WO2003029310A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines hochmolekularen poly(meth)acrylats - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines hochmolekularen poly(meth)acrylats Download PDF

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WO2003029310A1
WO2003029310A1 PCT/EP2002/009428 EP0209428W WO03029310A1 WO 2003029310 A1 WO2003029310 A1 WO 2003029310A1 EP 0209428 W EP0209428 W EP 0209428W WO 03029310 A1 WO03029310 A1 WO 03029310A1
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acrylate
methacrylate
meth
reactor
acrylates
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PCT/EP2002/009428
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Roos
Heike Leuninger
Gerd LÖHDEN
Hans-Ulrich Moritz
Jessica Langenbuch
Original Assignee
Röhm Gbmh & Co.Kg
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F20/00—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F20/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms, Derivatives thereof
    • C08F20/10—Esters
    • C08F20/12—Esters of monohydric alcohols or phenols

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the continuous execution of emulsion polymerizations or suspension polymerizations.
  • the invention further relates to a particularly high molecular weight poly (meth) acrylate (PMMA) produced by the process.
  • PMMA high molecular weight poly (meth) acrylate
  • the high molecular weight (meth) acrylate can be used, for example, as a processing aid for polyvinyl chloride (PVC).
  • DE 19850210 uses a Taylor reactor to produce homo- or copolymers of methylpropane-1,3-diol-mono (meth) acrylate by radical copolymerization in a liquid reaction medium.
  • the polymer is used to produce oxidatively and / or thermally curable coating agents, adhesives and sealants.
  • EP 498583 describes a process for continuous polymerization and a Taylor reactor used therefor. No information is given about the molecular weights of the copolymers of styrene, ethylene glycol, dimethacrylate and 2-ethyl-hexyl methacrylate.
  • US Pat. No. 5,470,539 also describes a process for producing polymer particles with a narrow particle size distribution using a Taylor reactor with precisely specified dimensions. Here too, no information is provided on the molecular weight of the polymers obtained. task
  • processing aids To improve the viscoelastic properties of PVC melts, copolymers of esters of methacrylic acid and acrylic acid are used as processing aids. Processing aids with a VZ> 300 cm 3 / g (determined according to DIN EN ISO 1682-1) are particularly suitable.
  • ultra high molecular weight products with a viscosity number VZ> 700 cm 3 / g have proven to be particularly effective since they significantly improve the properties of the PVC melt as well as those of the finished product.
  • the molecular weights of the products obtained are between 10 6 and 7 x 10 6 , preferably between 3 x 10 6 and 6 x 10 6 daltons. The values were determined using size exclusion chromatography (SEC).
  • Continuous loop reactors are used for the continuous emulsion polymerization of vinyl monomers, as described for example in DE OS 1973 1891 and 19809200. These reactors also have a strong tendency to form deposits.
  • the object of producing a high molecular weight polymer dispersion is achieved by using a cleavage reactor, as described, for example, in US Pat. No. 5,470,539 in DE 19828742 and by Kataoka et all Chemical Eng. Be. 50, 1409, (1995).
  • a cleavage reactor as described, for example, in US Pat. No. 5,470,539 in DE 19828742 and by Kataoka et all Chemical Eng. Be. 50, 1409, (1995).
  • this reactor it is possible to carry out batch reactions with high solids contents in such a way that the amount of heat produced during the reaction can be dissipated without problems. In principle, this is also possible with conventional tube or loop reactors or with a conventional batch process. Due to the addition of several monomers or monomer mixtures, these batch processes are complex in terms of apparatus, difficult to regulate and labor-intensive.
  • the wall covering that may occur in the case of a tubular reactor limits the heat dissipation and the possibility of continuous operation.
  • the continuous operation and the unchanged heat dissipation during production are inherent in the Taylor reactor and are given by the secondary vortex flow of the Taylor rings.
  • the Taylor number serves as a description parameter for the optimal reaction range.
  • Ni inner radius of the cylinder
  • W angular velocity of the agitator
  • v kinematic viscosity of the medium in the gap
  • the secondary flow necessary for the reaction arises from a Taylor number of 50-60. Taylor numbers between 100 and 300 are preferred. However, the Taylor number can also increase to 3,000-4,000.
  • an emulsion containing a seed latex and an initiator system is fed in at the reactor inlet. The polymerization can also be carried out without the addition of the seed latex.
  • the initiator can also be metered in separately by a metering system separate from the main metering system.
  • the reaction chamber is heated either by heat exchange elements attached to the outer reactor cylinder or by heating the inner cylinder. However, it is also possible to preheat the starting materials before entering the reactor.
  • a controllable reaction is understood to mean a reaction in which the heat of polymerization occurring in the reactor leads to an increase in temperature ⁇ 10 ° C., preferably 7.5 ° C., particularly preferably less than 5 ° C.
  • the gap width d is up to 50% of the outer cylinder radius, up to 40% is preferred, and up to 30% of the outer cylinder radius is particularly preferred.
  • the monomer content of the supplied reaction solution is such that the solids content of the resulting dispersion is up to 60% by weight, preferably 55% by weight and particularly preferably 50% by weight of monomer.
  • the reactor length is not critical to the practice of the invention. It is only necessary to have a sufficient reactor length and therefore a reaction time in order to carry out the usual subsequent steps in emulsion polymerization, such as, for example, a post-reaction to lower the residual monomer content can.
  • a reaction time in order to carry out the usual subsequent steps in emulsion polymerization, such as, for example, a post-reaction to lower the residual monomer content can.
