PL167958B1 - Urządzenie do ciągłej polimeryzacji anionowej - Google Patents

Abstract

Urządzenie do ciągłej polimeryzacji anionowej składające się z termostatowanego reaktora rurowego i reaktora kończącego reakcję polimeryzacji oraz pomp dozujących monomer i rozpuszczalnik, znamienne tym, że reaktor rurowy (1) jedno segmentowy poprzedzony jest komorą mieszania (3), do której poprzez pompę pneumatyczną lub pompę przeponową (6) z przeponą ze stali nierdzewnej dozuje się inicjator metaloorganiczny

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do ciągłej polimeryzacji anionowej.

Z opisu patentowego USA nr 3 725 368 znana jest metoda polimeryzacji anionowej przebiegająca w reaktorze załadowywanym okresowo. W podanym urządzeniu zasadniczym problemem są trudności związane z kontrolowaniem i sterowaniem procesem polimeryzacji w kierunku produktu o zadanych właściwościach /średniej masie cząsteczkowej i rozkładzie mas cząsteczkowych/. Zachowanie rygorystycznych warunków odnośnie czystości środowiska reakcji, to znaczy - zachowanie czystości monomerów i rozpuszczalników, suchej i zamkniętej atmosfery - sprawia, że reakcje polimeryzacji wobec inicjatorów anionowych jak n-butylolit lub naftalenosód z reguły przeprowadzane są metodą okresową.

Z polskiego opisu patentowego nr 57472 znane jest urządzenie do wstępnej polimeryzacji kaprolaktamu złożonej z termostatowanego reaktora rurowego, do którego pompą dozuje się mieszaninę składników w postaci kaprolaktamu wody i kwasu octowego. Produkt wstępnej polimeryzacji pod ciśnieniem przesyłany jest do polimeryzatora ciągłego działania. Wytworzona podczas rozprężania para wodna uchodzi wraz z oparami z polimeryzatora ciągłego działania.

Znane jest także urządzenie do polikondensacji kaprolaktamu z polskiego opisu patentowego nr 82568. Składa się ono z wymiennika ciepła wyposażonego w spiralną wężownicę, hydrolizator i reaktor połączony przewodem, przez który przepływa mieszanina reakcyjna. Przewód łączy reaktor i hydrolizator z wymiennikiem ciepła, z którego wylot przewodu zakończony jest w regulacyjny dławiący zawór umieszczony z kolei nad warnikiem zewnętrznym, który znajduje się nad lustrem cieczy w reaktorze. Warnik służy do odparowania wody ze wstępnej polimeryzacji bez obniżenia temperatury w reaktorze, co z kolei zapewnia zwiększony stopień polimeryzacji i jednorodności produktu oraz skrócenie czasu polikondensacji.

Urządzenia zamieszczone w polskich opisach patentowych nr 57372 i 82568 przeznaczone są do polimeryzacji kaprolaktamu w środowisku wodnym nie mającym specjalnych wymagań przed korozję.

Z polskiego opisu patentowego nr 101 689 znane jest urządzenie do polimeryzacji anionowej izoprenu tzw. żyjących polimerów. W urządzeniu tym przeprowadza się jednocześnie procesy polimeryzacji, dozowania, mieszania i wtryskiwania monomerów etenowych lub winylowych z jednoczesnym wymieszaniem otrzymanego ciekłego polimeru z innymi składnikami jak wypełniacze oraz środki sieciujące i inne, które po wymieszaniu wtryskuje się do formy, w której polimer ulega dalszemu sieciowaniu.

Z opisu patentowego Japoni nr 79 118 385 znane jest urządzenie do ciągłej polimeryzacji anionowej wyposażone w dysze ustawione naprzeciw siebie pod pewnym kątem, z których wyrzucane są strumienie monomeru i roztworu inicjatora reagujące po zderzeniu. Urządzenie pracuje pod namiotem polietylenowym wypełnionym suchym azotem. Inne rozwiązanie podane w omawianym opisie patentowym oparte jest o dysze umocowane wokół obracającej się tarczy, na której reagują spotykające

167 958 się strumienie. Całość umieszczona jest również pod namiotem polietylenowym wypełnionym suchym azotem.

Do wad podanego urządzenia do ciągłej polimeryzacji anionowej na przykład metakrylanów należy dość skomplikowany układ reaktora, niezadawalająca konwersja monomeru rzędu 20% oraz stosunkowo wysoka polidyspersja produktu; indeks polidyspersji 1,5 /gdzie Μ, M oznaczają w n^z w n odpowiednio wagowo średnią i liczbowo średnią masę cząsteczkową/.

Polimeryzacja anionowa z uwagi na swą specyfikę prowadzącą do wytwarzania polimerów żyjących stwarza nowe możliwości syntetyczne w zakresie kopolimerów a zwłaszcza kopolimerów blokowych o ściśle określonych długościach sekwencji danego monomeru, kopolimerów szczepionych a także polimerów z końcowymi grupami funkcyjnymi.

