DE3011818C2 - - Google Patents
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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
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/12—Polymerisation in non-solvents
- C08F2/16—Aqueous medium
- C08F2/22—Emulsion polymerisation
- C08F2/24—Emulsion polymerisation with the aid of emulsifying agents
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Polymerisation Methods In General (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
einer wäßrigen Polymerisatdispersion in Gegenwart von
Monomeren, Emulgatoren und Radikalbildnern unter Nachdosierung
von Emulgatorlösung und gegebenenfalls auch
Monomer- und wäßriger Initiatorlösung. Gegenstand der Erfindung
ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens.
Es besteht bekanntlich ein Zusammenhang zwischen der Oberflächenspannung
einer Dispersion, ihrem Sättigungsgrad
und ihrer Stabilität. Dabei wird unter "Sättigungsgrad"
derjenige Teil der inneren Oberfläche einer Dispersion
verstanden, welcher mit einer monomolekularen Schicht
an Emulgator abgesättigt ist (vergleiche B. Jacobi, Angew.
Chem. 64, 539 (1952)). Die innere Oberfläche einer monodispersen
d. h. aus gleichen Kugeln bestehenden Dispersion
ist hierbei das Produkt aus der Kugeloberfläche
eines Latex-Teilchens, multipliziert mit der Teilchenzahl
in der Dispersion.
Zwischen Latexteilchendurchmesser, Emulgatorgehalt,
Oberflächenspannung und Sättigungsgrad bestehen ebenfalls
Zusammenhänge (vergl. Kapitel "Seifentitration"
in Friedrich Hölscher, Dispersionen synthetischer Hochpolymere,
Teil I, Eigenschaften, Herstellung und Prüfung,
Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 1969, S. 139).
Es ist ferner bekannt, daß sich bei der Herstellung von
Dispersionen nach diskontinuierlichen, halbkontinuierlichen
und auch kontinuierlichen Verfahren die Oberflächenspannung
ändert, weil der zu Beginn der Polymerisation vorgelegte
Emulgator von der anwachsenden "inneren Oberfläche" der
Dispersion zunehmend adsorbiert wird.
Aus diesen Gründen war der Fachmann bisher erst aufgrund
zahlreicher Vorversuche in der Lage, die Polymerisationsreaktion
so zu führen, daß einerseits die während der Polymerisation
auftretende unerwünschte Koagulatbildung auf ein Minimum
reduziert, andererseits die Bildung neuer Teilchen verhindert
wird. Da in diesem Zusammenhang die Oberflächenspannung der
Emulsion eine maßgebende Rolle spielt, mußte nach einer neuartigen
Methode gesucht werden, während der Polymerisation die Oberflächenspannung
der Dispersion entweder konstant zu halten oder
in gezielter Weise zu verändern.
Zur Bestimmung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten
ist eine Vielzahl von Methoden bekannt (vergl. z. B. Kohlrausch,
Praktische Physik, Bd. 1, B. G. Teubner-Verlag, Stuttgart,
1968, S. 186-191). Es hat sich jedoch gezeigt, daß keine
dieser Methoden für den obengenannten Zweck brauchbar ist.
Der Grund ist darin zu suchen, daß die Meßorgane bei den
dickflüssigen und zum Kleben und zur Filmbildung neigenden
Dispersionen leicht verschmutzen und dadurch die Meßwerte
verfälscht werden. Vor jeder Einzelmessung müßte daher das
Meßorgan gespült, gereinigt und neu geeicht werden. Da hierbei
viel Zeit verlorengeht, ist eine quasi kontinuierliche
Messung während der Polymerisationsreaktion nicht mehr möglich.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, unter Weiterbildung
und Adaptierung der physikalischen Meßtechnik Kunststoffdispersionen
beliebiger Teilchengrößen im Bereich von
30 bis 1000 nm, vorzugsweise im Bereich von 80 bis 600 nm,
so herzustellen, daß während der Polymerisationsreaktion
die Oberflächenspannung der Dispersion durch Nachdosierung
von Emulgatorlösung, aber auch Monomer- und wäßriger Initiatorlösung,
gezielt beeinflußt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
während der Polymerisation kontinuierlich oder periodisch
Reaktionsgemisch abgezweigt wird und bei konstanter Temperatur
und innerhalb einer wasserdampfgesättigten Schutzgasatmosphäre
über eine tropfenbildende Oberfläche geleitet
wird, daß eine vorgegebene, von der Oberfläche abtropfende
Zahl N von Tropfen aufgefangen und automatisch abgewogen
wird und entsprechend diesem gravimetrischen Meßwert G
selbsttätig Emulgatorlösung und/oder Monomer- bzw. Initiatorlösung
nachdosiert wird.
