JP6433912B2 - コポリマーを製造する連続法 - Google Patents

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Description

本発明は、コポリマーを連続的に製造する方法に関し、その際に、その重合装置は、内部の冷却エレメント及び混合エレメントを備えた少なくとも1つの反応帯域を含んでなるループ型反応器を含んでなり、かつ該反応帯域は、少なくとも10kW/m3・Kの体積基準の熱除去性能を有する。更に、本発明によるコポリマー及び水硬性結合剤用の分散剤としてのその使用が開示される。
しばしば、分散剤の形態の添加剤を、粉末状の無機物質又は有機物質、例えば粘土、粉砕ケイ酸塩、白亜、カーボンブラック、粉砕岩及び水硬性結合剤の水性スラリーに、それらの加工性、すなわち混練性、塗装性、噴霧性、ポンパビリティー又は流動性の改良のために添加することは公知である。そのような添加剤は、固体凝集体を破壊することができ、形成された粒子を分散させることができ、このようにして該加工性を改良することができる。この効果は、特に、水硬性結合剤、例えばセメント、石灰、セッコウ又は硬セッコウを含んでなる建築材料混合物の製造において意図的に利用される。
前記の結合剤をベースとするこれらの建築材料混合物を、すぐ使用でき、加工可能な形態に変換するために、その後の水和又は硬化プロセスに必要とされるよりも著しく多い混練水を使用することが一般的に必要である。後で蒸発する過剰の水の結果としてそのコンクリート体中に形成される空隙体積は、有意に損なわれた機械的強度及び機械抵抗をまねく。
この過剰の水を所定の加工軟度で低下させる及び/又は該加工性を所定の水/結合剤比で改良するために、一般的に減水剤又は流動化剤と呼ばれる添加剤が使用される。酸モノマーとポリエーテルマクロモノマーとのラジカル共重合により製造されるコポリマーは、そのような添加剤として、実地においてしばしば使用される。該共重合は通常、バッチモード又はセミバッチモードのいずれかで実施される。
EP-B-1 218 427には、前記コポリマーを製造する連続法が記載され、該コポリマーは、流動化剤/減水剤として、バッチ操作又はセミバッチ操作において製造された対応するコポリマーよりも、より良好な性能を示すとされる。EP-B-1 218 427に記載された連続製造法において、酸モノマーと、ポリエーテルマクロモノマーとを含んでなるモノマー流が最初に製造される。酸モノマーと、ポリエーテルマクロモノマーとを含んでなる、この予め製造されたモノマー流は、反応帯域中で開始剤流を用いて重合され、かつポリマー流が最終的に、該反応帯域から排出される。
EP 2 113 519には、前記コポリマーを製造する方法が記載され、その際に、電気化学的に発生されるラジカルが、該ラジカル重合を開始するのに使用される。更に、公知の事実上全ての連続法装置が、対応する電解セルを備えることができ、又は電解セルの一部ですらあってよいことが述べられている。これに関連して、管形反応器及び管束反応器、ループ型反応器及びスピニングディスク反応器(spinning-disc reactors)が挙げられる。
WO 2009/100956には同様に、酸モノマーと、ポリエーテルマクロモノマーとをベースとするコポリマーを製造する連続法が記載されている。EP-B-1 218 427との有意な相違は、酸モノマー及びポリエーテルマクロモノマーの別個の添加である。このようにして、酸モノマーと、ポリエーテルマクロモノマーとの望ましくない副反応を回避することができる。
更に、酸モノマーと、ポリエーテルマクロモノマーとをベースとするコポリマーを製造する、より効率的な連続法を提供する必要性がある。特に、その空時収量は、増加されるべきであり、かつ製造される流動化剤の性能は、更に改良されるべきである。
ゆえに、本発明の課題は、コポリマーの製造の効率を更に改良し、その際に、該コポリマーが、水硬性結合剤用の分散剤として、特に流動化剤/減水剤として良好な性能を示す、方法を提供することであった。
この課題は、ポリマーを1つの重合装置中で連続的に製造する方法により達成され、ここで、それらの出発物質は、少なくとも1種のオレフィン系不飽和ポリエーテルマクロモノマー及び少なくとも1種のオレフィン系不飽和酸モノマー及び少なくとも1種のラジカル開始剤を含んでなり、かつその重合は、−20〜+120℃の範囲内の温度で実施され、その際に、該重合装置は、該出発物質用の少なくとも1つのフィードラインと、少なくとも1つの流出口とを有する少なくとも1つのループ型反応器を含んでなり、ここで、該ループ型反応器は、内部の冷却エレメント及び混合エレメントを備えた少なくとも1つの反応帯域を含んでなり、かつ少なくとも1つの該反応帯域は、少なくとも10kW/m3・Kの体積基準の熱除去性能を有する。
意外なことに、内部の冷却エレメント及び混合エレメントを備えた少なくとも1つの反応帯域を含んでなり、かつ該反応帯域が、少なくとも10kW/m3・Kの体積基準の熱除去性能を有するループ型反応器を含んでなる重合装置中で、先行技術と比べて著しくより少ない滞留時間、ひいてはより高い空時収量を達成できることが見出された。この場合に、少なくとも15kW/m3・Kの体積基準の熱除去性能を有する少なくとも1つの反応帯域を含んでなる配置が好ましい。特に好ましくは10〜2000kW/m3・Kの範囲である。特に好ましい実施態様において、該ループ型反応器全体が、少なくとも20kW/m3・K、特に好ましくは20〜1000kW/m3・Kの範囲内の体積基準の熱除去性能を有する。