  • one or more further initiators can be metered into the reactor at one or more points.
  • the polymer obtained consists of the monomer components:
  • Methacrylates of the formula I which can be used in the context of the invention include alkyl methacrylates derived from saturated linear or branched alcohols, such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate, isopropyl methacrylate, propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, pentyl methacrylate, n-hexyl methacrylate, n-octyl methacrylate n-decyl methacrylate, isooctyl methacrylate, amyl methacrylate, tetradecyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, etc .; Alkyl methacrylates derived from unsaturated alcohols, such as.
  • Acrylates of the formula II which can be used in the context of the invention include alkyl acrylates derived from saturated linear or branched alcohols, such as ethyl acrylate, isopropyl acrylate, propyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, pentyl acrylate, n-hexyl acrylate, n-octyl acrylate, n-octyl acrylate Decyl acrylate, isooctyl acrylate, amyl acrylate, tetradecyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, etc .; Alkyl acrylates derived from unsaturated alcohols, such as.
  • Crosslinkers which can be used include allyl acrylate, allyl methacrylate, propanediol di (meth) acrylate, butanediol (meth) acrylate, hexanediol di (meth) acrylate, octanediol di (meth) acrylate, nonanediol di (meth) acrylate, decanediol di (meth) acrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, Diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol (meth) acrylate, dodecaethylene glycol di (meth) acrylate, tetradecaethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, dipropylglycol di (meth) acrylate, tetradololiphenolate, tetradolaprop
  • styrenes and styrene derivatives such as, for example, styrene and methylstyrene or halogenated styrenes, maleic acid or maleic anhydride, crotonic acid, N-vinylimidazole, or fumaric acid or N-vinylpyrrolidone.
  • Suitable anionic, cationic and non-ionic emulsifiers and mixtures thereof are suitable as emulsion emulsifiers.
  • the molecular weight of the polymers obtained is> 1 x 10 6 daltons and was determined using the SEC method.
  • the particle diameter of the polymers contained is 50 - 8000 nanometers and was determined using the Coulter method.
  • the solids content of the polymer dispersion obtained is between 20 and 60%, preferably 30-55%, particularly preferably 35-55%.
  • the solids content of the polymer dispersion obtained was 30% by weight.
  • the viscosity number (VZ, determined according to DIN EN ISO 1628-1) was 750 - 790 cm 3 / g.
  • the MG was 4.5 - 5.1 x 10 6 g / mol.
  • a seed latex with the following monomer composition 80% / 20% MMA / BuMA wt.% With particle size 136 nm (vol.%) According to Coulter was used as the seed latex.
  • the VZ is measured according to DIN EN ISO 1628-1 and GPC based on DIN 55672 part 1.
  • the polymers of the comparative experiment have the same composition as the polymers which were produced using a Taylor reactor.
  • the product has a VZ of 540 - 610 cm 3 / g and a molecular weight of 2.8 - 3.5 x 10 6 g / mol.
  • the following monomer mixture was polymerized in a Taylor reactor according to Example 1 at 78 ° C.
  • a product with a viscosity number of 900 m 3 / g was obtained, this viscosity number corresponds to an average molecular weight of 5 x 10 6 g / mol or 5 x 10 6 daltons.
  • the solids content of the polymer dispersion obtained was 50% by weight.
  • the polymers of the comparative experiment have the same composition as the polymers which were produced using a Taylor reactor.
  • Seed latex composition: 99% by weight ethyl acrylate with 1% dodecyl mercaptan, average particle diameter of the particles 246 nm), 1438 g of water and 2.5 g of disponil were introduced, the amount of seed latex was 2.2 g.
  • a mixture of 1800 g MMA, 587.5 g butyl methacrylate, 112.5 g n-butyl acrylate, 30.8 g Disponil (emulsifier), 0.08 g sodium persulfate, 0.15 g Natrohydrogen sulfide and 1072 g of water were metered into the mixture within a minute, 725 g and the rest at a metering rate of 55 g per minute. It was polymerized at 77 ° C and 84 min reaction time.
  • the viscosity number of the product 650 cm 3 per gram. This viscosity number corresponds to an approximate average molecular weight of 3.5 million g per mole or 3.5 x 10 6 daltons.
  • the suspension was worked up using customary, known methods, such as, for example, coagulation or spray drying.
  • the products according to the invention facilitate the manufacture of PVC foams.
  • the foam density, the melt elasticity, the stability of the foam cells and the gloss are positively influenced.

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Abstract

In einem Taylor-Reaktor lassen sich Copolymere aus (Meth)acrylaten, funktionalisierten (Meth)acrylaten und weiteren Comonomeren mit hohem Molekulargewicht herstellen (MG> 105). Die Copolymere eignen sich besonders gut als Verarbeitungshilfsmittel für PVC-Schäume.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines hochmolekularen
Poly(meth)acrylats
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Ausführung von Emulsionspolymerisationen oder Suspensionspolymerisationen. Ferner betrifft die Erfindung ein mit dem Verfahren hergestelltes besonders hochmolekulares Poly(meth)acrylat (PMMA). Das hochmolekulare (Meth)acrylat kann beispielsweise als Verarbeitungshilfsmittel für Polyvinylchlorid (PVC) verwendet werden.
