispersión acuosa. Preferiblemente, el iniciador es dosificado en una concentración de al menos un 0,1% en peso, más preferiblemente un 0,5% en peso y más preferiblemente un 2% en peso, y como mucho un 75% en peso, más preferiblemente como mucho un 60% en peso, incluso más preferiblemente como mucho un 50% en peso, incluso más preferiblemente un 25% en peso y más preferiblemente un 15% en peso. Las soluciones o dispersiones más diluidas de iniciador aseguran una mezcla rápida del iniciador y la mezcla de polimerización, lo que lleva a un uso más eficiente del iniciador, lo que es importante para los iniciadores rápidos que son usados.
Durante la reacción de polimerización el iniciador rápido y el coloide protector pueden ser añadidos simultáneamente o por separado de una manera alternativa o secuencialmente en orden aleatorio a la temperatura de polimerización. Una parte del coloide protector puede ser añadido a la mezcla de reacción antes de la adición del iniciador durante el proceso de inicio en frío o inicio en caliente. Esto es para asegurar que el monómero a polimerizar está dispersado apropiadamente en la mezcla de reacción. Esta parte puede ser al menos el 1% de la cantidad total del coloide protector, preferiblemente al menos el 5% y más preferiblemente al menos el 10% y como mucho un 50%, preferiblemente como mucho un 30% y más preferiblemente como mucho un 20%. La parte restante se añade después como se describe más adelante. Partes del iniciador y del coloide protector pueden ser añadidas por separado de una manera alternativa o secuencialmente en orden aleatorio al reactor en al menos 2 momentos, preferiblemente en al menos 4, más preferiblemente en al menos 10 y lo más preferiblemente en al menos 20. La cantidad de iniciador puede ser la misma o puede variar con cada parte o con un número de partes de iniciador. Puede ser variado de tal manera que cada parte o partes de cada iniciador o iniciadores siguiente contiene más (o menos) iniciador, según se desee. La cantidad de coloide protector dentro de cada parte de coloide puede ser la misma o variar individualmente o en grupo de una manera análoga a las partes de iniciador. La dosificación de los iniciadores rápidos y el coloide protector puede desarrollarse simultáneamente, y esto puede hacerse intermitente o continuamente en un periodo de tiempo durante el que al menos el 20%, preferiblemente al menos el 40%, más preferiblemente al menos el 60% de todo el monómero usado en el proceso es polimerizado. Si se selecciona una operación intermitente, hay al menos 2, preferiblemente al menos 4, más preferiblemente al menos 10, y más preferiblemente al menos 20 momentos a la temperatura de polimerización en los que el iniciador y el coloide protector son dosificados. Si así se desea, el funcionamiento intermitente y el continuo pueden ser combinados, de tal manera que el iniciador y/o el coloide protector son dosificados intermitentemente durante determinados (más largos o más cortos) periodos de tiempo. Más preferiblemente, el iniciador y el coloide protector son dosificados continua y/o intermitentemente después de al menos un 1%, preferiblemente al menos el 5%, más preferiblemente al menos 10%, incluso más preferiblemente al menos el 20%, más preferiblemente al menos el 30% del monómero o monómeros ya ha sido polimerizado, con al menos el 10%, preferiblemente al menos el 20%, más preferiblemente al menos el 30% y más preferiblemente al menos el 50% de todo el monómero usado en el progreso siendo polimerizado durante el periodo de dosificación. Las cantidades de iniciador y coloide protector pueden ser las mismas o pueden variar (también una respecto a la otra) con cada parte o con un número de partes dosificadas intermitentemente. Esto puede ser variado de tal manera que cada parte de iniciador siguiente contiene más (o menos) iniciador, según se desee. Cuando el iniciador y el coloide protector son dosificados continuamente, sus cantidades pueden ser constantes o pueden aumentar (o disminuir) gradualmente durante la operación de dosificación; también en este caso, las cantidades de iniciador y coloide protector puede variar una con respecto a la otra, en cuyo proceso uno de los dos componentes puede ser mantenido en una cantidad constante. Opcionalmente, pero menos deseado, el iniciador y/o coloide protector que es dosificado es combinado con agua y/o monómero, por ejemplo para contrarrestar la reducción del volumen de la mezcla de polimerización, o para facilitar la transferencia del iniciador al monómero a polimerizar.