そのような熱伝達性能は、例えばWO 2009/100956に記載されているような、常用の反応器を用いて達成することはできない。本発明によるループ型反応器は、内部の冷却エレメント及び混合エレメントを備えた少なくとも1つの反応帯域を含んでなり、該反応帯域を、その反応媒体が、該混合区間中での対流により流れ、かつ該反応帯域は少なくとも10kW/m3・Kの体積基準の熱除去性能を有する。これは、例えば、冷却エレメント及び混合エレメントを備えた管形反応器を、該ループ型反応器中へ組み込むことにより達成することができ、ここで、該管形反応器は、例えば、Fluitec Georg AG製の型式CSE-XRの管形反応器又はSulzer製のSMR反応器であってよい。特に好ましい実施態様において、本発明によるループ型反応器は、冷却エレメント及び混合エレメントを備えた複数の管形反応器を含んでなり、これらは互いに環状に結合されている。特に、該重合装置は、冷却エレメント及び混合エレメントを備えた複数の管形反応器から構成されており、これらが互いに環状に結合されているループ型反応器を含んでなることができる。特に、2、3、4、5又は6つの管形反応器であることができる。
内部の該冷却エレメントは、冷却媒体と反応混合物との熱交換のための極めて大きな面積を生じさせ、ひいては高い熱伝達性能を達成することを可能にするだけでなく、該冷却エレメントが同時に、該反応混合物の混合を保証し、かつ改良する。ゆえに同時の混合及び熱除去は、冷却媒体と反応混合物との少ない温度差で高いレベルの熱除去を可能にする。これは、そしてまた、その正確な処理量とは無関係に、連続的な反応を狭い温度ウィンドウにおいて維持するための重要な前提条件である。
ゆえに該ループ型反応器は好ましくは、厳密な温度制御、すなわち、10℃未満、特に好ましくは5℃未満の該反応中の温度の増加を可能にする。
好ましい実施態様において、該ループ型反応器は、該反応媒体を循環させるための装置を含んでなる。特に、そのような装置は歯車ポンプである。
本発明によるループ型反応器は、該反応媒体の逆混合をもたらす。結果として、その反応溶液中の該オレフィン系不飽和ポリエーテルマクロモノマーの濃度は、極めて低い値に調節することができる。これは、副反応、例えば該ポリエーテルマクロモノマーの加水分解反応を抑制することを可能にし、かつ同時に、所望のポリマーへの高い転化率を可能にする。
該重合装置は、任意に、少なくとも1つの連続的に操作される反応器を有することができ、該反応器は、該重合反応器の下流に位置しており、かつ該反応器中へ、コポリマーを含んでなる反応組成物が、該ループ型反応器の流出口を経て導入される。モノマー出発物質及び/又は開始剤成分は次いで、下流の該反応器中へ導入されて、該転化率を増加させることができる。
本発明の目的のために、オレフィン系不飽和酸モノマーという用語は、少なくとも1個の炭素二重結合を有し、かつ少なくとも1種の酸官能基を含んでなり、かつ水性媒体中で酸として作用する、ラジカル共重合可能なモノマーを呼ぶ。更に、酸モノマーという用語は、少なくとも1個の炭素二重結合を有し、かつ水性媒体中での加水分解反応の結果として少なくとも1種の酸官能基を形成し、かつ水性媒体中で酸として反応する、ラジカル共重合可能なモノマー(例えば:無水マレイン酸)も包含する。本発明の目的のためのオレフィン系不飽和ポリエーテルマクロモノマーは、少なくとも1個の炭素二重結合及び少なくとも2個のエーテル酸素を有するラジカル共重合可能な化合物であるが、但し、該コポリマー中に含まれるポリエーテルマクロモノマー構造単位は、エーテル酸素を少なくとも2個含んでなる側鎖を有する。
本発明の好ましい実施態様において、該酸モノマーは、重合により反応されて、該コポリマー中で以下の一般式(Ia)、(Ib)、(Ic)及び/又は(Id)のうち1種を有する構造単位を生じ、
Figure 0006433912
ここで、
基R1は、同じか又は異なり、すなわち、該コポリマー内で同じく又は異なって置換されており、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基、好ましくはH又はCH3であり;
基Xは、同じか又は異なり、それぞれ、NH−(Cn2n)[ここで、n=1、2、3又は4である]及び/又はO−(Cn2n)[ここで、n=1、2、3又は4である]、好ましくはNH−C48であり、及び/又は存在しない単位であり、すなわちXは存在しない;
基R2は、同じか又は異なり、それぞれ、OH、SO3H、PO32、O−PO32及び/又はp−置換C64−SO3Hであるが、但し、Xが存在しない単位である場合には、R2はOHであり;
Figure 0006433912
ここで、
基R3は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基、好ましくはCH3であり;
n=0、1、2、3又は4であり;
基R4は、同じか又は異なり、それぞれ、SO3H、PO32、O−PO32及び/又はp−置換C64−SO3Hであり;
Figure 0006433912
ここで、
基R5は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基、好ましくはHであり;
基Zは、同じか又は異なり、それぞれ、O及び/又はNHであり;
Figure 0006433912
ここで、
基R6は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基、好ましくはHであり;
基Qは、同じか又は異なり、それぞれ、NH及び/又はOであり;
