Способ получения акриловых латексов Советский патент 1980 года по МПК C08F220/12 C08F2/22 

1

Изобретение относится к способу получения акриловых латексов.

Известен способ эмульсионной полимеризации мономеров в реакторах непрерьшного действия, снабженных 5 тихоходными мешалками 1. Однако он не позволяет контролировать гидродинамические и тепловые режимы в любой момент времени и в любой точке реакционного объема,10

Известен способ получения акриловых латексов путем смешения соответствующих мономеров, воды, инициатора и эмульгатора в реакторе-смесителе до получения эмульсии, полимеризации 15 смеси в реакторе-предполимеризаторе при 55-65 0 и перемешивании и дополимеризации полученного продукта в реакторе-дозревателе при 50-70с 2 ,

Реакторы снабжены обычными тихо- 20 ходными мешалками. Недостатки спо-;соба заключаются в образовании большого количества коагулюма, в ухудшении физико-механических свойств пленок из латексов и низкой скорости 25 процесса.

Цель изобретения - интенсификация процесса, уменьшение образования коагулюма и улучшение физико-механических свойств пленок из латексов. 30

Указанная цель достигается тем, что для получения акриловых латексов используют реакторы роторного типа и полимеризацию в реакторе-предполимеризаторе осуществляют до степени конверсии мономеров 12-20% при перемешивании со скоростью сдвига (0,5-3) X ,

