ITUD950109A1 - Procedimento di polimerizzazione di monomeri - Google Patents
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Abstract
Un processo per la polimerizzazione di monomeri in sospensione e/o emulsione acquosa effettuata in reattori sulle cui superfici interne viene depositato un prodotto anti-incrostante, caratterizzato da fatto che detto prodotto anti-incrostante proviene dal cross-linkaggio di alcool polivinilico con il prodotto formato della reazione del sale sodico dell'acido idrossimertansulfinico con naftoli.
Description
Brevetto per invenzione industriale
Titolo:
Procedimento di polimerizzazione di monomeri
L'oggetto di questa invenzione é un processo di polimerizzazione di monomeri in sospensione od emulsione acquosa eseguito in reattori all'interno dei quali é stato depositato un rivestimento in grado di eliminare qualsiasi formazione di croste o pellicole di polimero, ed una tecnologia di applicazione che conduce ad una composizione del rivestimento incolore ed efficace per tutta la durata della reazione di polimerizzazione.
Agenti anti-incrostanti per reattori di polimerizzazione e loro tecniche di applicazione sono già noti nella tecnica anteriore.
Nella tecnica attuale vi sono anche tipi diversi di anti-incrostanti per tipo di polimero e per ciascuno di questi vi sono diverse metodologie di applicazione per formare un rivestimento antideposito all'interno dei reattori stessi.
Ad esempio l'antincrostante e la sua tecnica di applicazione per la polimerizzazione del cloruro di vinile non sono gli stessi di quelli usati nel reattore per la produzione di polistirolo o di quelli usati per la produzione di polimeri acrilici, e così via.
Questo fatto comporta la necessità di tenere in scorta prodotti diversi ed apparati di spruzzatura e applicazione diversi con tutte le conseguenze di alto costo della gestione.
Un primo scopo di questa invenzione é quello di realizzare un antiincrostante ed una semplice tecnologia di applicazione che operino bene in qualsiasi tipo di reattore di polimerizzazione e per i più svariati tipi di materiali diversi, quindi sia per il polistirolo che per i polimeri acrilici, che per l'ABS, il poliuretano, il polivinilcloruro, ecc.
Nei caso specifico della polimerizzazione in sospensione acquosa e della polimerizzazione in emulsione acquosa del cloruro di vinile ad esempio, é noto che nei reattori si forma un sostanziale deposito di incrostazioni, cha hanno come principali inconvenienti:
- una consistente manutenzione per l'eliminazione delle incrostazioni con conseguente interruzione della produzione, apertura del reattore e quindi immissioni nell'atmosfera di elevati quantitativi di cloruro di vinile monomero gassoso (VCM);
- inquinamento del prodotto risultante poiché alcune parti di incrostazione finiscono nel rispettivo prodotto polimerizzato con conseguente peggioramento qualitativo e reclami degli utilizzatori;
- in definitiva intralci sia nel sistema produttivo che nelle problematiche ecologiche per le aree nelle quali operano gli impianti industriali di polivinilcloruro (P.V.C.).
Questo problema praticamente esiste per tutti i tipi di polimerizzazioni.
Ulteriormente i prodotti anti-incrostanti destinati a rivestire le superfici dei rispettivi reattori sono di colore bluastro o marron scuro tendente al nero, per cui le particelle che si staccano dalla crosta, inquinano il polimero ottenuto (ad esempio cloruro di polivinile ottenuto) dal reattore sotto forma di puntini neri, che ad esempio nei manufatti finiti peggiorano l'aspetto qualitativo del prodotto stesso.
Ulteriormente é da rilevare che le particelle di materiale che si staccano dalla crosta della parete, finiscono nel prodotto in reazione, costituiscono inquinamento dello stesso, trattandosi generalmente di prodotti tossici.
E' nota, nell'arte anteriore, la tecnica di condensazione o da policondensazione dei naftoli e dei fenoli con un prodotto reticolante aldeidico (es. formaldeide ed altri), per ottenere prodotti anti-incrostanti.
A tale scopo si fa riferimento a:
• US-A-3669946 (depositato in U.S. il 31 Agosto 1970, divulgato il 13 giugno 1972), che suggerisce l'uso di formaldeide e composti chetonici, coloranti naftolici, ecc. ed anche alfa-naftilamine e nigrosine. Questo insegnamento predivulga il concetto generale di formare dei condensati antiincrostanti a partire dalla combinazione di formaldeide con fenoli e naftolderivati.
• U.S.-A-3825434 (23 luglio 1974) descrive un agente antiincrostante per la polimerizzazione di cloruro di vinile, ottenuto dalla condensazione del fenolo con la formaldeide, ove ovviamente per definizione in questo brevetto il prodotto ottenuto viene sempre classificato come 3 appartenente alla famiglia dei fenoli-formaldeide o poliarilfenoli.
