PL69559Y1 - Reaktor polimeryzacyjny - Google Patents

Description

Opis wzoru

Przedmiotem wzoru użytkowego jest reaktor polimeryzacyjny, zwłaszcza do syntezy rozpuszczalnikowych poliakrylanów oraz wodnych dyspersji akrylanowych. Z opisanych w literaturze, I. Benedek, Developments in Pressure-Sensitive Adhesive Products, Taylor & Francis, New York (2006), Z. Czech, Vernetzung von Flaftklebstoffen auf Polyacrylatbasis, Politechnika Szczecińska, Szczecin (1999), Z. W. Wicks, F. N. Jones, S. P. Pappas, D. A. Wicks, Organic Coatings, Wiley, Hoboken (2007) znane są syntezy klejów, szczególnie poliakrylanowych klejów samoprzylepnych, w specjalnie do tego celu zbudowanych reaktorach chemicznych zaopatrzonych w mieszadło. We wszystkich znanych, z literatury oraz z praktyki przemysłowej w firmach Lohmann (Niemcy) oraz UCB (Belgia), rozpuszczalnikowych oraz emulsyjnych procesach polimeryza-cyjnych, polimeryzacja przebiega w reaktorach o pojemności od 1 do 20 ton, wyposażonych w specjalne mieszadła jednokotwicowe, umocowane z reguły w dolnej części reaktora. Taka konstrukcja mieszadła zapobiega osadzaniu się polimeru na ściankach reaktora polimeryzacyjnego. Wadą takiej konstrukcji mieszadła kotwicowego jest bardzo powolne i nierównomierne mieszanie dozowanej mieszaniny monomerów oraz powstałego, w wyniku zachodzącej w reaktorze reakcji polimeryzacji, poliakrylanowego kleju samoprzylepnego w postaci kleju rozpuszczalnikowego lub kleju emulsyjnego.

Wprawdzie znane są z polskiego zgłoszenia patentowego 296510 mieszadła kotwicowe o dwóch jednostkach mieszających ale stosowane są one jako bielnik dwukomorowy do bielenia olejów jadalnych metodą ciągłą. Z polskiego opisu patentowego 154804 znane jest urządzenie dyspergu-jąco-mieszające, charakterystyczne tym, że posiada zarówno mieszadła boczne jak i mieszadło umieszczone centrycznie. Z japońskiego zgłoszenia patentowego JP 62053727 znana jest aparatura mieszająca złożona z dwóch centrycznie umieszczonych w mieszalniku jednostek mieszających. Z opisu polskiego wzoru użytkowego 64225 znane jest urządzenie dyspergująco-mieszające zawierające kotwicowe mieszadło umieszczone cylindrycznie oraz posiadające dwa mieszadła umieszczone ekscentrycznie, przy czym kierunki mieszadeł umieszczonych ekscentrycznie są przeciwne do kierunku obrotu mieszadła kotwicowego. Z polskiego opisu wzoru użytkowego 60765 znany jest reaktor chemiczny wyposażony w mieszadło, którego kształt łopat dostosowany jest do profilu dna zbiornika. Z opisu wynalazku EP461746 znany jest reaktor z centrycznym układem dwóch mieszadeł, które mają osobne napędy. Zewnętrzne mieszadło o kształcie odwróconej kotwicy ma poprzeczne ramię umieszczone od strony pokrywy reaktora. Wewnętrzne mieszadło ma postać płaskich, rozciągających się pionowo wzdłuż osi reaktora, łopatek z otworami.

Reaktor polimeryzacyjny, według wzoru użytkowego, zwłaszcza do syntezy rozpuszczalnikowych poliakrylanów oraz wodnych dyspersji akrylanowych, z centrycznym układem mieszadeł wyposażony w wały, mieszadło kotwicowe na wale oraz zespół napędowy, charakteryzuje się tym, że ma górne mieszadło kotwicowe na zewnętrznym rurowym wale oraz na wale wewnętrznym dolne mieszadło kotwicowe, umieszczone w pobliżu dna reaktora. Reaktor polimeryzacyjny pomiędzy dolnym mieszadłem kotwicowym a górnym mieszadłem kotwicowym ma środkowe mieszadło łopatkowe na środkowym rurowym wale. Reaktor jest wyposażony w płaszcz grzejny i układ chłodzący. Korzystnie górne mieszadło kotwicowe ma elementy pionowe usytuowane w pobliżu ścianek bocznych reaktora. Górne mieszadło może mieć mniejszą średnicę niż średnica reaktora polimeryzacyjnego. Zewnętrzny rurowy wał, wewnętrzny wał i środkowy rurowy wał mają osobne napędy. Niezależne napędy pozwalają na obracanie się poszczególnych mieszadeł z różnymi prędkościami i w różnych kierunkach. Korzystnie zewnętrzny rurowy wał i wewnętrzny wał obracają się w kierunku przeciwnym niż środkowy rurowy wał. Przyspiesza to proces przereagowania monomerów, a tym samym skraca czas reakcji polimeryzacji, niezbędnej do osiągnięcia niskiego stężenia wolnych nieprzereagowanych monomerów. W celu zmniejszenia stężenia nieprzereagowanych monomerów zastosowanych w procesie polimeryzacji górne mieszadło kotwicowe porusza się z prędkością większą od prędkości środkowego mieszadła łopatkowego, a środkowe mieszadło łopatkowe z prędkością większą od prędkości dolnego mieszadła kotwicowego.