基R7は、同じか又は異なり、それぞれ、H、(Cn2n)−SO3H[ここで、n=0、1、2、3又は4である]、(Cn2n)−OH[ここで、n=0、1、2、3又は4である];(Cn2n)−PO32[ここで、n=0、1、2、3又は4である]、(Cn2n)−OPO32[ここで、n=0、1、2、3又は4である]、(C64)−SO3H、(C64)−PO32、(C64)−OPO32及び/又は(Cm2me−O−(A`O)α−R9[ここで、m=0、1、2、3又は4、e=0、1、2、3又は4であり、A`=C2x´[ここで、x´=2、3、4又は5、好ましくはx´=2である]、及び/又はCH2C(C65)H−であり、α=1〜350の整数、好ましくはα=15〜200であり、ここで、基R9は、同じか又は異なり、それぞれ、非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基、好ましくはCH3である]である。
構造式Ia、Ib及びId中のR2、R4及びR7に関して、対応する酸官能基が、特に塩基が添加される場合に、該ポリマー中で脱プロトン化された形態で、すなわち、その塩の形態であることができることが指摘されうる。
上記及び下記において使用される表現“同じか又は異なり”はそのつど、本発明の方法により製造されるコポリマー内で不変又は可変であることを示す。
実地において、メタクリル酸、アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸のモノエステル又は複数のこれらの成分の混合物が、酸モノマーとしてしばしば使用される。
本発明の好ましい実施態様において、該ポリエーテルマクロモノマーは、重合により反応されて、該コポリマー中で以下の一般式(IIa)、(IIb)、(IIc)及び/又は(IId)のうち1種を有する構造単位を生じ、
Figure 0006433912
ここで、
10、R11及びR12は、そのつど同じか又は異なり、それぞれ、互いに独立して、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基、好ましくはH及び/又はCH3であり;
基Eは、同じか又は異なり、それぞれ、非分岐状又は分岐状のC1〜C6−アルキレン基、特に典型的にC1、C2、C3、C4、C5又はC6、しかし好ましくはC2及びC4、シクロヘキシル基、CH2−C610、o−、m−又はp−置換C64であり、及び/又は存在しない単位であり、すなわちEは存在しない;
基Gは、同じか又は異なり、それぞれ、O、NH及び/又はCO−NHであり、但し、Eが存在しない単位である場合には、Gも存在しない単位であり、すなわちGは存在しない;
基Aは、同じか又は異なり、それぞれ、Cx2x[ここで、x=2、3、4及び/又は5、好ましくはx=2である]及び/又はCH2CH(C65)であり;
指数nは、同じか又は異なり、それぞれ、0、1、2、3、4及び/又は5であり;
指数aは、同じか又は異なり、それぞれ、2〜350の整数、好ましくは10〜200であり;
基R13は、同じか又は異なり、それぞれ、H、非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基、CO−NH2及び/又はCOCH3、好ましくはH、CH3であり;
Figure 0006433912
ここで、
基R14は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基、好ましくはHであり;
基Eは、同じか又は異なり、それぞれ、非分岐状又は分岐状のC1〜C6−アルキレン基、好ましくはC24、シクロヘキシル基、CH2−C610、o−、m−又はp−置換C64であり、及び/又は存在しない単位であり、すなわち、Eは存在しない;
基Gは、同じか又は異なり、それぞれ、存在しない単位、O、NH及び/又はCO−NHであり、但し、Eが存在しない単位である場合には、Gも存在しない単位であり、すなわちGは存在しない;
基Aは、同じか又は異なり、それぞれ、Cx2x[ここで、x=2、3、4及び/又は5、好ましくはx=2である]、及び/又はCH2CH(C65)であり;
指数nは、同じか又は異なり、それぞれ、0、1、2、3、4及び/又は5であり;
指数aは、同じか又は異なり、それぞれ、2〜350の整数、好ましくは10〜200であり;
基Dは、同じか又は異なり、それぞれ、存在しない単位であり、すなわちDは存在しない、NH及び/又はOであり、但し、Dが存在しない単位である場合には:b=0、1、2、3又は4及びc=0、1、2、3又は4であり、ここでb+c=3又は4であり、かつ
但し、DがNH及び/又はOである場合には:b=0、1、2又は3、c=0、1、2又は3であり、ここでb+c=2又は3であり;
基R15は、同じか又は異なり、それぞれ、H、非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基、CO−NH2及び/又はCOCH3、好ましくはHであり;
Figure 0006433912
ここで、
16、R17及びR18は、そのつど同じか又は異なり、それぞれ、互いに独立して、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基、好ましくはH及び/又はCH3であり;
基Eは、同じか又は異なり、それぞれ、非分岐状又は分岐状のC1〜C6−アルキレン基、好ましくはC24又はC48、シクロヘキシル基、CH2−C610、o−、m−又はp−置換C64であり、及び/又は存在しない単位であり、すなわち、Eは存在しない;
基Aは、同じか又は異なり、それぞれ、Cx2x[ここで、x=2、3、4及び/又は5、好ましくはx=2である]及び/又はCH2CH(C65)であり;
指数nは、同じか又は異なり、それぞれ、0、1、2、3、4及び/又は5であり;
基Lは、同じか又は異なり、それぞれ、Cx2x[ここで、x=2、3、4及び/又は5、好ましくはx=2である]及び/又はCH2−CH(C65)であり;