• US-4,068,059 (depositato il 17-2-77; pubblicato il 10-1 -78) spiega ulteriormente l'importanza di usare come anti-incrostanti dei prodotti che nella loro struttura chimica contengono uno o più dei seguenti radicali: -OH; -COOH; S03H ed S03Na.
Questi gruppi sono usualmente attaccati ad un nucleo aromatico.
• EP-A-0052421 descrive un processo per ottenere un prodotto anti- incrostante formato con formaldeide che viene fatta condensare con 1-naftolo (alfa-naftolo), in cui ambedue le posizioni nucleari 2 e 4 non sono sostituite e la posizione nucleare 3 è non sostituita oppure ha un sostituente che non è fortemente elettron-attrattore per ottenere un condensato.
Anche in questo caso il prodotto ottenuto secondo la chimica é da considerarsi sempre come appartenente alla famiglia dei poliarilfenoli.
Questi ultimi prodotti presentano l'inconveniente di fornire un prodotto di colore marron scuro o blu scuro tendente al nero, e di non essere sempre idonei ad impieghi in settori di polimerizzazione con materiali diversi.
La reazione è di difficile controllo e porta a prodotti reticolati non solubili in soluzione acquosa alcalina.
Ulteriormente, il rivestimento del reattore con questi antiincrostanti si consuma facilmente disperdendosi nel materiale in reazione, inquinandolo sia per colore che per tossicità.
Ulteriormente si deve rilevare che questi anti-incrostanti sono di scarsa efficacia, o comunque richiedono un deposito massivo di incrostazione a parete, tale da precludere alcuni usi, come per esempio, sanitario ed/ aiimentare, dove sono richiesti limiti decisamente inferiori di prodotto inquinante nel manufatto finito, ecc.
Per ottenere una buona efffficacia anticrosta, si devono comunque depositare in parete elevati quantitativi ciò che incide anche sui costi.
li colore degli anti-incrostantl della tecnica nota è scuro e poco gradito all'utilizzatore anche perchè fa pensare ad un prodotto inquinante.
Il colore scuro del prodotto porta ad una crosta in parete, pure di colore scuro (nerastro) e questo non permette di vedere eventuali difetti di applicazione. Ma ben più grave è quello che si è già detto sul fatto che durante la reazione si staccano particelle di crosta che si mescolano con il polimero. Essendo queste parti di crosta nere è chiaro il peggioramento qualitativo del prodotto.
Si ritiene che questi rivestimenti anticrosta, anche se addittivati con acetati di polivinile parzialmente idrolizzati od altri collanti e spruzzati con azoto o vapore acqueo all'interno dei reattori di polimerizzazione, formino pellicole colloidali non graffate alla struttura metallica delle pareti attraverso legami elettronici. In definitiva queste pellicole essiccate e poste nell'interfaccia tra la massa In polimerizzazione e la superficie del reattore stesso quando vengono sottoposte a fenomeni di abrasione dovuti alle particelle solide dei polimeri in sospensione acquosa sottoposte a forte agitazione rotatoria, in breve tempo si distaccano dalle pareti del reattore.
Scopo del presente trovato é quello di ovviare ai succitati inconvenienti e particolarmente di ovviare al colore scuro del prodotto ed alla scarsa aderenza del rivestimento che esso andrà a formare sulla parete del reattore.
L'inventore ha originalmente pensato di realizzare un prodotto anti- <‘ >incrostante che una volta applicato sulla parete del reattore sia sostanzialmente incolore e fortemente aderente alle superfici metalliche del reattore stesso.
É noto che per sbiancare un prodotto aromatico, per esempio coloranti, si usa aggiungere sodio idrosolfito oppure potassio idrosolfito.
Tentativi di decolorare con idrosolfito il condensato di formaldeide 1 -naftolo hanno dato risultati negativi perché il condensato risultante rimaneva sempre bluastro nero tendente a formare depositi anche se conservato in assenza di ossigeno, esempio in presenza di azoto.
Nel proseguire la ricerca si è pensato di evitare la reazione fra formaldeide e 1 -naftolo facendo in modo di sostituire la stessa con un prodotto meno tossico ed in grado di formare un prodotto non colorato.
Dopo innumerevoli sperimentazioni si è trovato che il risultato sperato si può ottenere combinando 1 -naftolo con l'acido idrossimetansulfinico di formula:
Il prodotto ottenuto è perfettamente incolore
Usando l'acido idrossimetansulfinico in miscela con 1 -naftolo nelle proporzioni in peso di 1 a 1 ,5, in soluzione acquosa dal 10 al 40%, e portando la soluzione a temperatura tra 70° e 95° C in atmosfera di azoto, ambiente alcalino (pH 11-13), si ottiene un prodotto di colore chiaro trasparente, raggiungendo completamente lo scopo prefisso e senza menomare la qualità del prodotto, anzi migliorandola.