Vorzugsweise wird dabei der gravimetrische Meßwert G mit
einem Sollwert verglichen und so viel Lösung nachdosiert,
daß die Differenz Sollwert-Istwert möglichst klein bleibt.
In der Regel wird als Sollwert der Meßwert G der Enddispersion
vorgegeben.
Als Schutzgas wird Stickstoff oder Edelgas verwendet.
Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Betriebssicherheit
wird erreicht, wenn das Schutzgas bei der gewünschten
Meßtemperatur nicht nur mit Wasserdampf, sondern
auch mit den Dämpfen jener Komponenten beladen wird, welche
neben dem Wasser in der wäßrigen Kunststoffdispersion in
flüssiger Form enthalten sind.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäß
gekennzeichnet durch
- a) einen Reaktor, in dem die Polymerisation durchgeführt wird,
- b) eine Transportpumpe mit einer an den Reaktor angeschlossenen Entnahmeleitung für die Probenahme des Reaktionsgemisches,
- c) eine thermostatisierte, mit der Transportpumpe verbundene Kapillare,
- d) eine Lichtschranke am unteren Ende der Kapillare mit einem elektronischen Zähler zur Zählung der aus der Kapillare austretenden Tropfen,
- e) ein auf einer Waage mit elektronischem Meßwertumformer stehendes Auffanggefäß für die aus der Kapillare austretenden Tropfen und
- f) einen Regelkreis, dessen Meßfühler die Waage und dessen Stellglied eine oder mehrere Dosierpumpen zur Eindosierung von Lösungen in den Reaktor ist.
Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen dieser
Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also die Probeflüssigkeit
oder Latex in stets gleichbleibender Richtung
aus dem Reaktor entnommen, auf die gewünschte Meßtemperatur
gebracht und ohne Volumenbestimmung unter dem Schutzgas in
einer Meßzelle zur Tropfenbildung veranlaßt, wobei die der
Oberflächenspannung proportionale Tropfenmasse aus der
Tropfenzahl N und der zur Tropfenzahl N gehörenden Masse
mittels einer selbsttätigen Tropfenzahl- und Tropfenwägevorrichtung
bestimmt wird. Dieser Meßwert ermöglicht eine
quasi kontinuierliche Dosierung der reaktionsbestimmenden
Lösungen. Aufgrund dieser neuartigen Nachdosierung konnte
zum ersten Mal die Polymerisationsreaktion so geführt
werden, daß die unerwünschte Koagulat- und Stippenbildung
bei an sich gleicher Art und Menge der zum Einsatz gelangenden
Emulgatoren und gegebenenfalls Dispergatoren
sowie Initiatoren minimiert wurde. Ferner konnte festgestellt
werden, daß auch die Teilchengrößenverteilung
im fertigen Latex stark davon abhängt, wie die Oberflächenspannung
während der Reaktion geführt wurde. Dies gilt
in gleicher Weise für die Einheitlichkeit des Copolymerisates
und die MG-Verteilung bei der Emulsionspolymerisation.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt damit nicht nur zu
ganz neuartigen Endprodukten (Latices), sondern erlaubt
darüber hinaus die Erforschung von theoretisch interessanten
und auch praktisch wichtigen chemisch-physikalischen
Zusammenhängen bei der Polymerisation.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines apparativen
und eines verfahrenstechnischen Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Ein Blockschaltbild der gesamten Apparatur und
Fig. 2 die Meßzelle auf Basis der Tropfenzählung.
Der mit einem Rührwerk 1 versehene, mit Inertgas (z. B. N₂)
gefüllte Reaktor 2 enthält das zu polymerisierende Reaktionsgemisch
aus Monomeren, Emulgatoren und Radikalbildern.
Emulgatorlösung und gegebenenfalls auch wäßrige Initiatorlösung
können über die Zuleitungen 3 und 4 während
der Reaktion kontinuierlich nachdosiert werden. Die Transportpumpe
5 entnimmt aus dem Reaktor eine Probe des Reaktionsgemisches
und führt sie einer tropfenbildenden Kapillare 6 zu.