По предлагаемому способу получения акриловых латексов интервал степени конверсии на начальной стадии полимеризации ограничен 12-20% (в зависимости от используемого мономера например, для МА 13%, для ЭА 20%). Если интенсивное динамическое воздействие на начальной стадии заканчивается до степени конверсии мономеров ниже 10%, например, 5-7%/- последующая: полимеризация реакционной системы в полимеризаторе протекает с большой скоростью и в ходе синтеза образуется большое количество коагулюма, что препятствует нормальному протеканию непрерыв ного процесса. Если интенсивное динамическое воздействие на начальной стадии заканчивается до степени конверсии мономеров более 20%, например,25-30%. происходит быстрое образование коагу (Люма в реакторе-предполимеризаторе и через некоторое время он забивает ся, что также препятствует ведению непрерывного процесса. Способ получения эмульсионного п лимера (латекса) поясняется приведе ной на фиг. 1 технологической схемой на фиг. 2 - крийые распределения час тиц латекса по размерс1м. Мономер - метилакрилат (МА) или этилакрилат (ЭА), эмульгатор, инициатор и дистиллированная вода в оп ределенных количествах (в зависимос ти от выбранной рецептуры) из емкос тей 1,2, 3 и 4 дозирующими насосами 5 подают снизу вверх в реакторсмеситель б роторного типа, где в за зоре между ротором и стенкой корпуса равном 1-2 мм, при вращении ротора в результате возникающих сдвиговых напряжений при скорости сдвига(4-8)х X в течение 1-3 мин и при температуре 18-20°С происходит интенсив ное смешение всех компонентов, равномерное распределение их по объему с образованием исходной эмульсии. Далее реакционную смесь подают в реактор-предполимеризатор 7 также роторного типа, имеющий рубашку для обогрева, где в результате сдвиговых напряжений в зазоре, равном 2 -мм, пр скорости сдвига (0,5-3) х пр температуре реакционной смеси 65-85 в течение 2-5 мин происходит интенсивная диффузия мономера, что приводит к началу реакции пред;варительной полимеризации. Степень конверсии мономеров на вы , ходе из реактора-предПолимеризатора не должна превышать величины, соответствующей моменту исчезновения капель мономера из реакционной смеси в зависимости от применяемого мономера. Например, в случае применения МА эта величина составляет 13%, а при использованииЭА - 20%. Далее полимеризационная масса поступает в полимеризатор 8, представляющий собой реактор обычной конструкции, имеющий рубашку для обогрева снабженный мешалкой рамного типа, ск рость вращения которой выбирается от 100 до 200 об/мин. Температура реакционной смеси в полимеризаторе выбирается на 1-10°С ниже температуры реакционной массы в роторном реакторе-предполимеризаторе. Продолжительность полимеризации 1-2 ч. Степень конверсии мономеров на выходе из полимеризатора порядка 90-95%. Затем латекс поступает в реактордозреватель 9 по конструкции, аналогичный конструкции полимеризатора 8. Скорость вращения мешалки 50100 об/мин, температура реакционной массы на выше температуры мас сы в полимеризаторе. Продрлжнтельноеть процесса дозревания 1,5-2 ч. Степень конверсии мономеров на выходе из реактора-дозревателя порядка 100%. Весь процесс получения акриловых латексов проводят в среде азота или аргона. Пример 1. Применяют эмульсию на основе этилакрилата (ЭА) следующей рецептуры, вес.ч; ЭА 100, эмульгатор ЕггЗО 1, инициатор - персульфат аммония (ПСА) 0,1, вода дистиллят 500. Режим в реакторе-смесителе; температура смешения (Тем) 18 - , скорость сдвига в зазоре (Хом) 2 х X , время смешения ССст} 2 мин. Режим предполимеризации : Т..., 871 ±0,1С,Гпп 2 мин. Режим полимеризации: Т„ 7040,3°С, скорость вращения мешалки п 150 об/мин, Т(1 1 ч. Режим дозревания: Тд 8 010,1° С, скорость вращения мешалки пг «SO об/мин, 2п 2 ч. в результате этого .конверсия мономеров на выходе из реактора-предполимеризатора на начальной стадии в среднем равна 5,8%, Скорость полимеризации в полимеризаторе 7%/мин, наблюдается повышение температуры реакционной смеси в полимеризаторе на 16 С. Скорость образования коагулюма в полимеризаторе 0,08%/ч (по отношению к мономеру), Через 52 ч непрерывного осуществления способа в полимеризаторе образуется 8-9% коагулюма к массе мономера. Полученный латекс имеет низкую коллоидную устойчивость, .Пример 2. Применяют эмульсию на основе метилакрилата (МА) следующей рецептуры, вес.ч: МА 100,эмульгатор С-10 4, инициатор пек 0,08, пластификатор ДБФ (дибутилфталат) 5, вода-дистиллят 173. Режим смешения;, Тс/л 18-20 С, 5 X 10 с , % 4 мин. Режим предполимеризации: пп мин, Тпп 0,5 X 10 с 70±0,3°С. Режим полимеризации: Т f, 60iO,3 С, п скорость вращения мешалки 120 об/мин. Режим дозревания: Тд 7010,1 С, А 1 ч, скорость вращения мешалки 50 об/мин. Конверсия на выходе из реакторапредполимеризатора составляет в среднем 29,5%. Скорость полимеризации в полимеризаторе 4,5%/мин. Скорость образования коагулюма в реакторепредполимеризаторе 0,095%/ч (по отношению к массе использованного за время работы мономера). Повышение температуры реакционной смеси в полимеризаторе в ходе синтеза практически не наблюдается. Через 25 ч непрерывного осуществления способа образуется 3% коагулюма к массе мономера. Если интенсивному динамическому воздействию подвергается реакциокная масса на начальной стадии полимериэации в poTujpiioM реакторе до сте пени конверсии монсжеров 10-20% (до момента исчезновения капель мономера из реакционной массы,процесс последующей полимеризации и дозревания латекса протекает плавно и в изотермическом режиме. Налипание полимера на стенки реакторов практически не наблкэдается. Полученный латекс имеет улучшенные физико-химические свойства, коллоидная устойчивость его также повышается, улучшаются Физико-механические свойства пленок, полученных на его основе.

Пример 3. Применяют эмульсию на основе ЭА следующей рецептуры, вес.ч: ЭА 100, эмульгатор Е-30 1, ПСА 0,1, вода-дистиллят 500.

Режим смешения: Т 18с,Гс,5 мин,Тсмч 1,6 X 10 сРежим предполимеризации: Тцп 78 ±0,2 С,-С-пп5 мин, Тптл х loc.

Режим полимеризации: т, 6810,, Тп 1 ч, скорость вращения мешалки 120 об/мин.

Режим дозревания: Тд 70tO,fc, Сд 1 ч. 30 мин г скорость вращения мешалки 50 об/мин.