Il prodotto risulta fisicamente di aspetto chiaro, trasparente, ma se lasciato per un certo periodo in presenza di aria si ossida leggermente tendendo al colore verde bluastro.
Interrotto il contatto con l'ossigeno, il prodotto reverte nel suo aspetto originale chiaro trasparente.
Questo comportamento fisico prova che si è giunti ad un prodotto completamente nuovo rispetto ai prodotti della tecnica anteriore, ove questo fenomeno fisico non poteva essere osservato.
Si pensa che la reversibilità del fenomeno possa essere legata alla presenza nel prodotto di un radicale, che in dipendenza dalle concentrazioni di ossigeno può essere o meno unito alla struttura molecolare del composto primario.
In definitiva secondo le deduzioni più probabili dovrebbe trattarsi di un addotto bisolfitico del primo prodotto che si forma nella reazione tra 1-naftolo e l'acido idrossimetansulfinico.
Il prodotto applicato sulla superficie del reattore in atmosfera priva di ossigeno, dopo essiccazione, risulta di colore bianco opalescente opaco, contrariamente al colore scuro degli attuali anti-incrostanti.
E' noto altresì che per rendere gli alcoli polivinilici poco solubili in acqua ed in grado di formare pellicole molto resistenti, si effettuano reazioni di cross-linking tra i gruppi ossidrilici dell'alcool polivinilico con sostanze contenenti radicali capaci di interagire con gli ossidrili stessi.
Si è quindi avuta l'idea di applicare questa tecnica addittivando il prodotto incolore precedentemente descritto con alcoli polivinilici aventi grado di idrolisi superiore a 99% OH e peso molecolare compreso tra 70.000 e 90.000 e di applicare questa miscela alle pareti interne del reattore, mantenute a circa 85° C, mediante miscelazione ed iniezione con vapore acqueo alla pressione di circa 10 Kg./ cm2·
I risultati sono stati sorprendentemente ottimi.
Vantaggiosamente si é verificato che il rivestimento interno dei reattori era incolore molto uniforme e resistente allo sfregamento.
Spruzzando il prodotto con vapore acqueo ad alta temperatura, si ottiene quindi il massimo risultato di aderenza.
Poiché la reazione di polimerizzazione in reattore dura mediamente da quattro a sei ore é evidente che in questo tempo ed in assenza di ossigeno, non si hanno sostanziali degradazioni del prodotto, e conseguentemente degradazioni colorimetriche, per cui una volta completata la reazione di polimerizzazione ed una volta integrata nella massa polimerizzata la piccolissima percentuale di anti-incrostante, questo non subirà più ulteriori contaminazioni e degradazioni di rilievo.
Anzi, mentre nella tecnica anteriore utilizzando i prodotti antiincrostanti precedentemente noti, si doveva lavare e scaricare completamente il reattore da qualsiasi minima traccia residua del prodotto applicato in parete come anti-incrostante, con questo nuovo prodotto, è possibile inviare lo sciacquo del reattore ai serbatoi di raccolta delle sospensioni acquose del polimero ottenuto senza richiedere ulteriori scarichi a rifiuto, realizzando in questo modo una completa ed efficace e soprattutto economica tecnologia di carico e scarico dei reattori di polimerizzazione con tecnica denominata dagli esperti del settore a passo d’uomo chiuso ("man hole closed").
Poiché l'acido idrossimetansulfinico può essere anche utilizzato con un eccesso molare di idrosolfito, anche utilizzando questo prodotto si otterrebbe un derivato di analoga o migliorata performance (condizioni maggiormente riducenti).
Poiché sia in questo caso che nel caso precedente, l’attività del prodotto è data sempre dalla presenza di derivati bisolfitici ed in particolare di radicali bisolfitici presenti nel derivato, questa caratteristica distingue chiaramente il nuovo prodotto dalla tecnica anteriore, ed in particolare con riferimento alla struttura risultante del prodotto derivato, questo si contraddistingue come innovatore per la presenza di un atomo di carbonio interposto tra anelli aromatici e legato ad un gruppo sulfinico.
Questo prodotto bisolfitico inibito dal sale sodico dell'acido idrossimetansulfinico é perfettamente in grado di cross-linkare l'alcool polivinilico presente e quindi formare con i metalli delle pareti dei reattori (Ferro, Nichel, Cromo) complessi reticolati fortemente resistenti.
L'acido idrossimetansulfinico viene anche trovato in commercio sotto il nome dì rongalite.