Stand der Technik
Schon 1957 wurde eine Emulsionspolymerisation im Taylor-Reaktor in einem Patent von ICI beschrieben. Betrieben wird der Reaktor in diesem Patent im Gegenstromverfahren mit mittleren Verweilzeiten von 4o Minuten, wobei neben dem Zylinderrührer auch kegelförmige und Scheibenrührer erwähnt sind. Am Reaktorfuß wird das Produkt abgezogen und durch eine weitere Öffnung auch das Monomer hinzugegeben, während die anderen Reaktionskomponenten am Reaktorkopf zugeführt werden. Zur Dispergierung der Substanzen wird die Taylor-Wirbelströmung ausgenutzt (ICI, Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Emulsionspolymerisation, DE-Auslegeschrift 1 071 341).
Weitere Arbeiten zu Emulsionspolymerisationen wurden erst in den 90er Jahren wieder veröffentlicht. In einer Patentanmeldung von Nippon Paint führt die von Imamura et al. beschriebene Saat-Emulsionspolymerisation von Styrol bei mittleren Verweilzeiten von 30 bis 180 Minuten zu einer relativ breiten Teilchengrößenverteilung (Nippon Paint Co. Ltd.; Imamura et al., Continuous Polymerization Method and Apparatus; EP 0 498 583 A1). Auch Kataoka et al. untersuchten die Emulsionspolymerisation von Styrol im Taylor-Reaktor. Sie stellten fest, dass eine Polymerisation mit Taylor-Zahlen im kritischen Bereich nur zu geringen Umsätzen führt, da die Vermischung innerhalb der Wirbel in diesem Strömungsbereich nur sehr gering ist. Im Bereich der Wellenwirbel-Strömung mit schwachen Turbulenzen konnten sie mit batch Reaktionen vergleichbare Umsätze erzielen, da durch die gute innere Vermischung der Wirbel die Diffusion der Monomere in die Teilchen beschleunigt wird. Eine kürzere mittlere Verweilzeit führt dabei zu besseren Ergebnissen, da durch eine stärkere axiale Durchströmung die Rückvermischung etwas verringert wird. Dadurch konnten engverteilte Teilchengrößen erzielt werden. Die kürzeste mittlere Verweilzeit in diesen Experimenten betrug 40 Minuten bei einem Reaktorvolumen von 0,55 Litern. Durch die Wirbelbewegung wurde die bei Emulsionspolymerisationen häufig auftretende Koagulation verringert (K. Kataoka, N. Ohmura, M. Kouzu, Y. Simamura, M. Okubo: Emulsion Polymerization of Styrene in a Continous Taylor-Vortex Flow Reactor, Chem. Eng. Sei. ; 1995).
1998 beschrieb Schmidt die Emulsionspolymerisation von n-Butylmethacrylat, wobei er ebenfalls sehr hohe Umsätze erreichen konnte. Die Abhängigkeit von der Verweilzeit, die zwischen 20 und 60 Minuten variiert wurde, zeigte einen Umsatzanstieg mit zunehmender Verweilzeit im Reaktor. Im Gegensatz zum Umsatzverhalten verhielt sich der Reaktor jedoch bezüglich der Teilchengröße und der Molmasse nicht stationär (W. Schmidt: Entwicklung von Reaktoren für die kontinuierliche Emulsionspolymerisation als Alternative zum Durchflusskessel und zur Durchflusskesselkaskade, Dissertation, Universität- Gesamthochschule Paderborn, Berlin 1998). DE OS 19828742 beschreibt einen Taylorreaktor für Stoffumwandlungen, in deren Verlauf eine Änderung der Viskosität des Reaktionsmediums eintritt. Um die Änderung der Viskosität zu kompensieren, vergrößert man den Durchmesser des Taylorreaktors, so dass die physikalischen Bedingungen für die Ausbildung der Taylorringe immer noch erhalten bleiben.
In DE 19850210 wird ein Taylorreaktor verwendet, um Homo- oder Copoly- merisate von Methylpropan-1 ,3-diol-mono(meth)acrylat durch radikalische Copolymerisation in einem flüssigen Reaktionsmedium herzustellen. Das Polymerisat dient zur Herstellung oxidativ und/oder thermisch härtbarer Beschichtungsmittel, Klebstoffe und Dichtungsmassen.
DE 199 60389 beschreibt einen Taylorreaktor für Stoffumwandlungen mit vorgeschaltetem Mischaggregat.
EP 498583 beschreibt ein Verfahren zur kontinuierlichen Polymerisation und einen dafür verwendeten Taylorreaktor. Angaben über die Molekulargewichte der Copolymerisate aus Styrol, Ethylenglykol, Dimethacrylat und 2-Ethyl-hexyl- Methacrylat werden nicht gemacht.
US PS 5,340,891 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Polymerpartikeln mit kleinen Durchmessern und enger Teilchengrößenverteilung. Angaben über die Molekulargewichte der erhaltenen Polymere fehlen.
US PS 5,470,539 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Polymerpartikeln mit enger Teilchengrößenverteilung mit Hilfe eines Taylorreaktors mit genau spezifizierten Abmessungen. Auch hier werden keine Angaben zum Molekulargewicht der erhaltenen Polymeren geliefert. Aufgabe
Es bestand die Aufgabe, mit Hilfe des an sich bekannten Taylorreaktors ein besonders hochmolekulares (Meth)acrylatcopolymer herzustellen, das besonders gut geeignet ist, als Verarbeitungshilfsmittel in PVC eingesetzt zu werden.
Zur Verbesserung der viskoelastischen Eigenschaften der PVC-Schmelzen werden Copolymerisate aus Estern der Methacrylsäure und der Acrylsäure als Verarbeitungshilfsmittel eingesetzt. Verarbeitungshilfmittel mit einer VZ > 300 cm3/g (bestimmt nach DIN EN ISO 1682-1) sind besonders geeignet.