指数aは、同じか又は異なり、2〜350の整数、好ましくは10〜200であり;
指数dは、同じか又は異なり、1〜350の整数、好ましくは10〜200であり;
基R19は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基、好ましくはHであり、
基R20は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状のC1〜C4−アルキル基、好ましくはHであり、
Figure 0006433912
ここで、
27、R28及びR29は、同じか又は異なり、それぞれ、互いに独立して、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基であり;
基Aは、同じか又は異なり、それぞれ、Cx2x[ここで、x=2、3、4及び/又は5である]及び/又はCH2CH(C65)であり;
指数aは、同じか又は異なり、それぞれ、2〜350の範囲内の整数であり;
基R30は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基である。
一般的に、該ポリエーテルマクロモノマーのポリアルコキシ側鎖(AO)aは通常、純粋なポリエトキシ側鎖であるということができるが、しかし、混合ポリアルコキシ側鎖、特にプロポキシ基及びエトキシ基の双方を含んでなるポリアルコキシ側鎖であることも珍しいことではない。
実地において、アルコキシル化イソプレノール、すなわちアルコキシル化3−メチル−3−ブテン−1−オール及び/又はアルコキシル化ヒドロキシブチルビニルエーテル及び/又はアルコキシル化(メタ)アリルアルコールが、ポリエーテルマクロモノマーとしてしばしば使用され、その際に、アリルアルコールが、メタリルアルコールよりも好ましく、かつ通常、そのつど4〜350のオキシアルキレン基の算術平均数が使用される。アルコキシル化ヒドロキシブチルビニルエーテルが特に好ましい。
該酸モノマー及び該ポリエーテルマクロモノマーに加えて、更なるタイプのモノマーを使用することもできる。これは、実地において、一般的に、モノマー出発物質としてのビニル系不飽和化合物を該重合反応器中へ導入し、かつ該化合物を重合により反応させて、該コポリマー中で以下の一般式(IIIa)及び/又は(IIIb)を有する構造単位を生じることにより行われ、
Figure 0006433912
ここで、
基R21は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4基、好ましくはH又はCH3であり;
基Wは、同じか又は異なり、それぞれ、O及び/又はNHであり;
基R22は、同じか又は異なり、それぞれ、分岐状又は非分岐状のC1〜C5−モノヒドロキシアルキル基、特に典型的にC1、C2、C3、C4又はC5 しかし好ましくはC2及び/又はC3であり;
Figure 0006433912
ここで、
23、R24及びR25は、そのつど同じか又は異なり、それぞれ、互いに独立して、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基、好ましくはH及び/又はCH3であり;
指数nは、同じか又は異なり、それぞれ、0、1、2、3及び/又は4であり;
基R26は、同じか又は異なり、それぞれ、(C65)、OH及び/又はOCOCH3である。
重合して構造単位(IIIa)又は(IIIb)を生じることができる典型的なモノマーは、例えば、2−ヒドロキシプロピルアクリラート、イソプレノール又はアリルアルコールである。更に典型的なモノマーは、これに関連して、ヒドロキシブチルビニルエーテルである。
該方法により製造されるコポリマーの全ての構造単位の全体で少なくとも45モル%、しかし好ましくは少なくとも80モル%が通常、酸モノマーとポリエーテルマクロモノマーとの重合により製造される。
好ましい実施態様において、酸モノマー1モルあたり、該重合反応器中へ導入されるポリエーテルマクロモノマーの量は、形成されるコポリマー中で20:1〜1:1、好ましくは12:1〜1:1の酸モノマー構造単位対ポリエーテルマクロモノマー構造単位の算術平均モル比が得られるような量である。
一般的に、レドックス開始剤は、ラジカル重合開始剤として使用される。その場合に、系H22/FeSO4が、好ましくは還元剤と一緒に、レドックス開始剤として、通常、選択される。可能な還元剤は、亜硫酸ナトリウム、2−ヒドロキシ−2−スルフィナト酢酸の二ナトリウム塩、2−ヒドロキシ−2−スルホナト酢酸の二ナトリウム塩、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム、アスコルビン酸、イソアスコルビン酸又はそれらの混合物である。その他の系、例えばt−ブチルヒドロペルオキシド、ペルオキソ二硫酸アンモニウム又はペルオキソ二硫酸カリウムをベースとするものも、レドックス開始剤系として可能である。
更なる実施態様において、開始剤成分、例えばH22、及び該ポリエーテルマクロモノマーは、予め混合された形態で一つの流れで、該重合反応器中へ導入される。
しかしながら、該重合条件下でフリーラジカルへと崩壊する全ての化合物、例えば過酸化物、ヒドロペルオキシド、過硫酸塩、アゾ化合物及び過リン酸塩は原則的に、開始剤として使用することができる。該ラジカル形成剤を、適した還元剤と組み合わせると、公知のレドックス系又はレドックス触媒が得られる。適した還元剤は、例えば、亜硫酸ナトリウム、2−ヒドロキシ−2−スルホナト酢酸の二ナトリウム塩、2−ヒドロキシ−2−スルフィナト酢酸の二ナトリウム塩、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム、アスコルビン酸、イソアスコルビン酸、アミン、例えばジエタノールアミン又はトリエタノールアミン、ヒドロキシルアミン又はそれらの混合物である。レドックス系又は触媒を用いる場合に、遷移金属、例えば鉄、コバルト、ニッケル又は銀の水溶性塩を付加的に使用することが有利であり、その際に、鉄塩を用いることが好ましい。