Preferiblemente, la dosificación de iniciador y PVA puede ser efectuada en cualquier punto de entrada adecuado al reactor. Tal punto de entrada puede ser colocado por debajo o por encima de la superficie de la mezcla de reacción, según se desee. El iniciador y el coloide protector puede ser añadido por separado al reactor por medio de dos puntos de entrada individuales, o pueden ser mezclados previamente y entrar al reactor a través de una lumbrera de entrada. Si se añade agua en el transcurso del proceso de polimerización, por ejemplo para compensar el encogimiento del contenido del reactor debido a la reacción de polimerización, puede ser ventajoso usar la línea a través de la cual este agua es dosificada para dosificar también el iniciador y/o el coloide protector. También puede ser concebido que el reactor comprenda una pluralidad de puntos de entrada situados en posiciones diferentes en la periferia de dicho reactor, para asegurar mejor, más rápida y más homogénea mezcla del iniciador y/o el coloide protector en la mezcla de reacción. Si el reactor incluye además un condensador de reflujo, se contempla el añadir el coloide protector a la mezcla de reacción por medio del condensador de reflujo a través de uno o más puntos de entrada.
El proceso de polimerización puede ser conducido como un proceso en masa en el que la mezcla de reacción es predominantemente monómero, o como un proceso de suspensión más preferido en el que la mezcla de reacción es típicamente una (micro)-suspensión de monómero en agua, o como una emulsión o micro-emulsión en el que el monómero es emulsionado típicamente en agua. En estos procesos se tendrán que usar los aditivos usuales. Por ejemplo, si el monómero está presente en forma de una suspensión en agua, pueden estar presentes los aditivos usuales como agentes tensoactivo o tensoactivos, agente o agentes antisuciedad, compensador o compensadores de PH, etc. Dependiendo del tipo de polímero deseado, puede ser preferido cada uno de los procesos mencionados antes. Debido a la baja cantidad de coloide protector que se necesita, el proceso acorde con el invento es especialmente adecuado para el uso en procesos de suspensión o micro suspensión. Más preferiblemente es un proceso de polimerización en suspensión.
Los procesos mencionados en masa y el preferido en suspensión puede ser realizado por lotes o en un reactor continuo. En un proceso por lotes, la polimerización del monómero se realiza y termina en un reactor, después del cual el polímero resultante es retirado del reactor y es aislado. El proceso de polimerización también puede ser realizado en un reactor continuo, con la cantidad de monómero, que entra en el reactor, permanece en el reactor durante un periodo de tiempo, es decir el tiempo de residencia, antes de dejar el reactor. El tiempo de residencia es elegido lo suficientemente largo para que al menos un 1%, preferiblemente al menos un 5% y más preferiblemente al menos un 10% y como mucho un 99%, preferiblemente como mucho un 96%, más preferiblemente como mucho un 90% y más preferiblemente como mucho un 85% de la cantidad de monómero entre al reactor para ser polimerizado antes de dejar el reactor. El polímero resultante es, al menos parcialmente, retirado del reactor o del fluido que fluye fuera y es aislado a continuación. Tras la retirada del polímero, una nueva parte de monómero es añadida al reactor, hasta al menos compensar parcialmente la cantidad polimerizada del monómero retirado. De esta manera, el rendimiento espacio-tiempo es mejorado adicionalmente comparado con procesos por lotes. El proceso acorde con el invento hace posible realizar la reacción de polimerización en 4 horas, preferiblemente en 3 horas, más preferiblemente en 2 horas y más preferiblemente en 1 hora. El tiempo de polimerización puede ser definido como el tiempo en el que monómeros son polimerizados a una velocidad de polimerización todavía significativa. En casos en los que se observa una presión constante en el reactor seguido por una caída de presión, el tiempo de polimerización abarca al menos este tiempo de presión constante. En un proceso continuo, la presión no cae o cae solo ligeramente, de manera que en realidad el reactor siempre tiene una presión constante. En tal caso, el porcentaje (en peso) de polímero formado con relación con el monómero añadido en total por hora, o el porcentaje (en peso) de monómero convertido por hora con relación al monómero añadido en total por hora da una buena indicación de la velocidad de polimerización. El mencionado tiempo de polimerización es dependiente de la cantidad y tipo de iniciador usado, la cantidad y tipo de coloide protector, la manera en la que el coloide protector y el iniciador son dosificados, la temperatura de reacción, etc. Eligiendo los parámetros correctos, dicho tiempo puede ser reducido, mejorando además así el rendimiento espacio-tiempo del reactor.