Für die Herstellung von PVC-Schäumen haben sich ultrahochmolekulare Produkte mit einer Viskositätszahl VZ > 700 cm3/g als besonders effektiv erwiesen, da sie die Eigenschaften der PVC-Schmelze, wie auch die des Fertigproduktes deutlich verbessern. Die Molekulargewichte der erhaltenen Produkte liegen zwischen 106 und 7 x 106, bevorzugt zwischen 3 x 106 und 6 x 106 Dalton. Die Werte wurden mittels Size exclusion chromatography (SEC) bestimmt.
Eine Erhöhung der Dosiergeschwindigkeit bei Semi-Batchreaktionen führt zu einer Erhöhung des Molekulargewichtes beim Emulsionspolymerisat. Es ist allerdings schwierig, bei Einsatz der oben gewünschten Comonomeren die Dosiergeschwindigkeit so stark zu erhöhen, dass die für die PVC-Verar- beitungshilfsmittel geforderten Molekulargewichte erreicht werden, da sehr hohe Anforderungen an die Wärmeabfuhrleistung eines Reaktors gestellt werden. Es ist normalerweise nicht möglich, eine Dispersion mit einem hohen Feststoffgehalt im Batchverfahren in einem konventionellen Rührkessel, wie er für Emulsionspolymerisation üblicherweise verwendet wird, herzustellen. Die bei der Polymerisation von (Meth)acrylaten auftretende Wärme führt zu einem unkontrollierbaren Polymerisationsprozess. Auch ein Abesenken des Feststoffgehalts kann die Problematik nicht lösen, da der erhöhte Wassergehalt zu einer unwirtschaftlichen Isolierung der Produkte führt, die typischerweise durch Sprühtrocknung oder durch gezielte Coagulation mit anschließender Trocknung erfolgt. Eine weitere Möglichkeit, Produkte mit hohen Molekulargewichten herzustellen, besteht darin, die Produkte in mehreren aufeinanderfolgenden Batchreaktoren herzustellen. Das führt aber zu einer Verlängerung der Produktionszeit und damit zu einer deutlichen Erhöhung der Herstellungskosten. Weiterhin ist die Wärmeabführung während der Batchreaktion in konventionellen Rührreaktorkesseln problematisch. Eventuell zusätzliche Einbauten zur Abführung der Wärme führen in der Regel zu Zonen, in denen sich bevorzugt zusätzlich Coagulat bildet und absetzt. Ähnlich verhält es sich in einem Rohrreaktor, der bei höher konzentrierten Dispersionen, beispielsweise mehr als 40 % Festgehalt, zu einem starken Belagaufbau neigt.
Kontinuierliche Schlaufenreaktoren werden zur kontinuierlichen Emulsionspolymerisation vinylischer Monomere eingesetzt, wie beispielsweise in der DE OS 1973 1891 und 19809200 beschrieben. Auch bei diesen Reaktoren besteht eine starke Neigung zur Belagbildung.
Gelöst wird die Aufgabe, eine hochmolekulare Polymerdispersion herzustellen, durch die Verwendung eines Spaltreaktors, wie er beispielsweise in US PS 5,470,539 in der DE 19828742 und von Kataoka et all Chemical Eng. Sei. 50, 1409, (1995) beschrieben wird. In diesem Reaktor ist es möglich, Batchreaktionen mit hohen Feststoffgehalten so durchzuführen, dass die bei der Reaktion produzierte Wärmemenge problemlos abgeführt werden kann. Prinzipiell ist dies auch mit herkömmlichen Rohr- oder Schlaufenreaktoren oder mit einem konventionellen Batchverfahren möglich. Diese Batchverfahren sind durch mehrere Zudosierungen von Monomeren oder Monomermischungen apparatetechnisch aufwendig, schwierig zu regeln und personalintensiv.
Durch den eventuell auftretenden Wandbelag wird im Fall eines Rohrreaktors die Wärmeabfuhr und die Möglichkeit des kontinuierlichen Betriebes eingeschränkt. Der kontinuierliche Betrieb und die sich nicht veränderte Wärmeabfuhrleistung im Laufe der Produktion sind beim Taylorreaktor inhärent und durch die Sekundärwirbelströmung der Taylorringe gegeben. Als Beschreibungsparameter für den optimalen Reaktionsbereich dient die Taylorzahl.
ω.r.d v
wobei gilt: d = Spaltbreite (d = Na - Ni)
Na = äußerer Radius des Zylinders
Ni = innerer Radius des Zylinders
W = Winkelgeschwindigkeit des Rühres v = kinematische Viskosität des Mediums im Spalt Die für die Reaktion notwendige Sekundärströmung entsteht ab einer Taylorzahl von 50 - 60. Bevorzugt sind Taylorzahlen zwischen 100 und 300. Die Taylorzahl kann aber auch bis 3.000 - 4.000 ansteigen. Am Reaktoreingang wird in der Regel eine Emulsion, die ein Saatlatex- und ein Initiatorsystem enthält, zugeführt. Die Polymerisation kann auch ohne Zusatz des Saatlatex durchgeführt werden.
Der Initiator kann auch durch ein vom Hauptdosierungsystem getrenntes Dosierungssystem getrennt zudosiert werden.