好ましくは溶解された形態で存在する、連鎖移動剤は、通常、該重合反応器中へ導入される。
該モノマー出発物質及び/又は該開始剤は、それらの水溶液の形態で、該重合反応器中へ導入することができる。
好ましい実施態様において、少なくとも1種の該オレフィン系不飽和ポリエーテルマクロモノマー及び少なくとも1種の該オレフィン系不飽和酸モノマーは、異なるフィードラインを経て、該ループ型反応器中へ供給される。結果として、副反応及び特に該酸モノマーによる該ポリエーテルマクロモノマーの加水分解は回避される。
本発明の方法を実施する際の生成物品質は好ましくは、該出発物質、該中間体及び必要な場合には反応生成物の品質の連続的なインラインモニタリングにより追跡される。この際に、異なるパラメーターを、調査又は測定することができる。適した測定法は、原料品質及び/又は該反応における転化率を十分に短い時間で検出することができる全ての方法である。これらは、例えば、分光学的方法、例えばNIR分光法、FT−IR分光法、ラマンFT分光法等である。該反応における転化率は、好ましくはモニタリングされる。これは、例えば、ラマン分光法により実施することができる。
本発明のコポリマーは、水硬性結合剤用の分散剤として有利に使用することができる。
本発明の方法は、本発明のコポリマーを、連続法において製造することを可能にし、ここで、該方法は次の利点を有する:
・一定で改良された生成物品質、すなわち該副反応の減少、出発物質及び生成物への短い熱負荷、該反応の高められた選択率。
・高い空時収量、すなわち、低い反応器ホールドアップと組み合わされた高い量的生産能力。ゆえに、本発明によるループ型反応器における連続法は、安全面及び毒性面に関して、そのバッチ法又は連続的なバッチ法よりも優れている。
・本発明の連続法の更なる利点は、得られる生成物の品質が、インライン分析により、進行している製造方法中で、反応パラメーター、例えば滞留時間、温度プロファイル、使用される成分の化学量論等の適合により制御できることである。そのうえ、該方法は、より単純に最適化することができ、ひいては原料の効率的な使用が可能である。
コポリマーを生産規模で連続的に製造する本発明の方法のために設計された生産プラントの略示図。
本発明は、以下に、実施例を用いて説明される。
使用される重合装置の説明:
コポリマーを生産規模で連続的に製造する本発明の方法のために設計された生産プラントが、図1に略示的に示されている。その反応ユニットは、2つのループ型反応器(7及び11)を含んでなる。各ループは、各区間が3250mmの長さ及び74lの容積を有する型式XR-52-NS-LQ DN200(Fluitec AG、スイス)の2つのミキサー−熱交換反応器(8及び9、12及び13)からなる。双方のループ(7及び11)は、1つの遠心ポンプ(10及び11)を備えている。該反応器は、管路(14)により接続されている。
第一ループ型反応器(7)は、該反応物の貯蔵容器に、管路により接続されている。
定義された質量流量に、中間ポンプにより調節することができる。該プラント構成は、次の貯蔵容器を含んでなる:(1)該ビニルエーテル成分(該ポリエーテルマクロモノマー)、アルカリ金属水酸化物溶液及び開始剤成分3(還元剤)の水溶液用;(2)該反応において必要とされるpHに調節するための塩基水溶液用、(3)該酸モノマーである2−プロペン酸(アクリル酸)の水溶液用、(4)該連鎖移動成分及び開始剤成分2(Fe2+塩)用、(5)第一開始剤成分(H)用、(6)開始剤成分3(還元剤)用。貯蔵容器1及び2並びに3及び4用のフィード管路はそのつど合一されるので、3つの計量供給ラインの全体が反応器7中へ導かれ、その際に、該反応媒体中への該計量供給ラインの位置及び侵入深さは、帯域中への該導入が高い混合効率で起こるように選択される。酸モノマー及びポリエーテルマクロモノマーの前混合の回避を保証するために、該モノマーは、該反応器中へ別個に導入される。反応器(11)は同様に、ラインを経て、反応物用の貯蔵容器(6)に接続されている。定義された質量流量に、同様にその間に取り付けられたポンプにより調節することができる。反応器(7)及び(11)の温度を制御するために、それらは温度制御系(15及び16)に接続されている。
該反応器(7及び11)はそれぞれ、温度センサと、該反応物流出口でそのつどpHを測定するため及びレドックス電位を測定するためのセンサとを含んでなる。該ループ型反応器は、80kW/m・Kの体積基準の熱除去性能を有する。
製造例:
例1:本発明による:二段のループ型反応器におけるポリマーの製造
該装置を、最初に水で洗い流し、反応器7及び11を、水でフラッジングする。H2O 2540kgを貯蔵容器1中に装入し、ポリエーテルマクロモノマーとして3000g・mol-1の数平均モル質量を有するビニルオキシブチルポリ(エチレンオキシド)溶融物2756kg及びKOH水溶液(50質量%濃度)5.39kgを、撹拌しながら添加する。冷却後に、Rongalit C(登録商標)(ヒドロキシメチルスルフィン酸ナトリウム、BASF SEから購入可能)の3%濃度水溶液197.7kgを、その澄明な溶液中へ撹拌混入する。貯蔵容器2に、NaOH水溶液(20質量%濃度)100kgを装入する。該水酸化ナトリウム溶液は、該重合中にそのpHを調整するのに役立つ。H2O 360kgを貯蔵容器3中に装入し、該酸モノマーである2−プロペン酸(アクリル酸)240kgを、撹拌しながら導入する。水356kgを貯蔵容器4中に装入し、MPA(3−メルカプトプロパン酸)16kg及びFeSO4・7H2Oの1.83質量%濃度水溶液28.3kgを、撹拌しながら添加する。貯蔵容器5に、2%濃度H22溶液(75kg)を充填し、貯蔵容器6に、脱イオン水485kg及びRongalit C(登録商標)15kgを装入する。