Zaletą rozwiązania jest to, że pozwala zredukować stężenie wolnych nieprzereagowanych monomerów oraz skrócenie procesu polimeryzacji. Zastosowanie proponowanego rozwiązania pozwala na uniknięcie problemów z regulacją wymiany ciepła oraz masy w reaktorze polimeryzacyjnym w trakcie procesu polimeryzacji, występujących w trakcie użycia mieszadła jednokotwicowego. Podobnie pozwala na wyeliminowanie problemów związanych z zawartością wolnych nieprzereagowanych monomerów, których zawartość przekracza często 2-3% wagowych (zalecane stężenie wolnych nieprzereagowanych monomerów w klejach samoprzylepnych nie powinno przekraczać w przypadku produktów technicznych 1% wagowego, a w przypadku klejów samoprzylepnych przeznaczonych do zastosowań medycznych nie może przekraczać 0,3% wagowych).

Nowa konstrukcja mieszadła w reaktorze pozwala na skrócenie czasu polimeryzacji z zachowaniem redukcji wolnych monomerów poniżej 1,0% wagowego (jak wykazała praktyka przemysłowa, stosując konwencjonalne mieszadła kotwicowe lub przedstawione powyżej rozwiązania technologicznie nie jest możliwe uzyskanie rozpuszczalnikowych oraz emulsyjnych klejów samoprzylepnych 0 zawartości nieprzereagowanych monomerów poniżej 1,0% wagowego w trwającej od 6 do 8 h reakcji polimeryzacji; w celu redukcji wolnych monomerów poniżej 1,0% wagowego konieczne jest przedłużenie czasu polimeryzacji do 10-12 h, a w przypadku syntezy klejów przeznaczonych do celów medycznych nawet do 16 h).

Przedmiot wzoru użytkowego uwidoczniony jest na rysunku, który przedstawia reaktor z górnym, dolnym mieszadłem kotwicowym i środkowym mieszadłem w przekroju wzdłużnym, stawiony wynalazek opisują najtrafniej poniższe przykłady. Przykłady oznaczone dodatkowo literką „a” odnoszą się do przykładów porównawczych, w których zastosowano znaną ze stanu techniki konstrukcję mieszadła jednokotwicowego. Po polimeryzacji określono zawartość wolnych nieprzereagowanych monomerów metodą head-space korzystając z chromatografu gazowego CP-3800 firmy Varian. Otrzymane wyniki stężenia nieprzereagowanych monomerów w otrzymanym polimerze zamieszczono w tabeli.

Reaktor wyposażony jest w centryczny układ mieszadeł - górne mieszadło kotwicowe 1 umieszczone na zewnętrznym rurowym wale 2, na wewnętrznym wale 3 dolne mieszadło kotwicowe 4, umieszczone w pobliżu dna reaktora oraz środkowe mieszadło łopatkowe 8 umieszczone na środkowym rurowym wale 9 pomiędzy pozostałymi mieszadłami 1, 3. Górne mieszadło kotwicowe 1 ma elementy pionowe usytuowane w pobliżu ścianek bocznych reaktora. Zewnętrzny rurowy wał 2, wewnętrzny wał 3 i środkowy rurowy wał 9 mają osobne napędy. Zewnętrzny rurowy wał 2 i wewnętrzny wał 3 obracają się w przeciwnym kierunku niż środkowy rurowy wał 9. Reaktor ma płaszcz grzejny 6 1 układ chłodzący 7 - wodną chłodnicę zwrotną. W reaktorze tym przeprowadzono próbę I i tak umieszcza się 200 g octanu etylu oraz 100 g acetonu. Po ogrzaniu mieszaniny rozpuszczalników do temperatury wrzenia wkrapla się w czasie 1 h 300 g mieszaniny monomerów złożonej z 70% wag. akrylanu 2-etyloheksylu, 20% wag. akrylanu metylu oraz 10% wag. kwasu akrylowego zawierającą 0,1% wag., w stosunku do masy monomerów, inicjatora rodnikowego AIBN. Po reakcji dozowania monomerów przez 7 h prowadzi się dalszą polimeryzację, nazywaną w technologii reakcją doreagowania. W trakcie dozowania monomerów oraz w trakcie doreagowania monomerów górne mieszadło kotwicowe 1 obracało się z prędkością 800 obr/min, środkowe mieszadło łopatkowe 8 z prędkością 700 obr/min, a dolne mieszadło kotwicowe 4 obracało się z prędkością 600 obr/min.