Die Erwärmung des Reaktionsraumes geschieht entweder durch am äußeren Reaktorzylinder angebrachte Wärmetauschelemente oder durch Beheizung des Innenzylinders. Es ist allerdings auch möglich, die Edukte vor Eintritt in den Reaktor vorzuwärmen.
Bei geeigneter Wahl der Reaktorspaltbreite ist die Reaktion kontrollierbar. Unter einer kontrollierbaren Reaktion wird eine Reaktion verstanden, bei der die auftretende Polymerisationswärme im Reaktor zu einer Temperaturerhöhung < 10°C, bevorzugt 7,5°C, besonders bevorzugt weniger als 5°C führt. Die Spaltbreite d beträgt bis zu 50 % des Außenzylinderradius, bevorzugt ist bis zu 40 %, und besonders bevorzugt ist bis zu 30 % des Außenzylinderradius.
Der Monomergehalt der zugeführten Reaktionslösung wird so bemessen, dass der Feststoffgehalt der entstehenden Dispersion bis zu 60 Gew.%, vorzugsweise 55 Gew.%, und besonders bevorzugt 50 Gew.% Monomer beträgt.
Die Reaktorlänge ist nicht entscheidend für die Durchführung der Erfindung. Es ist lediglich genügend Reaktorlänge und damit Reaktionszeit notwendig, um die üblichen Folgeschritte bei der Emulsionspolymerisation, wie beispielsweise Nachreaktion zur Erniedrigung des Restmonomergehaltes, durchführen zu können. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass noch einer oder mehrere weitere Initiatoren in den Reaktor an einer oder mehr Stellen eindosiert werden kann.
Das erhaltene Polymer besteht aus den Monomerkompontenen:
- Methylmethacrylaten der Formel I,
- Acrylaten der Formel II,
- weiteren Monomeren und anderen vinylischen Monomeren, die sich mit MMA und Butylmethacrylat copolymerisieren lassen
- und optional einen Vernetzer.
Die Mengen der einzelnen Komponenten ergänzen sich zu 100 %.
Methacrylate:
CH3 O I II H2C=C— C— OR Formel
Acrylate
H O
II
H2C=C- -C- -OR Formel II
Zu im Rahmen der Erfindung einsetzbaren Methacrylaten gemäß der Formel I gehören u. a. Alkylmethacrylate, die sich von gesättigten linearen oder verzweigten Alkoholen ableiten, wie Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Isopropylmethacrylat, Propylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat, Pentylmethacrylat, n-Hexylmethacrylat, n- Octylmethacrylat, n-Decylmethacrylat, Isooctylmethacrylat, Amylmethacrylat, Tetradecylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, usw.; Alkylmethacrylate, die sich von ungesättigten Alkoholen ableiten, wie z. B. Oleylmethacrylat, 2-Propynylmethacrγlat, Allylmethacrylat, Vinylmethacrylat usw.; Amide und Nitrile der Methacrylsäure, wie N-(3-Dimethylaminopropyl)methacrylamid, N-(Diethylphosphono)methacrylamid, 1 -Methacryloylamido-2-methyl-2- propanol, N-(3-DibutylaminopropyI)methacrylamid, N-t-Butyl-N- (diethylphosphono)methacrylamid, N,N-bis(2-Diethylaminoethyl)methacrylamid, 4-Methacryloylamido-4-methyl-2-pentanol, Methacryloylamidoacetonitril, N- (Methoxymethyl)methacrylamid, N-(2-Hydroxyethyl)methacrylamid, N- Acetylmethacrylamid, N-(Dimethylaminoethyl)methacrylamid, N-Methyl-N- phenylmethacrylamid, N,N-Diethylmethacrylamid, N-Methylmethacrylamid, N,N-Dimethylmethacrylamid, N-Isopropylmethacrylamid; Aminoalkylmethacrylate, wie tris(2-Methacryloxyethyl)amin, N- methylformamidoethylmethacrylat, 3-Diethylaminopropylmethacrylat, 2- Ureidoethylmethacrylat; andere stickstoffhaltige Methacrylate, wie N- (Methacryloyloxyethyl)diisobutylketimin, 2- Methacryloyloxyethylmethylcyanamid, Cyanomethylmethacrylat; Arylmethacrylate, wie Nonylphenylmethacrylat, Benzylmethacrylat, Phenylmethacrylat, wobei die Arylreste jeweils unsubstituiert oder bis zu vierfach substituiert sein können; carbonylhaltige Methacrylate, wie 2- Carboxyethylmethacrylat, Carboxymethylmethacrylat, N-(2- Methacryloyloxyethyl)-2-pyrrolidinon, N-(3-MethacryloyIoxypropyl)-2- pyrrolidinon, N-Methacryloylmorpholin, Oxazolidinylethylmethacrylat, N- (Methacryloyloxy)formamid, Acetonylmethacrylat, N-Methacryloyl-2- pyrrolidinon; Cycloalkylmethacrylate, wie 