Steht der Reaktor unter Druck, so werden Ausschleusungsvorrichtungen
zwischen Reaktor und Kapillare geschaltet. Die
Probeentnahme erfolgt dann am entspannten Latex. Die aus der
Kapillare in der Meßzelle 7 austretenden Tropfen 8 werden von
einer Lichtschranke 9 erfaßt und als elektrische Impulse an
einen digitalen Vorwahlzähler 10 weitergegeben. Unterhalb der
Tropfenmeßzelle 7 und der Lichtschranke 9 ist ein Auffanggefäß
für die Flüssigkeit angeordnet, in dem die aus der
Kapillare 6 austretenden Tropfen gesammelt werden. Das Auffanggefäß
11 steht auf einer empfindlichen elektronischen
Waage 12. In dem Auffanggefäß fallen die Tropfen 8 auf eine
geneigte Fläche 13. Von dem Auffanggefäß 11 führt eine
Leitung, in die eine Absaugpumpe 14 geschaltet ist, zurück
zum Reaktor 2.
Beim Erreichen einer im Vorwahlzähler 10 eingestellten
Tropfenzahl N wird die Transportpumpe 5 gestoppt. Das Gewicht
der im Auffanggefäß 11 befindlichen N Tropfen wird
als digitales Meßsignal von der elektrischen Waage 12 auf
die Waagensteuerung 15 übertragen, dort eingelesen, gespeichert
und in ein genormtes Stromsignal 0-20 mA umgeformt,
das im Meßgerät 16 angezeigt wird. Nach erfolgter
Speicherung beginnt die Absaugpumpe 14 mit dem Entleeren
des Auffanggefäßes 11. Danach ist die Apparatur für einen
neuen Meßzyklus bereit.
Das am Meßgerät 16 anstehende Normsignal kann zu Regelzwecken
benutzt werden. Zu diesem Zweck ist die Meßwertausgabe
16 mit einem Regler 17 verbunden, der den Istwert
mit einem vom Sollwerteinsteller 18 vorgegebenen Sollwert
vergleicht und die Dosierpumpe 19 in der Emulgatorzuleitung
vom Reaktor 2 in der Weise nachstellt, daß die Differenz
Sollwert-Istwert konstant bleibt bzw. Null wird. Der
Regelkreis für die Polymerisation besteht also aus dem
Meßwertgeber (elektronische Waage 12 in Verbindung mit der
Tropfenzählung 7, 9, 10), dem Regler 17 und der Dosierpumpe 19
als Stellglied.
In Fig. 2 ist die technische Ausführung der Tropfenmeßzelle
7 im Detail dargestellt. Sie besteht aus einem zylindrischen
Glasgefäß 20, in das von oben her die tropfenbildende
Kapillare 6 einmündet. Als Kapillaren haben sich Edelstahlröhrchen
oder dünne Glasröhrchen bewährt, deren unteres
Ende plan geschliffen ist. Anstelle von Kapillaren können
aber auch andere tropfenbildende Körper, wie z. B. Glaskörper
mit konisch zulaufender Abtropffläche verwendet werden.
Wichtig ist, daß während eines Versuches die geometrische
Struktur der Abtropffläche konstant bleibt. Auf der
Höhe der tropfenbildenden Fläche ist das Glasgefäß für die
lichtelektrische Registrierung der Tropfen 8 auf beiden
Seiten plan parallel abgeplattet (21). Die lichtelektrische
Erfassung der Tropfen 8 erfolgt mit der Lichtschrankenanordnung
9. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß
das Tropfengewicht in weiten Grenzen unabhängig ist von der
Tropfenfrequenz, d. h. von der pro Sekunde gebildeten Zahl
von Tropfen und damit auch von der Förderleistung der
Transportpumpe 5. Auf diese Weise kann der meßtechnische
Aufwand beträchtlich verringert werden.
Im Betrieb wird die Meßzelle vom Schutzgas (Stickstoff oder
Edelgas) durchströmt. Zu diesem Zweck ist am oberen Ende ein Anschlußstutzen
22 vorgesehen. Das Schutzgas ist mit Wasserdampf
und zweckmäßig auch mit Monomerendampf gesättigt. Eine solche Sättigung
läßt sich leicht erreichen, wenn man das Schutzgas vorher
durch geeignete Waschflaschen oder Rieseltürme leitet, in
welchen sich ein Gemisch aus Wasser und Monomeren auf einer
gegenüber der Meßtemperatur leicht erhöhten Temperatur befindet.