Próbę II wykonano dla tego reaktora dla składu: umieszcza się 300 g octanu etylu. Po ogrzaniu rozpuszczalnika do temperatury wrzenia wkrapla się w czasie 1 h 300 g mieszaniny monomerów złożonej z 50% wag. metakrylanu etylu, 30% wag. akrylanu etylu, 15% wag. akrylanu metylu oraz 5% wag. akrylanu 2-hydroksyetylu zawierającą 0,1% wag., w stosunku do masy monomerów, inicjatora rodnikowego AIBN. Po reakcji dozowania monomerów przez 5 h prowadzi się dalszą polimeryzację, nazywaną w technologii reakcją doreagowania. W trakcie dozowania monomerów oraz w trakcie doreagowania monomerów górne mieszadło kotwicowe 1 obracało się z prędkością 1200 obr/min, środkowe mieszadło łopatkowe 8 z prędkością 1100 obr/min, a dolne mieszadło kotwicowe 4 obracało się z prędkością 1000 obr/min.

Próbę III wykonano dla tego reaktora i dla warunków, gdzie umieszcza się 200 g octanu etylu oraz 100 g toluenu. Po ogrzaniu mieszaniny rozpuszczalników do temperatury wrzenia wkrapla się w czasie 3 h 300 g mieszaniny monomerów złożonej z 80% wag. akrylanu izooktylu oraz 20% wag. kwasu akrylowego zawierającą 0,1% wag., w stosunku do masy monomerów, inicjatora rodnikowego AIBN. Po reakcji dozowania monomerów przez 3 h prowadzi się dalszą polimeryzację, nazywaną w technologii reakcją doreagowania. W trakcie dozowania monomerów oraz w trakcie doreagowania monomerów górne mieszadło kotwicowe 1 obracało się z prędkością 1500 obr/min, środkowe mieszadło łopatkowe 8 z prędkością 1200 obr/min, a dolne mieszadło kotwicowe 4 obracało się z prędkością 900 obr/min

Próbę IV wykonuje się dla tego reaktora i dla warunków, gdzie umieszcza się 250 g octanu etylu, po ogrzaniu którego do temperatury wrzenia wkrapla się w czasie 1 h 250 g mieszaniny monomerów złożonej z 50% wag. akrylanu decylu oraz 50% wag. metakrylanu 2-etyloheksylu zawierającą 0,1% wag., w stosunku do masy monomerów, inicjatora rodnikowego AIBN. Po reakcji dozowania monomerów przez 3 h prowadzi się dalszą polimeryzację, nazywaną w technologii reakcją doreagowania. W trakcie dozowania monomerów oraz w trakcie doreagowania monomerów górne mieszadło kotwicowe 1 obracało się z prędkością 1000 obr/min, środkowe mieszadło łopatkowe 8 z prędkością 900 obr/min, a dolne mieszadło kotwicowe 4 obracało się z prędkością 700 obr/min.

Próbę V wykonuje się dla tego reaktora i dla warunków, gdzie umieszczono 300 g octanu etylu, po ogrzaniu którego do temperatury wrzenia wkrapla się w czasie 2 h 300 g mieszaniny monomerów złożonej z 65% wag. akrylanu 2-etyloheksylu, 30% wag. akrylanu metylu oraz 5% wag. kwasu akrylowego zawierającą 0,1% wag., w stosunku do masy monomerów, inicjatora rodnikowego AIBN. Po reakcji dozowania monomerów przez 6 h prowadzi się dalszą polimeryzację, nazywaną w technologii reakcją doreagowania. W trakcie dozowania monomerów oraz w trakcie doreagowania monomerów górne mieszadło kotwicowe 1 obracało się z prędkością 1600 obr/min, środkowe mieszadło łopatkowe 8 z prędkością 1200 obr/min, a dolne mieszadło kotwicowe 4 obracało się z prędkością 800 obr/min.