Степень конверсии мономеров на выходе из реактора-гпрвдполимеризатора 19,5%. Налипание полимера на стенки реакторов не наблюдается. Физикохимические свойства ПЭА латекса, а также физико-механические свойства пленок приведены в табл. 1 (в сравнении со свойством латекса, синтезированного по известному способу).

т а б л и ц а 1

Молочно-белая Молочно-белая жидвиджидкость с неэначи- кость с незначительтельным.кремовым ным кремовым оттеноттенкомком

16,4 0,2

47,5

о ,3

, А %

Коагулюм отсутст-г вует, расслаивания латекса при хранении в течение 1 г , не наблюдается

7050-7400

0,15

Пример 4. Применяют систему на основе МА следующей рецептуры, вес.ч: МА 100, эмульгатор Си10 4, пластификатор ДБФ 5, инициатор пек 0,08, вода-дистиллят 173.

Режим смияения: Тсил , ЧГсМ 9 X 10 с- ,Ссн 2

Режим предполимеризации: Тпп 654 10,2«С, Гпп 0,5 X 10 с-.

Режим полимеризации: Тп55±0,С, 2 мин,Сп 1ч скорость вращения мешалки 120 об/мин.

0,6

46,7 650; 1050

Коагулюм отсутствует, латекс расслаивается при хранении

1800-1900

0,23

Режим дозревания: Тд ,1 С, Тд 1,5 ч, скорость вращения мешалки 50 об/мин.

Степень конверсии мономеров на выходе из реактора-предполимеризатора в среднем равна 11,8%. Нгшипание полимера на стенки реактора-предполимеризатора, полимеризатора и реактора-доз р ев ат ел я при lOcMOTpe после 10 ч работы не наблюдается.

Физико-химические свойства полученного латекса, а также физико-механические свойства пленок на его основе приведены iB табл. 2 (для сравМолочно-белая жидкость Внешний вид с незначительным кремовым оттенком

36,4 0,08

35,6 686±15

0,01

1950-2120 1,8-2,5

Как видно из примеров 3 и 4, применение предлагаемого способа способствует улучшению физико-химических свойств получаемых латексов, а-также физико-механических свойств пленок, изготовленных на их основе. Так, при получении латекса на основе ЭА снижается доля незаполимеризовавшегося мономера в конечном продукте, повышается его коллоидная устойчивость. При рассмотрении кривых распределения частиц по размерам (фиг. 2) видно, что степень полидисперсности латекса, синтезированного по изобретению (кривые 1 и 2) ниже, чем степень полидисперсности латекса, синтезированного по известному способу (кривые 3 и 4). Это влияет как на физико-химические свойства латекса, так и на физикомеханические свойства плёнок на его основе (т.е. пбвышается текучесть латекса, а пленки становятся более эластичными). Установлено также, что из латексов, имеющих распределение частиц по размерам, аналогичное распределению частиц по размерам латекса, полученного по изобретению (когда доля крупных частиц составляет 75% от общего количества частиц), получать очень концентрированные латексы с хорошей текучестью и без снинения используют латекс на основе МА с содержанием сухого вещества 36,6%).

Таблица 2

33-35 0,1-0,4

5-6

35-37 400-500

0,0208 1350-1450 2,6-3,7

жения их коллоидной устойчивости (до 60% и более по сухому остатку).

Относительное удлинение пленок, полученных на основе латекса, синтезированного, в частности, по примеру 3, возрастает,более чем в 7 раз, что имеет важное значение при использовании их в кожевенной и обувной промышленности. Латексы, полученные на основе МА, характеризуются улучшеными физико-химическими свойствами. Пленки на его оснсше также характеризуются улучшенными свойствами - относительное удлинение возрастает почти в 1,5 раза). Следует также отметить, что получение латексов непрерывным способом улучшает качественные показатели готового продукта. Формула изобретения

Способ получения акриловых латексов путем смешения соответствующих мономеров, воды, инициатора и эмульгатора в реакторе-смесителе до получения эмульсии, полимеризации смеси в реакторе-предполимеризаторе при 55-65 С и перемешивании и дополимеризации полученного продукта в peakторе-дозревателе при 50-70 -С, о т личающийс я тем, что, с цель интенсификации процесса, уменьшения образования коагулюма и улучшения Молочно-белая жидкость с незначительным кремовым оттенком