Claims (20)
- RIVENDICAZIONI 1. Un processo per la polimerizzazione di monomeri in sospensione e/i emulsione acquosa effettuata in reattori sulle cui su ici interne viene depositato un prodotto anti-incrostante, caratterizzato dal fatto che detto prodotto anti-incrostante proviene dal cross-linkaggio di alcool polivinilico con il prodotto formato dalla reazione del sale sodico dell'acido idrossimetansulfinico con naftoli.
- 2. Processo di polimerizzazione utilizzante un anti-incrostante che riveste le pareti del reattore secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detto prodotto anti-incrostante proviene dal cross-linkaggio di alcool polivinilico con il prodotto formato dalla reazione del sale sodico dell'acido idrossimetansulfinico con 1 -naftolo.
- 3. Prodotto anti-incrostante applicato sulle pareti di reattori di polimerizzazione secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che esso viene ottenuto mediante cross-linkaggio di alcool polivinilico con il prodotto formato dalla reazione del sale sodico dell'acido idrossimetansulfinico con naftoli.
- 4. Prodotto anti-incrostante applicato sulle pareti di reattori di polimerizzazione secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che esso viene ottenuto mediante cross-linkaggio di alcool polivinilico con il prodotto formato dalla reazione del sale sodico dell'acido idrossimetansulfinico con 1 -naftolo.
- 5. Prodotto anti-incrostante in forma liquida per essere applicato sulle pareti di un reattore di polimerizzazione mediante spruzzatura con vapore, ottenuto secondo il procedimento di cui alla rivendicazione 1., caratterizzato dal fatto che: • in assenza di ossigeno, esso si presenta in forma di colore chiaro trasparente, e se • in presenza di ossigeno, esso diventa di colore verde bluastro o scuro; e se ■ il contatto con l’ossigeno viene interrotto, esso reverte sul suo aspetto originale.
- 6. Prodotto secondo la rivendicazione 2, ottenuto secondo il procedimento di cui alla rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che esso contiene radicali bisolfitici.
- 7. Prodotto anti-incrostante, ottenuto secondo il procedimento di cui alla rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di contenere idrosolfito.
- 8. Procedimento per la produzione di anti-incrostante per rivestire i reattori di polimerizzazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di aggiungere nella reazione sodio idrosolfito.
- 9. Procedimento per la produzione di anti-incrostante per rivestire i reattori di polimerizzazione, caratterizzato dal fatto di aggiungere nella reazione potassio idrosolfito.
- 10. Prodotto anti-incrostante ottenuto secondo il procedimento di cui alla rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di contenere alcooli polivinilici.
- 1 1 . Procedimento per la produzione di anti-incrostante per rivestire i reattori di polimerizzazione secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dai fatto che il prodotto viene conservato in contenitori impermeabili all’ossigeno.
- 12. Procedimento per la produzione di anti-incrostante per rivestire i reattori di polimerizzazione secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che il prodotto viene conservato in contenitori impermeabili all'ossigeno mediante pressurizzazione in gas inerte.
- 13. Procedimento per la produzione di anti-incrostante per rivestire i reattori di polimerizzazione secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che il prodotto viene conservato in contenitori impermeabili all'ossigeno mediante pressurizzazione in azoto.
- 14. Procedimento per la produzione di anti-incrostante per rivestire i reattori di polimerizzazione secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che il prodotto viene conservato in contenitori impermeabili all'ossigeno mediante pressurizzazione in azoto usando contenitori in polietilentereftalato (PET).
- 15. Procedimento per la produzione di anti-incrostante per rivestire i reattori di polimerizzazione secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che il prodotto contenente idrosolfito viene aggiunto in maniera tale che l'idrosolfito impedisca l’evolversi della reazione verso forme condensate stabili.
- 16. Procedimento per la produzione di anti-incrostante per rivestire i reattori di polimerizzazione secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che l'aggiunta di idrosolfito viene attuata in ambiente basico.
- 17. Procedimento per la produzione di anti-incrostante per rivestire i reattori di polimerizzazione secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che l'aggiunta dì idrosolfito viene attuata in ambiente basico con pH nell'intorno di 11-13.
- 18. Prodotto anti-incrostante per rivestire i reattori di polimerizzazione secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere conservato in contenitori impermeabili all'ossigeno median ι÷ pressurizzazione tri azoto usando contenitori in polietilentereftalato (PET)
- 19. Prodotto anti-incrostante per rivestire i reattori di polimerizzazione secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere conservato in contenitori impermeabili all'ossigeno mediante pressurizzazione in azoto usando contenitori in polietilentereftalato (PET) trasparente.
- 20. Prodotto anti-incrostante per rivestire i reattori di polimerizzazione secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto. di contenere tracce di bisolfito.
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0001 | Granted |