Próbę VI wykonuje się dla tego reaktora i dla warunków, gdzie umieszcza się 300 g wody demi-neralizowanej, po ogrzaniu której do temperatury około 80°C przeprowadza się reakcję polimeryzacji 300 g mieszaniny monomerów, złożonej z 65% wag. akrylanu 2-etyloheksylu, 34% wag. akrylanu metylu oraz 1% wag. kwasu akrylowego, wkraplając mieszaninę monomerów zawierającą 0,3% wag. inicjatora rodnikowego nadsiarczanu sodu oraz 5% wag. emulgatora Antarox CO 887 w czasie 2 h. Następnie przez okres 6 h doreagowania prowadzi się dalszą reakcję polimeryzacji. Po procesie polimeryzacji do otrzymanej dyspersji wodnej dodaje się związek konserwujący Biocide K. 10. W trakcie dozowania monomerów oraz w trakcie doreagowania monomerów górne mieszadło kotwicowe 1 obracało się z prędkością 2000 obr/min, środkowe mieszadło łopatkowe 8 z prędkością 1500 obr/min, a dolne mieszadło kotwicowe 4 obracało się z prędkością 1200 obr/min.

Dla porównania przeprowadzono próbę la dla analogicznej kompozycji polimeryzacyjnej jak w próbie I, przy czym zastosowano w próbie reaktor z mieszadłem jednokotwicowym, a w trakcie dozowania monomerów oraz w trakcie doreagowania mieszadło kotwicowe 4 obracało się z prędkością 600 obr/min.

Dla porównania przeprowadzono próbę lla dla analogicznej kompozycji polimeryzacyjnej jak w próbie II, przy czym zastosowano w próbie reaktor z mieszadłem jednokotwicowym, a w trakcie dozowania monomerów oraz w trakcie doreagowania mieszadło kotwicowe 4 obracało się z prędkością 1000 obr/min.

Dla porównania przeprowadzono próbę lila dla analogicznej kompozycji polimeryzacyjnej jak w próbie III, przy czym zastosowano w próbie reaktor z mieszadłem jednokotwicowym, a w trakcie dozowania monomerów oraz w trakcie doreagowania mieszadło kotwicowe 4 obracało się z prędkością 900 obr/min.

Dla porównania przeprowadzono próbę IVa dla analogicznej kompozycji polimeryzacyjnej jak w próbie IV, przy czym zastosowano w próbie reaktor z mieszadłem jednokotwicowym, a w trakcie dozowania monomerów trwającego 4 h oraz w trakcie doreagowania mieszadło kotwicowe 4 obracało się z prędkością 700 obr/min.

Dla porównania przeprowadzono próbę Va dla analogicznej kompozycji polimeryzacyjnej jak w próbie V, przy czym zastosowano w próbie reaktor z mieszadłem jednokotwicowym, a w trakcie dozowania monomerów trwającego 14 h oraz w trakcie doreagowania mieszadło kotwicowe 4 obracało się z prędkością 800 obr/min.

Dla porównania przeprowadzono próbę Via dla analogicznej kompozycji polimeryzacyjnej jak w próbie VI, przy czym zastosowano w próbie reaktor z mieszadłem jednokotwicowym, a w trakcie dozowania monomerów oraz w trakcie doreagowania mieszadło kotwicowe 4 obracało się z prędkością 1200 obr/min.

Claims (3)

1. Tabela

   Zastrzeżenia ochronne

   1. Reaktor polimeryzacyjny zwłaszcza do syntezy rozpuszczalnikowych poliakrylanów oraz wodnych dyspersji akrylanowych z centrycznym układem mieszadeł wyposażony w wały, mieszadło kotwicowe na wale oraz zespół napędowy, znamienny tym, że ma górne mieszadło kotwicowe (1) na zewnętrznym wale (2) oraz na wewnętrznym rurowym wale (3) dolne mieszadło kotwicowe (4), umieszczone w pobliżu dna reaktora i pomiędzy dolnym mieszadłem (4) a górnym mieszadłem (1) ma środkowe mieszadło łopatkowe (8) na środkowym rurowym wale (9), i jest wyposażony w płaszcz grzejny (6) i układ chłodzący (7).
2. 2. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że górne mieszadło kotwicowe (1) ma elementy pionowe usytuowane w pobliżu ścianek bocznych reaktora.
3. 3. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że zewnętrzny wał (2), wewnętrzny rurowy wał (3) i środkowy rurowy wał (9) mają osobne napędy.