3-Vinylcyclohexylmethacrylat, 3,3,5- Trimethylcyclohexylmethacrylat, Bornylmethacrylat, Cyclopenta-2,4- dienylmethacrylat, Isobornylmethacrylat, 1 -Methylcyclohexylmethacrylat; Glycoldimethacrylate, wie 1 ,4-Butandiolmethacrylat, Methylen methaerylat, 1 ,3- Butandiolmethacrylat, Triethylenglycolmethacrylat, 2,5-Dimethyl-1 ,6- hexandiolmethacrylat, 1 ,10-Decandiolmethacrylat, 1 ,2-Propandiolmethacrylat, Diethylenglycolmethacrylat, Ethylenglycolmethacrylat; Hydroxylalkylmethacrylate, wie 3-Hydroxypropylmethacrylat, 3,4- Dihydroxybutylmethacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 2- Hydroxypropylmethacrylat; Methacrylate von Etheralkoholen, wie Tetrahydrofurfurylmethacrylat, Vinyloxyethoxyethylmethacrylat, Methoxyethoxyethylmethacrylat, 1 -Butoxypropylmethacrylat, 1 -Methyl-(2- vinyloxy)ethylmethacrylat, Cyclohexyloxymethylmethacrylat, Methoxymethoxyethylmethacrylat, Benzyloxymethylmethacrylat, Furfurylmethacrylat, 2-Butoxyethylmethacrylat, 2- Ethoxyethoxymethylmethacrylat, 2-Ethoxyethylmethacrylat, Allyloxymethylmethacrylat, 1 -Ethoxybutylmethacrylat, Methoxymethyl methaerylat, 1 -Ethoxyethylmethacrylat, Ethoxymethylmethacrylat;Methacrylate von halogenierten Alkoholen, wie 2,3- Dibromopropylmethacrylat, 4-Bromophenylmethacrylat, 1 ,3-Dichloro-2- propylmethacrylat, 2-Bromoethylmethacrylat, 2-lodoethylmethacrylat, Chloromethylmethacrylat; Oxiranylmethacrylate, wie 10,11- Epoxyundecylmethacrylat, 2,3-Epoxycyclohexylmethacrylat, 2,3- Epoxybutylmethacrylat, 3,4-Epoxybutylmethacrylat, Glycidylmethacrylat; Phosphor-, Bor- und/oder Silicium-haltige Methacrylate, wie 2- (Dibutylphosphono)ethylmethacrylat, 2,3-Butylenmethacryloylethylborat, 2- (Dimethylphosphato)propylmethacrylat, Methyldiethoxymethacryloylethoxysilan, 2-(Ethylenphosphito)propylmethacrylat, Dimethylphosphinomethylmethacrylat, Dimethylphosphonoethylmethacrylat, Diethylmethacryloylphosphonat, Diethylphosphatoethylmethacrylat, Dipropylmethacryloylphosphat; schwefelhaltige Methacrylate, wie Ethylsulfinylethylmethacrylat, 4- Thiocyanatobutylmethacrylat, Ethylsulfonylethylmethacrylat, Thiocyanatomethylmethacrylat, Methylsulfinylmethylmethacrylat, Bis(methacryloyloxyethyl)sulfid.
Zu im Rahmen der Erfindung einsetzbaren Acrylaten gemäß der Formel II gehören u. a. Alkylacrylate, die sich von gesättigten linearen oder verzweigten Alkoholen ableiten, wie Ethylacrylat, Isopropylacrylat, Propylacrylat, n- Butylacrylat, Isobutylacrylat, Pentylacrylat, n-Hexylacrylat, n-Octylacrylat, n- Decylacrylat, Isooctylacrylat, Amylacrylat, Tetradecylacrylat, 2- Ethylhexylacrylat, usw.; Alkylacrylate, die sich von ungesättigten Alkoholen ableiten, wie z. B. Oleylacrylat, 2-Propynylacrylat, Allylacrylat, Vinylaerylat usw.; Amide und Nitrile der acrylsäure, wie N-(3-Diylaminopropyl)acrylamid, N-(Diethylphosphono)acrylamid, 1 -acryloylamido-2-yl-2-propanol, N-(3- Dibutylaminopropyl)acrylamid, N-t-Butyl-N-(diethylphosphono)acrylamid, N,N- bis(2-Diethylaminoethyl)acrylamid, 4-acryloylamido-4-yl-2-pentanol, acryloylamidoacetonitril, N-(oxyyl)acrylamid, N-(2-Hydroxyethyl)acrylamid, N- Acetylacrylamid, N-(Diylaminoethyl)acrylamid, N-yl-N-phenylacrylamid, N,N- Diethylacrylamid, N-ylacrylamid, N,N-Diylacrylamid, N-Isopropylacrylamid; Aminoalkylaerylate, wie tris(2-acryloxyethyl)amin, N-ylformamidoethylacrylat, 3- Diethylaminopropylacrylat, 2-Ureidoethylacrylat; andere stickstoffhaltige Acrylate, wie N-(acryloyloxyethyl)diisobutylketimin, 2- Acryloyloxyethylylcyanamid, Cyanoylacrylat; Arylacrylate, wie Nonylphenylacrylat, Benzylacrylat, Phenylacrylat, wobei die Arylreste jeweils unsubstituiert oder bis zu vierfach substituiert sein können; carbonylhaltige Acrylate, wie 2-CarboxyethylacryIat, Carboxyylacrylat, N-(2-acryloyloxyethyl)-2- pyrrolidinon, N-(3-acryloyloxypropyl)-2-pyrrolidinon, N-Acryloylmorpholin, Oxazolidinylethylacrylat, N-(acryloyloxy)formamid, Acetonylaerylat, N-acryloyl-2- pyrrolidinon; Cycloalkylacrylate, wie 