Anschließend kann das Schutzgas dann durch einen
Wärmeaustauscher, z. B. einen Schlangenkühler, auf die gewünschte
Meßtemperatur abgekühlt werden. Es hat sich herausgestellt,
daß die Schutzgasatmosphäre für die Reproduzierbarkeit
der Tropfenbildung von großer Bedeutung ist.
Die Thermostatisierung der Probenflüssigkeit (Latex) erfolgt
in der Zuleitung 23 auf dem Wege von der Transportpumpe
zur Meßzelle 7. Aus diesem Grund ist die Zuleitung
23 mit einem Thermostatenmantelgefäß, z. B. in Form eines
Liebig-Kühlers, umgeben (nicht gezeichnet). Bei Präzisionsmessungen
wird man auch die Meßzelle 7 mit einer zusätzlichen
Thermostatisierung versehen.
Das auf der Waage 12 stehende Auffanggefäß 11 für die aus
der Meßzelle 7 austretenden Tropfen 8 ist so gestaltet,
daß die Oberfläche der Meßflüssigkeit während des Tropfvorganges
nahezu in Ruhe bleibt (schräge Fläche 13), das
Restvolumen der nach dem Absaugvorgang verbleibenden
Meßflüssigkeit ein Minimum darstellt und die Masse des
Auffanggefäßes auf die Dämpfungscharakteristik der Waage
12 abgestimmt ist.
Als Pumpen 5, 14 und 19 werden zweckmäßig nach dem Prinzip
der Peristaltik arbeitende Schlauchpumpen eingesetzt. Es
hat sich gezeigt, daß solche Pumpen bei den empfindlichen
Latices in ausreichendem Maße eine schonende Produktförderung
gewährleisten.
Mit Hilfe der beschriebenen Meß- und Regeleinrichtungen
lassen sich z. B. Kunststoffdispersionen nach folgenden
allgemeinen Vorschriften herstellen:
1. Allgemeine Vorschrift zur Herstellung von Dispersionen
nach einem diskontinuierlichen Verfahren:
Wasser, Emulgator, Polymerisationshilfsmittel und Monomere werden voremulgiert und das Gemisch auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt. Ein Teil der Präemulsion wird laufend über die Transportpumpe 5 und die Absaugpumpe 14 umgepumpt und der gravimetrische Meßwert G einer vorgewählten Tropfenzahl N gemessen. Der Sollwert des Reglers 17 wird auf ein dem gewünschten Meßwert G des Endlatex entsprechendes Tropfengewicht konstant eingestellt. Danach wird die Polymerisation initiiert. Sobald der Meßwert G unter den gewünschten Sollwert sinkt, beginnt die Emulgatorpumpe selbsttätig Emulgator nachzudosieren. Der Verbrauch an Emulgator wird hierbei zweckmäßig durch Ablesen einer Bürette registriert.
Wasser, Emulgator, Polymerisationshilfsmittel und Monomere werden voremulgiert und das Gemisch auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt. Ein Teil der Präemulsion wird laufend über die Transportpumpe 5 und die Absaugpumpe 14 umgepumpt und der gravimetrische Meßwert G einer vorgewählten Tropfenzahl N gemessen. Der Sollwert des Reglers 17 wird auf ein dem gewünschten Meßwert G des Endlatex entsprechendes Tropfengewicht konstant eingestellt. Danach wird die Polymerisation initiiert. Sobald der Meßwert G unter den gewünschten Sollwert sinkt, beginnt die Emulgatorpumpe selbsttätig Emulgator nachzudosieren. Der Verbrauch an Emulgator wird hierbei zweckmäßig durch Ablesen einer Bürette registriert.
Die registrierte Zudosierung des Emulgators kann als die
optimale Verfahrensweise zur Herstellung der gewünschten
Dispersion angesehen werden.
2. Allgemeine Vorschrift zur Herstellung von Dispersionen
nach einem halbkontinuierlichen Verfahren:
Wasser, Emulgator, Polymerisationshilfsmittel und ein Teil des Monomerengemisches werden voremulgiert und die Präemulsion aufgeheizt. Die Präemulsion wird laufend über die Transportpumpe 5 und die Absaugpumpe 14 umgepumpt und, wie vorher beschrieben, der Meßwert G bestimmt. Der Sollwert des Reglers wird nun auf ein dem gewünschten Meßwert G des Endlatex entsprechendes Tropfengewicht konstant eingestellt. Danach wird die Polymerisation initiiert. Sobald der Meßwert G unter den gewünschten Sollwert sinkt, beginnt die selbsttätige Emulgatordosierung und die (beliebige) Nachdosierung der Monomeren. Die Nachdosierung der Monomeren hat hierbei so zu erfolgen, daß der Restmonomerengehalt möglichst niedrig ist. Polymerisationszeiten von 3 bis 7 Stunden sind üblich. Neben der Nachdosierung der Monomeren kann auch die beliebige Nachdosierung des Initiators erfolgen.