Después de la polimerización, el polímero o copolímero (o resina) resultante será desarrollado como es usual en la técnica. Los polímeros obtenidos por una polimerización en suspensión de acuerdo con el invento, por ejemplo, serán sometidos a las etapas usuales de secado y cribado. La resina resultante está caracterizada preferiblemente porque contiene menos de 50 ppm de iniciador residual, más preferiblemente menos de 40 ppm, y más preferiblemente menos de 25 ppm de iniciador, inmediatamente después de un secado durante 1 hora a 60ºC y cribado. Se encontró que la resina exhibe excelente estabilidad al calor según se mide con un horno de ensayo Metrastat® PSD260 de acuerdo con ISO 182-2 (1990E). La estabilidad al calor mejorada probó que la resina apenas se descolorió cuando se sometió a etapas de procesamiento a fundición, por ejemplo para formar artículos con forma.
A continuación se presentan ejemplos no limitativos para demostrar el efecto no esperado de PVA de dosificación simultánea en la dosificación continua de peróxidos durante polimerización de suspensión de PVC. Los ejemplos no han sido optimizados.
Experimental
En un experimento estándar de polimerización en suspensión, se cargó un reactor Büchi de acero inoxidable, de 1 litro y temperatura controlada, equipado con un tabique, un agitador de tres hojas, un transductor de presión, una línea de alimentación de cloruro de vinilo (VCM) y una línea de purga de nitrógeno, con: 425 g de agua desmineralizada, Alcotex® B72 (poli(alcohol/acetato de vinilo)) en una solución al 5% en agua desmineralizada, las cantidades y procedimientos de dosificación (inicio en caliente y dosificación continua de peróxido) según se menciona en las tablas 1 y 2, y fue presurizado a 15 bar, usando nitrógeno. Si no se observan fugas, el reactor es evacuado y presurizado con nitrógeno hasta 5 bar tres veces para limpiar virtualmente todo el aire. A continuación, el reactor fue evacuado y cargado con 250 g de VCM ex Akzo Nobel SALT & Basics, seguido por calentamiento del reactor hasta la temperatura de polimerización en 30-60 min. Las cantidades de iniciador y coloide protector y el procedimiento de dosificación también se mencionan en las tablas 1 y 2. Después de una caída de presión de 2-3 bar en el reactor ó 4,5 horas de tiempo de reacción, lo que ocurra primero, la polimerización se continuó durante otra media hora sin dosificar iniciador y/o coloide protector, y después el reactor fue enfriado hasta 20-25ºC, evacuado y liberado de virtualmente todo el VCM restante. El polímero fue obtenido después de filtración, lavado y secado (a 60ºC durante 1 hora usando un lecho fluido). El tiempo hasta que la presión cae en el reactor es el tiempo de presión constante (CPT). Usando el ajuste experimental anterior, diferencias de 5 minutos en CPT son consideradas como significativas.
El calor formado durante el proceso de polimerización es medio y el enfriamiento es adaptado al calor formado. Cuanto más calor se genere en un determinado tiempo, más difícil será controlar la temperatura de la mezcla de reacción. Se prefiere un pico bajo de calor junto con altas producciones de polímero, ya que entonces se puede obtener un óptimo en la producción espacio-tiempo del reactor.