3-Vinylcyclohexylacrylat, 3,3,5- Triylcyclohexylacrylat, Bomylacrylat, Cyclopenta-2,4-Dienylacrylat, Isobornylacrylat, Glycoldiacrylate, wie 1 ,4-Butandiolacrylat, 1 ,3- Butandiolacrylat, Triethylenglycolacrylat, 2,5-Diyl-1 ,6-Hexandiolacrylat, 1 ,10- Decandiolacrylat, 1 ,2-Propandiolacrylat, Diethylenglycolacrylat, Ethylenglycolacrylat; Hydroxylalkylacrylate, wie 3-Hydroxypropylacrylat, 3,4- Dihydroxybutylacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat; Acrylate von Etheralkoholen, wie Tetrahydrofurfurylacrylat, Vinyloxyethoxyethylacrylat, oxyethoxyethylacrylat, 1 -Butoxypropylacrylat, 1 -yl-(2-vinyloxy)ethylacrylat, Cyclohexyloxyylacrylat, Oxyoxyethylacrylat, Benzyloxyylaerylat, Furfurylaerylat, 2-Butoxyethylacrylat, 2-Ethoxyethoxyylacrylat, 2-Ethoxyethylacrylat, Allyloxyylacrylat, 1 -Ethoxybutylacrylat, 1 -Ethoxyethylacrylat, Ethoxyylacrylat; Acrylate von halogenierten Alkoholen, wie 2,3-Dibromopropylacrylat, 4- Bromophenylacrylat, 1 ,3-Dichloro-2-propylacrylat, 2-Bromoethylacrylat, 2- lodoethylacrylat, Chloroylacrylat; Oxiranylacrylate, wie 10,11- Epoxyundecylacrylat, 2,3-Epoxycyclohexylacrylat, 2,3-Epoxybutylacrylat, 3,4- Epoxybutylacrylat, Glycidylacrylat; Phosphor-, Bor- und/oder Silicium-haltige Acrylate, wie 2-(Dibutylphosphono)ethylacrylat, 2,3-Butylenacryloylethylborat, 2- (Diylphosphato)propylacrylat, 2-(Ethylenphosphito)propylacrylat, Diylphosphinoylacrylat, Diylphosphonoethylacrylat, Diethylacryloylphosphonat, Diethylphosphatoethylacrylat, Dipropylacryloylphosphat; schwefelhaltige Acrylate, wie Ethylsulfinylethylacrylat, 4-Thiocyanatobutylacrylat, Ethylsulfonylethylacrylat, Thiocyanatoylacrylat, Bis(acryloyloxyethyl)sulfid; Triacrylate, wie Triyloylpropantriacrylat.
Als Vernetzer können u. a. Allylacrylat, Allylmethacrylat, Propandioldi(meth)acrylat, Butandiol(meth)acrylat, Hexandioldi(meth)acrylat, Octandioldi(meth)acrylat, Nonandioldi(meth)acrylat, Decandioldi(meth)acrylat, Ethylenglycoldi(meth)acrylat, Diethylenglycoldi(meth)acrylat, Triethylenglycoldi(meth)acrylat, Tetraethylenglycol(meth)acrylat, Dodecaethylenglycoldi(meth)acrylat, Tetradecaethylenglycoldi(meth)acrylat, Propylenglycoldi(meth)acrylat, Dipropylglycoldi(meth)acrylat, Tetradecapropylenglycoldi(meth)acrylat und Divinylbenzol, Glycerindi(meth)acrylat, 2,2'-Bis[p-(γ-methacryloxy-ß-hydroxypropoxy)- phenylpropan] oder Bis-GMA, Biphenol-A-dimethacrylat, Neopentylglycoldi(meth)acrylat, 2,2l-Di(4-methacryloxypolyethoxyphenyl)propan mit 2 bis 10 Ethoxygruppen pro Molekül und 1 ,2-Bis(3-methacryloxy-2- hydroxypropoxy)butan, verwendet werden. Tri- oder mehrfachfunktionelle (Meth)acrylate, wie beispielsweise Trimethylolpropantri(meth)acιγlate und Pentaerythritoltetra(meth)acrylat können auch eingesetzt werden.
Als mit den Monomeren 1 - 2 copolymerisierbare Monomere kommen folgende Verbindungen beispielsweise in Frage: Styrole und Styrolderivate, wie beispielsweise Styrol und Methylstyrol oder halogenierte Styrole, Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid, Crotonsäure, N-Vinylimidazol, oder Fumarsäure oder N-Vinylpyrrolidon.
Als Initiatoren können sowohl anorganische als organische Peroxide, Hydroperoxide sowie Redoxsysteme eingesetzt werden.
Als Emulgatoren eignen die sich bei der Emulsionspolymerisation gebräuchlichen anionischen, kationischen und nicht ionischen Emulgatoren und deren Mischungen.
Das Molekulargewicht der erhaltenen Polymeren beträgt > 1 x 106 Dalton und wurde mittels der Methode SEC bestimmt. Der Teilchendurchmesser der enthaltenen Polymeren beträgt 50 - 8000 Nanometer und wurde mit der Methode Coulter bestimmt.
Der Feststoffgehalt der erhaltenen Polymerdispersion beträgt zwischen 20 und 60 %, bevorzugt 30 - 55 %, besonders bevorzugt 35 - 55 %.