該反応の開始時に、2つの遠心ポンプ及び全てのポンプを始動させ、そのサーモスタット温度を、該反応媒体の温度が15℃で一定であるように調節する。
貯蔵容器1、2、3及び4からの反応物の質量流量を、その平均滞留時間の合計が、反応器7中で4分及び反応器11中で4分であるように調節する。貯蔵容器5からの質量流量を、該重合の開始時に26.1kg/hに調節する。該重合反応器中への該ポリエーテルマクロモノマーの導入が、該酸モノマーの導入とは別個に保持されるので、該ポリエーテルマクロモノマーが、該重合反応器中で該開始剤、モノマー出発物質及びコポリマーを含んでなる反応組成物と混合され、次いではじめて、該酸モノマーと接触されることが保証される。該質量流量に調節した後に、試料を、該反応器の平均滞留時間の合計に相応する時間間隔で採取し、該反応及び副反応を、アルカリ性3%濃度メトキシヒドロキノン溶液により停止させ、該試料を、高速液体クロマトグラフィ−(HPLC)及びサイズ排除クロマトグラフィ−(SEC又はGPC)により分析する。該実験の定常状態は、ゲルクロマトグラフィー溶離曲線(GPC曲線)の形状及びその平均モル質量値が、もはや時間の関数として変化しない際に達している。該定常状態に達した後に、該実験条件の代表的な試料(ポリマー1)を採取し、サイズ排除クロマトグラフィーにより分析し、そのモル質量分布及びその平均並びに転化率を測定する。該反応の終了時に、全ての流れをゼロに調節し、該装置を水で洗い流す。
例1からのコポリマーの分析
該ポリマーを、平均モル質量に関して、サイズ排除クロマトグラフィーにより分析する(カラム組合せ:PSS社、マインツ製のSuprema 3000、Suprema 1000及びSuprema 30;溶離液:Na2HPO4(0.03モル/l)及びアジ化ナトリウム0.5g/lの水溶液;注入体積50μl;流量0.8ml/分)。その平均モル質量を決定するための校正を、線状ポリ(エチレンオキシド)標準を用いて実施した。
次の値が測定されることができた:
Figure 0006433912
低分子量モノマー、例えばアクリル酸の転化率を、グラジエント高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により測定した。
マクロモノマーの転化率を、ポリエチレングリコールの臨界点での高速液体クロマトグラフィー(“HPLC−CC”)により測定した。
Figure 0006433912
使用試験
本発明によるポリマーを、適した試験系におけるコンクリート流動化剤としてのその性質について調査した。このためには、該ポリマーを、水中NaOH溶液により6.5±0.2のpHにし、少量の常用の消泡剤と混合して、その空気泡量を制御した。
次の処方を、該試験のために使用した:
Figure 0006433912
該試験を実施する際に、セメント、粉砕した石灰石、砂及び砂利を、最初に10秒間乾式混合し;水15%を次いで添加し、該混合物を120秒間混合した。その後に、残りの水及びそれぞれのポリマー量を添加し、該混合物を更に120秒間混合した(0.44の水/セメント比(w/c)及び導入されるセメントの質量を基準として固形物0.15%のポリマー量に相当)。その後に、DIN EN 12350-2によるスランプを、製造直後及び10及び30分後の双方で測定した。BASF製の市販の高性能流動化剤Glenium(登録商標) ACE 430を参考ポリマーとして使用し、かつ本発明によるポリマーと同じ量で使用した。
次の値が測定された:
Figure 0006433912
同じ使用量で、本発明により製造されるポリマーは、参考ポリマーと比べて、該コンクリートの製造直後に、より良好な流動化作用を有する。更に、これは匹敵する軟度保持を有する。
1〜6 貯蔵容器、 7 ループ型反応器、 8,9 ミキサー−熱交換反応器、 10 遠心ポンプ、 11 ループ型反応器、 12,13 ミキサー−熱交換反応器、 14 管路、 15,16 温度制御系

Claims (12)

  1. ポリマーを重合装置中で連続的に製造し、ここで、それらの出発物質が、少なくとも1種のオレフィン系不飽和ポリエーテルマクロモノマー及び少なくとも1種のオレフィン系不飽和酸モノマー及び少なくとも1種のラジカル開始剤を含んでなり、かつその重合を−20〜+120℃の範囲内の温度で実施する、方法であって、
    該重合装置が、該出発物質用の少なくとも1つのフィードラインと、少なくとも1つの流出口とを有する少なくとも1つのループ型反応器を含んでなり、ここで、該ループ型反応器が、内部の冷却エレメント及び混合エレメントを備えた少なくとも1つの反応帯域を含んでなり、かつ少なくとも1つの該反応帯域が、少なくとも10kW/m3・Kの体積基準の熱除去性能を有する、
    ポリマーを重合装置中で連続的に製造する方法。
  2. 該オレフィン系不飽和酸モノマーを、重合により反応させて、該ポリマー中で以下の一般式(Ia)、(Ib)、(Ic)及び/又は(Id)のうち1種を有する構造単位を生じ、
    Figure 0006433912
    ここで、
    基R1は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基であり;