Ejemplos
Se usaron dos iniciadores, a saber, Trigonos® 187 y Trigonos® 267. El procedimiento de dosificación y los resultados de polimerización de cada iniciador individual se representan en las tablas 1 y 2. Después de alcanzar la temperatura de polimerización, las partes tabuladas de Trigonox® 187 (o Trigonox® 267) por millón de partes de VCM (dosificadas como un 0,8% en peso de solución de metanol) fue dosificada durante el periodo de tiempo mencionado. Después de la primera dosificación, la velocidad de dosificación se redujo hasta un nivel inferior (véase la cantidad y tiempo tabulados). En el caso de dosificación simultánea de PVA, la solución de Trigonox® 187 (o Trionox® 267) y la solución de PVA en agua se mezclaron y agitaron continuamente.
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TABLA 1 Resultados de polimerización de suspensión de VCM con Trigonox® 187 a 57ºC de acuerdo con el procedimiento para dosificación continua
1
TABLA 2 Resultados de polimerización de suspensión de VCM con Trígonos® 267 a 57ºC de acuerdo con el procedimiento de dosificación continua de peróxido
2
Los ejemplos 1 y 2 muestran que la dosificación simultánea del peróxido y el PVA da lugar a un CPT significativamente más corto, lo que indica una velocidad de polimerización más rápida, lo que da lugar a un tiempo de polimerización más corto y una caída de presión más rápida. En efecto, se puede usar menos peróxido para obtener similares rendimientos espacio-tiempo del reactor (rendimiento de PVC) cuando el peróxido y el PVA son dosificados simultáneamente. La tabla 2 muestra además que la dosificación simultánea lleva a una porosidad significativamente mejorada del polímero resultante.

Claims (11)

1. Un proceso para polimerizar una mezcla de polimerización, que comprende al menos un monómero en el que se dosifican al menos un iniciador orgánico y 0,01-1% en peso de un coloide protector, basado en el peso de los monómeros a polimerizar, en la mezcla de polimerización a la temperatura de polimerización.
2. El proceso acorde con la reivindicación 1, en el que al menos uno de los monómeros es cloruro de vinilo.
3. El proceso acorde con la reivindicación 1 ó 2, en el que el coloide protector es un poli(alcohol de vinilo), preferiblemente un poli(acetato de vinilo) convertido en jabón con un grado de hidrólisis de entre 40 y 90%.
4. El proceso acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el iniciador orgánico tiene una vida media de desde 0,0001 hora a 1 hora, preferiblemente desde 0,0001 hora a 0,5 hora, a la temperatura de polimerización.
5. El proceso acorde con cualquiera de la reivindicaciones anteriores, en el que el iniciador y el coloide protector son dosificados al menos parcialmente de manera simultánea.
6. El proceso acorde con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la dosificación del iniciador y el coloide protector son controlados de tal manera que se usa la máxima capacidad de enfriamiento del reactor.
7. El proceso acorde con cualquiera de la reivindicaciones 1-6, en el que al menos parte del iniciador y al menos parte del coloide protector son dosificados, intermitente y/o continuamente, durante un periodo en el que al menos el 20% de todo el monómero usado en la polimerización es polimerizado.
8. El proceso acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que al menos parte del iniciador y el coloide protector son dosificados, intermitente y/o continuamente, después de al menos el 1%, preferiblemente al menos el 5%, más preferiblemente al menos el 10%, incluso más preferiblemente al menos el 20%, más preferiblemente al menos el 30% del monómero o monómeros haya sido ya polimerizado y en el que durante el periodo de dosificación al menos el 10%, preferiblemente al menos el 20%, más preferiblemente al menos el 30% y lo más preferiblemente al menos el 50% de todo el monómero usado en el proceso está polimerizado.
9. El proceso acorde con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tiempo de polimerización de un proceso por lotes o el tiempo de residencia de un proceso continuo es menor de 4 horas.
10. Un polímero (o copolímero) basado en cloruro de vinilo que se puede obtener por cualquiera de los procesos de las reivindicaciones 1-9, que tiene menos de 50 partes en peso de iniciador residual, basado en un millón de partes en peso del polímero (o copolímero), cuando se mide inmediatamente después de la polimerización y el secado del polímero (o copolímero) durante 1 hora a 60ºC.
11. El uso del polímero (o copolímero) de cloruro de vinilo de la reivindicación 10, en un proceso de configuración que conlleva el calentamiento del polímero (o copolímero) por encima de su temperatura de fusión.
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