Способ ввода пеногасителей в водную сополимерную и гомополимерную дисперсию Российский патент 2019 года по МПК B01D19/04 

Изобретение относится к области химической технологии, предназначено для предупреждения вспениваемости рабочих растворов и гашения пены в случае ее возникновения.

Сополимерные и гомополимерные дисперсии получаемые в процессе эмульсионной полимеризации в водной среде склонны к пенообразованию. Пена представляет собой дисперсную систему, состоящую из ячеек – пузырьков газа (пара), разделенных прослойками жидкости (или твердого вещества).

Технология производства водных сополимер-акриловых дисперсий основана на стабилизации частиц полимера в воде за счет использования поверхностно активных веществ (ПАВ). Они необходимы для смачивания, эмульгирования и диспергирования.

Для равномерного распределения полимерных частиц в жидкости требуется интенсивное перемешивание. В результате интенсивного перемешивания водной фазы и присутствующего в реакторе газовой фазы образуются новые межфазные границы газ-жидкость. В тоже время ПАВ стабилизируют пену.

Таким образом, присутствие ПАВ в сополимерной или гомополимерной дисперсии и режим перемешивания, необходимый для проведения реакции полимеризации в водной среде, приводит к интенсивному образованию пены.

Пена часто нарушает производственный процесс, снижает эффективность переноса энергии при диспергировании, уменьшает вместимость рабочих емкостей и вызывает проблемы на стадии фасовки.

Кроме того микропена, оставшаяся в готовой продукции (водной дисперсии), приводит к ухудшению свойств лакокрасочных и иных материалов, полученных на базе сополимерных и гомополимерных дисперсий.

Из-за пены образуются поверхностные дефекты, снижается блеск, прозрачность, образуется шагрень, кратеры, дефекты типа «апельсиновая корка». Дефекты, вызванные пеной, существенно ухудшают защитные свойства покрытия.

Для предотвращения образования пены и для разрушения уже образовавшейся пены необходимо использовать вещества пеногасители.

Пеногасители в основном представляют собой нерастворимые или частично нерастворимые в воде активные ингредиенты – минеральные масла (в том числе силиконовые) или синтетические полимерные частицы. Как правило пеногасители – гидрофобны.

Существующие способы введения пеногасителей (RU 2116107C1,27.0.1998) связаны с химической или физико-химической модификацией компонентов пеногасителей.

Традиционно, пеногасители водятся в водную сополимерную и гомополимерную дисперсию после завершения реакции полимеризации через технологическое отверстие в корпусе реактора и распределяются (вмешиваются) в водную фазу штатным перемешивающим устройством (RU 180146 U1, 05.06.2018).

При таком способе введения пеногасителей, представляющих собой гидрофобные соединения, необходимая степень диспергирования пеногасителей в системе не достигается, что не позволяет им эффективно разрушать пену.

Техническим результатом предложения является:

- эффективное осуществление эмульгирования и диспергирования гидрофобных частиц в водной фазу;

- возможность проведения процесса эмульгирования и диспергирования без присутствия газовой фазы, то есть исключить возможность пенообразования в процессе ввода пеногасителя.

Технический результат достигается тем, что способ введения гидрофобных пеногасителей в водную сополимерную и гомополимерную дисперсию характеризуется тем, что гидрофобные пеногасители порционно вводят в проточный диспергатор, включенный в замкнутый циркуляционный контур реактора полимеризатора, при этом циркуляцию осуществляют без доступа газовой фазы.

Число оборотов диспергирующего устройства составляет 2500-3500 об/мин, а время циркуляции составляет 25-35 мин.

На фиг. 1 представлено предложенное устройство.

На фиг. 2 – дефекты свободной пленки.

На фиг. 3 – дефекты свободной пленки.

На фиг. 4 - свободная пленка без дефектов.

Предлагаемый новый способ введения пеногасителей основан на ином аппаратном оформлении введения гидрофобных систем в водную фазу.

В реакторе-полимеризаторе создан замкнутый циркуляционный контур с включенным в его состав проточным диспергатором 1. Пеногаситель порционно вводится в систему в технологическое отверстие 2, расположенное перед насосом диспергатором 2. В проточном диспергаторе пеногаситель эффективно распределяется в водной фазе, которая продолжает циркулировать в замкнутом контуре.

Для оценки эффективности предлагаемого способа введения пеногасителя проведена следующая экспериментальная работа.

На промышленном реакторе синтеза, снабженном перемешивающим устройством, (RU 18146 U1, 27/05/2001) традиционным способом проведена серия синтезов сополимерной стирол- акриловой дисперсии, используемая в стандартных рецептурах ЛКМ, со следующими коллоидными характеристиками:

М.д.н.в.% 49-51 Концентрация ионов водорода , ед рН 7-9 Условная вязкость по Вз-4, с 30-55 Динамическая вязкость по Брукфильду, мПа*с 800-1500 Диаметр частиц, нм 100-150

В данную дисперсию, с целью улучшения потребительских свойств, традиционным способом вводился гидрофобный (минеральное масло) пеногаситель.

Режим ввода:

- подача самотеком через технологическое отверстие в корпусе;

- число оборотов перемешивающего устройства: 60 об/мин;

- время перемешивания: 60 мин.

После введения пеногасителя оценивался внешний вид свободной пленки, сформированной из полученной дисперсии. При этом наблюдались следующие дефекты:

1. Наличие макропены - фиг. 2;

2. Дефект типа «рыбий глаз» - фиг. 3.

После этого в ту же самую дисперсию вводился гидрофобный (минеральное масло) пеногаситель с помощью проточного диспергатора (Фиг. 1).

Режим ввода:

- порционно перед проточным диспергатором;

- число оборотов диспергирующего устройства 2500-3500 об/мин;

- время циркуляции 25-35 мин.

Технический результат достигается только в пределах указанных диапазонов.

После введения пеногасителя предлагаемым способом было оценено качество покрытия, полученного из синтезированной дисперсии. Свободная пленка, сформированная из полученной дисперсии, не содержит дефектов покрытия (фиг. 4).

Изобретение относится к области химической технологии, предназначено для предупреждения вспениваемости рабочих растворов и гашения пены в случае ее возникновения. Гидрофобный пеногаситель вводят в водную сополимерную и гомополимерную дисперсию порционно в проточный диспергатор. Диспергатор включен в замкнутый циркуляционный контур реактора полимеризатора. При этом циркуляцию осуществляют без доступа газовой фазы. Технический результат: эффективное эмульгирование и диспергирование гидрофобных частиц в водную фазу, возможность проведения процесса без присутствия газовой фазы, что позволяет исключить возможность пенообразования в процессе ввода пеногасителя. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1 .  Способ введения гидрофобных пеногасителей в водную сополимерную и гомополимерную дисперсию, характеризующийся тем, что гидрофобные пеногасители порционно вводят в проточный диспергатор, включенный в замкнутый циркуляционный контур реактора полимеризатора, при этом циркуляцию осуществляют без доступа газовой фазы.

2 . Способ по п. 1, характеризующийся тем, что число оборотов диспергирующего устройства составляет 2500 -3500 об/мин, а время циркуляции составляет 25-35 мин.