    基Xは、同じか又は異なり、それぞれ、NH−(Cn2n)[ここで、n=1、2、3又は4である]及び/又はO−(Cn2n)[ここで、n=1、2、3又は4である]及び/又は存在しない単位であり;
    基R2は、同じか又は異なり、それぞれ、OH、SO3H、PO32、O−PO32及び/又はp−置換C64−SO3Hであり、但し、Xが存在しない単位である場合には、R2はOHであり;
    Figure 0006433912
    ここで、
    基R3は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基であり;
    n=0、1、2、3又は4であり;
    基R4は、同じか又は異なり、それぞれ、SO3H、PO32、O−PO32及び/又はp−置換C64−SO3Hであり;
    Figure 0006433912
    ここで、
    基R5は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基であり;
    基Zは、同じか又は異なり、それぞれ、O及び/又はNHであり;
    Figure 0006433912
    ここで、
    基R6は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基であり;
    基Qは、同じか又は異なり、それぞれ、NH及び/又はOであり;
    基R7は、同じか又は異なり、それぞれ、H、(Cn2n)−SO3H[ここで、n=0、1、2、3又は4である]、(Cn2n)−OH[ここで、n=0、1、2、3又は4である];(Cn2n)−PO32[ここで、n=0、1、2、3又は4である]、(Cn2n)−OPO32[ここで、n=0、1、2、3又は4である]、(C64)−SO3H、(C64)−PO32、(C64)−OPO32及び/又は(Cm2me−O−(A`O)α−R9[ここで、m=0、1、2、3又は4であり、e=0、1、2、3又は4であり、A`=C2x´[ここで、x´=2、3、4又は5である]及び/又はCH2C(C65)H−であり、α=1〜350の整数であり、ここで、基R9は、同じか又は異なり、それぞれ、非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基である]である、
    請求項1記載の方法。
  3. メタクリル酸、アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸のモノエステル又はこれらの複数の成分の混合物を、酸モノマーとして使用する、請求項1又は2記載の方法。
  4. 該ポリエーテルマクロモノマーを、重合により反応させて、該ポリマー中で以下の一般式(IIa)、(IIb)、(IIc)及び/又は(IId)のうち1種を有する構造単位を生じ、
    Figure 0006433912
    ここで、
    10、R11及びR12は、そのつど同じか又は異なり、それぞれ、互いに独立して、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基であり;
    基Eは、同じか又は異なり、それぞれ、非分岐状又は分岐状のC1〜C6−アルキレン基、シクロヘキシル基、CH2−C610、o−、m−又はp−置換C64及び/又は存在しない単位であり;
    基Gは、同じか又は異なり、それぞれ、O、NH及び/又はCO−NHであり、但し、Eが存在しない単位である場合には、Gも存在しない単位であり;
    基Aは、同じか又は異なり、それぞれ、Cx2x[ここで、x=2、3、4及び/又は5である]及び/又はCH2CH(C65)であり;
    指数nは、同じか又は異なり、それぞれ、0、1、2、3、4及び/又は5であり;
    指数aは、同じか又は異なり、それぞれ、2〜350の整数であり;
    基R13は、同じか又は異なり、それぞれ、H、非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基、CO−NH2及び/又はCOCH3であり;
    Figure 0006433912
    ここで、
    基R14は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基であり;
    基Eは、同じか又は異なり、それぞれ、非分岐状又は分岐状のC1〜C6−アルキレン基、シクロヘキシル基、CH2−C610、o−、m−又はp−置換C64及び/又は存在しない単位であり;
    基Gは、同じか又は異なり、それぞれ、存在しない単位、O、NH及び/又はCO−NHであり、但し、Eが存在しない単位である場合には、Gも存在しない単位であり;
    基Aは、同じか又は異なり、それぞれ、Cx2x[ここで、x=2、3、4及び/又は5である]及び/又はCH2CH(C65)であり;
    指数nは、同じか又は異なり、それぞれ、0、1、2、3、4及び/又は5であり;
    指数aは、同じか又は異なり、それぞれ、2〜350の整数であり;
    基Dは、同じか又は異なり、それぞれ、存在しない単位、NH及び/又はOであり、但し、Dが存在しない単位である場合には:b=0、1、2、3又は4であり、かつc=0、1、2、3又は4であり、ここでb+c=3又は4であり、かつ
    但し、DがNH及び/又はOである場合には:b=0、1、2又は3であり、c=0、1、2又は3であり、ここでb+c=2又は3であり;
    基R15は、同じか又は異なり、それぞれ、H、非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基、CO−NH2及び/又はCOCH3であり;