Wasser, Emulgator, Polymerisationshilfsmittel und ein Teil des Monomerengemisches werden voremulgiert und die Präemulsion aufgeheizt. Die Präemulsion wird laufend über die Transportpumpe 5 und die Absaugpumpe 14 umgepumpt und, wie vorher beschrieben, der Meßwert G bestimmt. Der Sollwert des Reglers wird nun auf ein dem gewünschten Meßwert G des Endlatex entsprechendes Tropfengewicht konstant eingestellt. Danach wird die Polymerisation initiiert. Sobald der Meßwert G unter den gewünschten Sollwert sinkt, beginnt die selbsttätige Emulgatordosierung und die (beliebige) Nachdosierung der Monomeren. Die Nachdosierung der Monomeren hat hierbei so zu erfolgen, daß der Restmonomerengehalt möglichst niedrig ist. Polymerisationszeiten von 3 bis 7 Stunden sind üblich. Neben der Nachdosierung der Monomeren kann auch die beliebige Nachdosierung des Initiators erfolgen.
3. Allgemeine Vorschrift zur Herstellung grobteiliger
Latices nach der Keimlatex-Methode:
Wasser, Keimlatex und Polymerisationshilfsmittel werden vorgelegt und ein Teil des Gemisches, wie oben beschrieben, über die Meßzelle 7 umgepumpt. Der gewünschte Tropfengewichtswert G wird nach dem Aufheizen auf die erforderliche Polymerisationstemperatur eingestellt. Die Polymerisation wird initiiert, indem man mit dem Zulauf der Monomeren und des Initiators beginnt. Sobald der Meßwert G überschritten wird, beginnt die selbsttätige Emulgatordosierung. Bei der Herstellung grobteiliger Dispersionen ist es zweckmäßig, zur Verhinderung von Teilchenneubildungen den Sollwert für das Tropfengewicht möglichst hoch zu wählen.
Wasser, Keimlatex und Polymerisationshilfsmittel werden vorgelegt und ein Teil des Gemisches, wie oben beschrieben, über die Meßzelle 7 umgepumpt. Der gewünschte Tropfengewichtswert G wird nach dem Aufheizen auf die erforderliche Polymerisationstemperatur eingestellt. Die Polymerisation wird initiiert, indem man mit dem Zulauf der Monomeren und des Initiators beginnt. Sobald der Meßwert G überschritten wird, beginnt die selbsttätige Emulgatordosierung. Bei der Herstellung grobteiliger Dispersionen ist es zweckmäßig, zur Verhinderung von Teilchenneubildungen den Sollwert für das Tropfengewicht möglichst hoch zu wählen.
Die registrierte Zudosierung des Emulgators kann
als die optimale Verfahrensweise zur Herstellung
der gewünschten Dispersion angesehen werden.
Ein 4 l Flüssigkeit fassender Reaktor ist mit folgenden
Einrichtungen ausgestattet (s. auch Fig. 1):
- 1. Motorgetriebener Rührer 1,
- 2. Thermofühler zur Messung der Innentemperatur,
- 3. Eintauchrohr für die Latexentnahme mit Transportpumpe 5 verbunden,
- 4. Rückleitung von der Meßzelle mit Absaugpumpe 14 verbunden,
- 5. Rückflußkühler mit Blasenzähler (nicht gezeichnet),
- 6. zwei Tropftrichtern für die Aktivatorlösungen,
- 7. Zuleitung 24 für das Monomerengemisch,
- 8. Zuleitung 3 für Kaliumpersulfatlösung,
- 9. Zuleitung 4 für Emulgatorlösung.
- 10. Stickstoffzu- und -ableitung 27, 28.
Der Reaktor taucht in ein Wasserbad, dessen Temperatur mit
Hilfe eines Tauchsieders (unter guter Durchmischung) geheizt
und durch Kaltwasserinjektionen gekühlt werden kann.