Das Produkt Bärorapid 30 FD (mit: VZ = 1 000) wird von Bärlocher vertrieben und stellt ein handelsübliches PVC-Verarbeitungshilfsmittel dar. HERSTELLUNGSBEISPIELE
Beispiel 1
In einem Taylor-Reaktor mit den Abmessungen:
Länge: 1 m
Durchmesser des Außenzylinders: 25 mm
Durchmesser des Innenzylinders: 18 mm
Ringspaltbreite: 7 mm
Volumen: 0,946 1
Drehzahl des Innenzylinders: 100 min"1
wurde bei einer Temperatur von 78 °C folgende Monomermischung polymerisiert:
400 g Methylmethacrylat
100 g n-Butylmethacrylat
1307 g H20
37,06 g Saatlatex
23 g Emulgator (Disponil sus ic 875 (Henkel KGaA))
0,23 g Natriumpersulfat
Der Feststoffgehalt der erhaltenen Polymerdispersion betrug 30 Gew.-%. Die Viskositätszahl (VZ, bestimmt nach DIN EN ISO 1628-1) betrug 750 - 790 cm3/g. Das MG betrug 4,5 - 5,1 x 106 g/mol.
Als Saatlatex wurde ein Saatlatex mit folgender Monomerzusammensetzung 80%/20% MMA/BuMA Gew.-% mit Teilchengröße = 136 nm (Vol.%) nach Coulter verwendet. Die VZ wird nach DIN EN ISO 1628-1 und GPC in Anlehnung an DIN 55672 Teil 1 gemessen.
VERGLEICHSVERSUCH 1
Herstellung von Vergleichspolymeren im batch-Reaktor.
Die Polymere des Vergleichsversuchs haben die gleiche Zusammensetzung wie die Polymere, die mittels Taylor-Reaktor hergestellt wurden.
680 g Wasser im Reaktor vorgelegt, zudosiert werden:
400 g MMA 100 g BuMA 0,23 g NaPS
37.1 g Saatlatex (Feststoff) 627 g Wasser in der Vorlage
Es wird mit einer Dosierrate von 15,9 g/min zudosiert und bei 78°C polymerisiert (77 Minuten Reaktionszeit).
Das Produkt hat eine VZ von 540 - 610 cm3/g und ein Molgewicht von 2,8 - 3,5 x 106 g/Mol.
BEISPIEL 2
In einem Taylor-Reaktor nach Beispiel 1 wurde bei 78°C folgende Monomermischung polymerisiert:
2520 g MMA
587,5 g n-Butylmethacrylat
112,5 g n-Butylacrylat
33,3 g Disponil
0,08 g Natriumpersulfat
0,15 g NaHS
2,2 g Saatlatex (Zusammensetzung: 99 Gew.-% Ethylacrylat mit
1 % Dodecylmerkaptan, mittlerer Teilchendurchmesser der Teilchen 246 nm)
Es wurde ein Produkt mit einer Viskositätszahl von 900 m3/g erhalten, diese Viskositätszahl entspricht einem mittleren Molekulargewicht von 5 x 106 g/Mol oder 5 x 106 Dalton. Der Feststoffgehalt der erhaltenen Polymerdispersion betrug 50 Gew.-%.
VERGLEICHSVERSUCH 2
Herstellung von Vergleichspolymeren im batch-Reaktor.
Die Polymere des Vergleichsversuchs haben die gleiche Zusammensetzung wie die Polymere, die mittels Taylor-Reaktor hergestellt wurden.
Es wurde Saatlatex (Zusammensetzung: 99 Gew.-% Ethylacrylat mit 1 % Dodecylmerkaptan, mittlerer Teilchendurchmesser der Teilchen 246 nm), 1438 g Wasser und 2,5 g Disponil vorgelegt, die Menge an Saatlatex betrug 2,2 g. Eine Mischung aus 1800 g MMA, 587,5 g Butylmethacrylat, 112,5 g n- Butylacrylat, 30,8 g Disponil (Emulgator), 0,08 g Natriumpersulaft, 0,15 g Natrohydrogelsulfid und 1072 g Wasser wurden der Mischung innerhalb einer Minute 725 g zudosiert und der Rest anschließend einer Dosierrate von 55 g pro Minute. Es wurde bei 77 °C und 84 min Reaktionszeit polymerisiert.
Die Viskositätszahl des Produktes = 650 cm3 pro Gramm. Diese Viskositätszahl entspricht einem ungefähren mittleren Molekulargewicht von 3,5 Mio g pro mol oder 3,5 x 106 Dalton.
Die Aufarbeitung der Suspension erfolgte nach den üblichen, bekannten Methoden, wie beispielsweise Koagulation oder Sprühtrocknung.
Vorteile des erfindungsgemäßen Produktes:
Die erfindungsgemäßen Produkte erleichtern das Herstellen von PVC- Schäumen. Insbesondere wird die Schaumdichte, die Schmelzelastizität, die Stabilität der Schaumzellen und der Glanz positiv beeinflusst.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Polymerdisperision durch wässrige Emulsionspolymerisation ethylenisch ungesättigter Monomere der Formeln 1 - 2
CH3 O I II H2C=C— C— OR Formel I
H O I II H2C=C— C— OR Formel II
und damit copolymerisierbaren Monomeren in einem Taylor-Reaktor,
dadurch gekennzeichnet,
dass das mittlere Molekulargewicht der enthaltenen Polymerdispersion > 1 x 10δ Dalton beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das mittlere Molekulargewicht der der enthaltenen Polymerdispersion > 1 x 106 Dalton beträgt. Verwendung der Polymere nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 als Verarbeitungshilfsmittel in der Kunststoffverarbeitung.
Verwendung der Polymere nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 bei der Verarbeitung von PVC.
Verwendung der Polymere nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 bei der Herstellung von PVC-Schäumen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109535309A (zh) * 2018-11-07 2019-03-29 山东日科化学股份有限公司 发泡调节剂及制备方法、聚氯乙烯复合料、聚氯乙烯发泡材料及其应用

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