Czynnikiem ograniczającym stosowanie ciągłych procesów polimeryzacji anionowej, jest agresywny charakter stosowanych związków metaloorganicznych, które powodują korozję nawet takich materiałów jak polimery fluorowe typu Teflon. Ta ostatnia właściwość takich popularnych inicjatorów anionowych jak np.: n-butylolit lub naftalenosód powoduje, że roztwory tych związków stosowane są nawet jako pasywatory powierzchni polimerów fluorowych. Tak więc do transportu - podawania roztworów inicjatora do reakcji ciągłej polimeryzacji nie można używać powszechnie stosowanych pomp tłokowych, w których z reguły stosuje się uszczelnienia teflonowe .

Urządzenie według wynalazku, składa się z termostatowanego reaktora rurowego i reaktora kończącego reakcję polimeryzacji oraz pomp dozujących monomer lub monomery i rozpuszczalnik. Reaktor rurowy jedno segmentowy poprzedzony jest komorą mieszania, do której poprzez pompę pneumatyczną lub pompę przeponową z przeponą ze stali nierdzewnej dozuje się inicjator metaloorganiczny. Przed segmentem reaktora rurowego umieszczona jest komora mieszania reagentów.

Korzystnie, jeśli stosunek objętości komory mieszania reagentów do objętości jednostki długości segmentu rurowego /np.: w cm^/cm długości/ wynosi 0,5 do 3,0.

Zastosowane urządzenie pozwala na otrzymanie produktu o masie cząsteczkowej regulowanej przez zmianę wydatku strumieni monomeru i inicjatora. Stężenie polimeru w roztworze reakcyjnym reguluje się przez zmianę wydatku strumienia rozpuszczalnika lub rozpuszczalników); tym samym reguluje się lepkość medium reakcyjnego.

Zaletą urządzenia według wynalazku jest stosowanie jednego segmentu rurowego z możliwością otrzymania produktów w postaci homopolimerów. Polimery otrzymane w urządzeniu według wynalazku odznaczają się wysoką konwersją monomerów przekraczającą 80% oraz małym rozkładem mas cząsteczkowych iw/inO^.

Istotną zaletą urządzenia według wynalazku jest możliwość prowadzenia ciągłej polimeryzacji anionowej wobec agresywnych i korodujących inicjatorów takich jak: naftalenosód, butylolit, inicjatory alkoksylowe jak np: alkoholany sodu lub potasu. Urządzenie według wynalazku jest szczególnie przydatne do syntezy polimerów z następujących monomerów: styren, 0/ -metylostyren, izopren, butadien, tlenek etylenu, tlenek propylenu, a także metakrylan metylu i inne metakrylany alkilowe.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schemat urządzenia.

W urządzeniu do ciągłej polimeryzacji anionowej przeprowadzono polimeryzację styrenu przy użyciu 15% roztworu n-butylolitu w n-heksanie. Zastosowano reaktor rurowy jedeΜsegmentowy z jedną komorą mieszania reagentów.

Reaktor rurowy 1 jednosegmentowy wykonany jest ze stali nierdzewnej o średnicy wewnętrznej 0,4 cm i pojemności 33 cm3 łączy się z reaktorem kończącym reakcję polimeryzacji 2 wypełnionym metanolem.

Reaktor rurowy 1 składa się z jednego segmentu i jednej komory mieszania reagentów 3. Stosunek objętości komory mieszania reagentów 3 do objętości jednostki długości segmentu reaktora rurowego 1 /w cm3/cm/ wynosi 2,5. Inicjator dozowany jest do komory mieszania reagentów 3 ze zbiornika 4 za pomocą pompy pneumatycznej 6 przy szybkości przepływu 0,26 cm3/min. Do zbiornika mieszania reagentów 3 dozowany jest roztwór styrenu ze zbiornika 7, jedną z pomp tłokowych 5 przy wydatku 1 ci^/min oraz ze zbiornika 8 inna pompa tłokowa 6 dozuje się rozpuszczalnik: mieszaninę cykloheksanu i tetrahydrofuranu przy szybkości przepływu 2 cm3/min.

167 958

Reaktor rurowy 1 jest termostatowany i po osiągnięciu temperatury 293°C wprowadza się reagenty do komory mieszania 3, gdzie zaczyna się reakcja polimeryzacji kontynuowana w segmencie reaktora rurowego 1. Czas przebywania reagentów w układzie reakcyjnym - 8 min., a następnie żyjący polistyren wprowadza się do reaktora kończącego reakcję polimeryzacji 2. Po dekantencji polimer suszono, a następnie rozpuszczono w tetrahydrofuranie i wytrząsano z wodą. Wymywano w ten sposób metanolan litu powstały podczas reakcji zakańczania łańcucha. Po dekantacji polimer suszono otrzymując produkt w postaci bezbarwnego sypkiego proszku o polidyspersji masy cząsteczkowej = 1,08.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do ciągłej polimeryzacji anionowej składające się z termostatowanego reaktora rurowego i reaktora kończącego reakcję polimeryzacji oraz pomp dozujących monomer i rozpuszczalnik, znamienne tym, że reaktor rurowy /1/ jedno segmentowy poprzedzony jest komorą mieszania /3/, do której poprzez pompę pneumatyczną lub pompę przeponową /6/ z przeponą ze stali nierdzewnej dozuje się inicjator metaloorganiczny.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że stosunek objętości komory mieszania reagentów /3/ do objętości jednostki długości segmentu reaktora rurowego /1/ wynosi 0,5 do 3.