Die vom Reaktor 1 über die Transportpumpe 5 zur Meßzelle
7 führenden Schläuche werden möglichst kurz gehalten. Sie
sind abgesehen von dem in der Schlauchpumpe 5 eingeklemmten
Stück mit einem weiteren Schlauch ummantelt, der sie wie
ein Liebigkühler umgibt und den darin fließenden Latex
auf die gewünschte Temperatur, vorzugsweise Zimmertemperatur,
abkühlt. Die Meßwertbildung für den über die Transportpumpe
5 abgezweigten Latexstrom erfolgt in der oben beschriebenen
Weise mit Hilfe der Tropfenzählung und Wägung der vorgewählten
Tropfenzahl. Der Regler 17 vergleicht diesen Istwert
mit dem vorgegebenen Sollwert (18) oder auch mit einem von
einem Programmgeber vorgegebenen zeitlich variablen Sollwert
und steuert entsprechend die Dosierpumpe 19. Letztere steht
an ihrer Eingangsseite mit einem Emulgatorvorratsgefäß in
Verbindung. Zwei weitere Dosierpumpen 25 und 26 sorgen für
die lineare Zudosierung von Monomerenlösung und Kaliumpersulfatlösung.
In den unter Stickstoff stehenden Reaktor füllt man nun
unter Ausschluß von Luft folgende Komponenten ein:
Das Gemisch "Vorlage A" wird unter Rühren (250 Upm) unter
leichtem N₂-Überdruck (2 Blasen pro Sekunde) auf 70°C
aufgeheizt. Danach wird aus beiden Tropftrichtern gleichzeitig:
zur Vorlage A hinzugefügt.
Kurz nach Zugabe der beiden Initiatorlösungen B und C
setzt die Polymerisation ein, kenntlich am leichten Temperaturanstieg,
der vom elektronischen Regler aber sofort
abgefangen wird. Der Sollwert der Innentemperatur wird
danach auf 80°C eingestellt.
Der Sollwert der Tropfengewichtsregelung wird auf den gewünschten
Wert 0,56 g/20 Tropfen eingestellt.
Latex wird laufend aus dem Reaktor entnommen, über die
beschriebene Meßvorrichtung zurück in den Reaktor 2 gepumpt.
30 Minuten nach Zugabe von B und C wird über die Dosierpumpe
25 Monomerengemisch und über die andere Dosierpumpe
26 Kaliumpersulfatlösung linear zudosiert, so daß die
Zugabe des Monomerengemisches nach 6 Stunden, die Zugabe
der Kaliumpersulfatlösung nach 6 1/2 Stunden beendet ist.
Das Monomerengemisch D ist wie folgt zusammengesetzt:
Die Kaliumpersulfatlösung E ist wie folgt zusammengesetzt:
Man beobachtet nun, in welcher Weise sich die selbsttätige
Regelung in Gang setzt und notiert den Verbrauch seitens
der vom Regler 17 über die Emulgatorschlauchpumpe 19 angeforderten
10%igen Emulgatorlösung. Man findet in Abhängigkeit
von der Zeit folgenden Zulauf an Emulgator:
Zeit (min)Verbrauch 10%ige Emulgatorlösung (cm³, 22°C)
0 (Start D, E) -
60 2
120 6
150 20
180 50
210 80
240105
270135
300175
330200
360 Ende D205
390 Ende E208.
Die selbsttätig geregelte Emulgatorzufuhr zeigt also
einen S-förmigen Verlauf bei vorliegendem Beispiel.
Während der Polymerisation blieb das Tropfengewicht konstant.
Die Dichte des Endlatex betrug 1,03 g/cm³ (22°C). Während
der Polymerisation stündlich gezogene Proben wurden in einem
üblichen Traube'schen Stalagmometer zur zusätzlichen
Kontrolle auf ihre Tropfenzahl hin untersucht. Die Tropfenzahl
der Proben lag bei 36-37 Tropfen; die Tropfenzahl von
Wasser lag bei 33.
Der resultierende ca. 45%ige Latex ist koagulat- und stippenfrei.
Er besitzt eine sehr enge Latexteilchendurchmesserverteilung
bei einem mittleren Durchmesser von ca. 107-108 nm.
Er läßt sich durch Zugabe von ca. 20%igem Ammoniakwasser
verdicken und besitzt dann, bei pH 8,5, eine Auslaufzeit
von 17-18 sec. im Auslaufbecher nach 53 211 (4 mm Düse).