    Figure 0006433912
    ここで、
    16、R17及びR18は、そのつど同じか又は異なり、それぞれ、互いに独立して、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基であり;
    基Eは、同じか又は異なり、それぞれ、非分岐状又は分岐状のC1〜C6−アルキレン基、シクロヘキシル基、CH2−C610、o−、m−又はp−置換C64及び/又は存在しない単位であり;
    基Aは、同じか又は異なり、それぞれ、Cx2x[ここで、x=2、3、4及び/又は5である]及び/又はCH2CH(C65)であり;
    指数nは、同じか又は異なり、それぞれ、0、1、2、3、4及び/又は5であり;
    基Lは、同じか又は異なり、それぞれ、Cx2x[ここで、x=2、3、4及び/又は5である]及び/又はCH2−CH(C65)であり;
    指数aは、同じか又は異なり、それぞれ、2〜350の整数であり;
    指数dは、同じか又は異なり、それぞれ、1〜350の整数であり;
    基R19は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基であり、
    基R20は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状のC1〜C4−アルキル基であり、
    Figure 0006433912
    ここで、
    27、R28及びR29は、同じか又は異なり、それぞれ、互いに独立して、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基であり;
    基Aは、同じか又は異なり、それぞれ、Cx2x[ここで、x=2、3、4及び/又は5である]及び/又はCH2CH(C65)であり;
    指数aは、同じか又は異なり、それぞれ、2〜350の範囲内の整数であり;
    基R30は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基である、
    請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. アルコキシル化イソプレノール及び/又はアルコキシル化ヒドロキシブチルビニルエーテル及び/又はアルコキシル化(メタ)アリルアルコールを、ポリエーテルマクロモノマーとして使用する、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. ビニル系不飽和化合物を、モノマー出発物質として該重合反応器中へ導入し、重合により反応させて、該ポリマー中で以下の一般式(IIIa)及び/又は(IIIb)を有する構造単位を生じ、
    Figure 0006433912
    ここで、
    基R21は、同じか又は異なり、それぞれ、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4基であり;
    基Wは、同じか又は異なり、それぞれ、O及び/又はNHであり;
    基R22は、同じか又は異なり、それぞれ、分岐状又は非分岐状のC1〜C5−モノヒドロキシアルキル基であり;
    Figure 0006433912
    ここで、
    23、R24及びR25は、そのつど同じか又は異なり、それぞれ、互いに独立して、H及び/又は非分岐状又は分岐状のC1〜C4−アルキル基であり;
    指数nは、同じか又は異なり、それぞれ、0、1、2、3及び/又は4であり;
    基R26は、同じか又は異なり、それぞれ、(C65)、OH及び/又は−COCH3である、
    請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. オレフィン系不飽和酸モノマー1モルあたりの、該重合反応器中へ導入されるオレフィン系不飽和ポリエーテルマクロモノマーの量が、20:1〜1:1の酸モノマー構造単位対ポリエーテルマクロモノマー構造単位の算術平均モル比が、形成されるポリマー中で得られる、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
  8. 該ポリマーの全ての構造単位の全体で少なくとも45モル%が、オレフィン系不飽和酸モノマー及びオレフィン系不飽和ポリエーテルマクロモノマーの重合により生じる、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
  9. 少なくとも1種の該オレフィン系不飽和ポリエーテルマクロモノマー及び少なくとも1種の該オレフィン系不飽和酸モノマーを、該ループ型反応器中へ、異なるフィードラインを経て別個に供給する、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
  10. 該ループ型反応器が、その反応媒体を循環させるための装置を含んでなる、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。
  11. 該重合装置が、少なくとも1つの連続的に操作される反応器を有し、該反応器が、該ループ型反応器の下流に取り付けられ、かつ該反応器中へ、ポリマーを含んでなる反応組成物を、該ループ型反応器からの流出口を経て導入する、請求項1から10までのいずれか1項記載の方法。
  12. モノマー出発物質及び/又は開始剤成分を、下流の該反応器中へ導入する、請求項11記載の方法。
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