Es trocknet zu Filmen mit ausgezeichneter Wasserfestigkeit
auf. Durch nachträglichen Zusatz von nichtionogenen
Emulgatoren (ca. 1-2%, bezogen auf Latex) läßt
sich gewünschtenfalls die Elektrolytstabilität so weit
verbessern, daß der Latex mit 10%iger CaCl₂-Lösung verdünnt
werden kann, ohne hierbei zu koagulieren, d. h. zu
gerinnen.
Wird der Emulgator nach anderen Verfahrensweisen zugegeben,
so entstehen Dispersionen mit erhöhten Koagulat- und Stippenanteilen.
Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
einmal festgestellte bzw. die aus mehreren Versuchen gemittelte
Emulgatordosierung kann durch geeignete Programmgeber
festgelegt und über im Hub oder die Frequenz regelbare
Pumpen reproduziert werden. Damit ist die optimale
Verfahrensweise gefunden. Es wird so verhindert, daß der
Sättigungsgrad des Latex eine gewünschte Grenze über- oder
unterschreitet.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymerisatdispersion
in Gegenwart von Monomeren, Emulgatoren
und Radikalbildnern unter Nachdosierung von Emulgatorlösung
und gegebenenfalls auch Monomer- und wässriger
Initiatorlösung, dadurch gekennzeichnet, daß während
der Polymerisation kontinuierlich oder periodisch
Reaktionsgemisch (Latex) abgezweigt wird und bei konstanter
Temperatur und innerhalb einer wasserdampfgesättigten
Schutzgasatmosphäre aus Stickstoff oder Edelgas über eine tropfenbildende
Oberfläche geleitet wird, daß eine vorgegebene, von
der Oberfläche abtropfende Zahl N von Tropfen aufgefangen
und automatisch abgewogen wird und entsprechend
diesem gravimetrischen Meßwert G selbsttätig Emulgatorlösung
und/oder Monomer- bzw. Initiatorlösung nachdosiert
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Meßwert G mit einem Sollwert verglichen wird und
so viel Lösung nachdosiert wird, daß die Differenz Sollwert-
Istwert möglichst klein bleibt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
als Sollwert der Meßwert G der Enddispersion vorgegeben
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schutzgas zusätzlich mit den Dämpfen jener Komponenten
beladen wird, welche neben dem Wasser in der
Polymerisatdispersion in flüssiger Form vorhanden sind.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1 bis 4, gekennzeichnet durch
- a) einen Reaktor, in dem die Polymerisation durchgeführt wird,
- b) eine Transportpumpe mit einer an den Reaktor angeschlossenen Entnahmeleitung für die Probenahme des Reaktionsgemisches,
- c) eine thermostatisierte, mit der Transportpumpe verbundene Kapillare,
- d) eine Lichtschranke am unteren Ende der Kapillare mit einem elektronischen Zähler zur Zählung der aus der Kapillare austretenden Tropfen,
- e) ein auf einer Waage mit elektronischem Meßwertumformer stehendes Auffanggefäß für die aus der Kapillare austretenden Tropfen und
- f) einen Regelkreis, dessen Meßfühler die Waage und dessen Stellglied eine oder mehrere Dosierpumpen zur Eindosierung von Lösungen in den Reaktor ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrische Zähler mit einer Steuerschaltung
verbunden ist, die die Transportpumpe anhält, sobald
eine vorgegebene Zahl N von Tropfen aus der Kapillare
ausgetreten ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das untere Ende der Kapillare unter Schutzgas
steht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Absaugpumpe zur Rückführung des Reaktionsgemisches
aus dem Auffanggefäß in den Reaktor vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803011818 DE3011818A1 (de) | 1980-03-27 | 1980-03-27 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer waessrigen polymerisatdispersion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803011818 DE3011818A1 (de) | 1980-03-27 | 1980-03-27 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer waessrigen polymerisatdispersion |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3011818A1 DE3011818A1 (de) | 1981-10-01 |
DE3011818C2 true DE3011818C2 (de) | 1987-11-26 |
Family
ID=6098489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19803011818 Granted DE3011818A1 (de) | 1980-03-27 | 1980-03-27 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer waessrigen polymerisatdispersion |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3011818A1 (de) |
-
1980
- 1980-03-27 DE DE19803011818 patent/DE3011818A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3011818A1 (de) | 1981-10-01 |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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