Способ получения поливинилацетатнойэМульСии и уСТАНОВКА для ЕгООСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК C08F18/08 C08F2/24 B01J1/00 

вращение вспенивания н вспучивания реакционной .массы ,в Процессе полимеризации и коркообразования i-ia внутренних деталях полимеризационной устаиоВКи.

Эта цель достигается тем, что в иззест1ИОМ сноообе нолучения поливииилацетатиой эмульсии непрерывной водио-эмульсиоинрй полимеризацией вниилацетата или сонолимеризацней его с другими виниловым ; мономерами в 1нескольких иоследовательно соединенных реакторах в ирисутстВ1П радикальных инициаторов, эмульгаторов и других полимеризациоиных добавок процесс Проводят В каскаде вертикально расположенных реакторов нри иодаче исходной реакционной смеси в нижний реактор и движениц ее в нроцессе полимеризации снизу вверх.

Цель изобретения достигается также тем, что в Известной установке ОСупдествлепия способа получепия иоливипилацетатиой эмульсии, состоящей из последовательно соеди иенных трубопроводамп форэмульгатора, форполимеризатора и полимеризатора автоклавного тила, иол.имеризатора колонного тииа с внутренними ие)егородками (И аппарата трубчатого тииа с в путренним холодильником, имеющих штуцера для Евода и вывода реакциои1иой смеси, иолиу.еризаторы расноложепы в Виде вертика. ьного каскада, щтуцер для ввода реакционной смеси расноложен В днище фориолимеризатора, а для вывода реакционной смеси - в Крьиике цолимеризатора колоииого .

Изобретение ллюстрируетея чертежом.

Установка состопт из трех лолимер Езационных элемеитов, два из которых являются стандартного тииа реакторами, снабженными Мещалками и рубап;кам,и для циркуляции терморегулирующей жидкости (начальный реактор 1 и иолимер1-зациоиный реактор 2), тогда как третий представляет собой резервуар трубчатого типа с внутреннпми перегородками (реактор 3}. Аппарат 4 трубчатого тииа сиабжен виутреИНим водяным холодильником и служит для охлаждения диоиерсии. Насосы 5 применяют для нодачи фориолимера в реаКтор 1, подачи мономера или моиоМеров в реактор 2И иницннрующего раствора (если необходимо) в третий реактор.

Каждый реактор снабжен тсрмодетектором и манометром.

Реактор 6 снабжен мептлкой .и индикатором уровня j-i иредиазиачеи для прпготовлепия форэмульсии, которую лодают затем в реактор /.

Согласно изобретению могут примепяться аипонные, катионные и .неко:иогенные эмульгаторы - поверхностпо-активные вещества (ПАВ).

К первой группе принадлежат следующие |ПА:В: соли щелочных металлов или аммония, или а-минов, .или длиниоценочечных жирных кислот, например олеат натрия, стеарат калия, диэтаноламинлаурат; сульфаты ц сульфонаты металлов, производные алифатическ х и алкилароматических углеводородов с высоким молекулярным весом, иаиример соли алкилпафталииовых сульфонОВых КИСЛОТ; сульфонаты металлов алкргловых сложцых эфиров дикарбоновых кислот, например иатриевая соль дпоктилянтарной сульфоновой кислоты, додецилбензолсульфонат натрия, лаурилсульфат натрия.

Ко второй группе Принадлежат следующие ПАВ: соли алкиламоний, содержаи;ие

от 12 до 18 атомов углерода в алкильных радикалах, например хлориды и ацетаты; соли четвертичного аммония, например бромид цетилтриметила.ммоиия.

;К третьей групне принадлежат следующис ПАВ: нродукты присоединепия выс них алифатических спиртов или их жирных кислот и окиси этилена.

Концентрация этих ПАВ может меняться от 0,1 до 5%, предпочтительио 0,5-2,5%,

но отнопгеиию к общему количеству дисперсии,

Вместе с этими эмульгаторами могут применяться защитные, такие как иоливиниловый спирт, содержащий до 10% ацетильных груии, растворимый крахмал, метилцеллюлозы, гид рооксиэт ; л целлюлозы, иатриевые карбоксимети.дцеллюлозы и соли альги:натного или нолиакрилатного тииа. |Концеитрация таких заидитных агентов быть от 1 до 10%, нредиочтительно от 1 до 3%, по отношению к общему количеству дисперСии.

Полимеризацию проводят с помощью ради Кальпых и-нициаторов, например иерсульфата калия, нерсульфата аммония, перекиси водорода, перекиси дибензоила, нерекиси натрия, диазосоедииений; их используют в количестве от 0,01 до 10% по отно1иепию к общему количеству дисперсии.

В 1качестве применяемых буферных соединений можно использовать бикарбонаты щелочных металлов, ацетат натрия, буру и кислые фосфаты нхелочных металлов.

Снособ дает возможность непрерывного получения водиых дпсиерсий полимеров и сОПолимеров, имеющих сиецифические морфологические характеристики, такие как суп,ественио занпженный диаМетр частиц, хорошую меха иическую стабильность, зЫСокую стабильность Прп длительных циклах, среднюю вязкость (2000-5000 сяз) и сод.ержание твердых частиц в интервале от 4-0 до60%.

Пример 1. Водную фазу, подаваемую в реактор 1, приготавливают при перемегнивамии в резервуаре 6 следующих компонентов до получения стабильной молочно-белой форэмульоин, кг: Вода24,401 Ал ареол SCL 83%-ный (додецплбензолсульфонатнатрия)0,102 Натросол 250 HP, 96%-ный (гмдроксиэтилцеллюлоза) 0,256 ЭдМульсия О (лолио саиэтилироваиный жирный спирт) 0,514 Вииилсульфонат натрия в водном растворе, 25%-ный (noBepxHocTHO-aKTHBiHbH i сомоиомер)0,474 Персульфат натрия0,075 Ацетат натрия0,083 Винилацетат5,031 Для иодачи Б лолимеризационны реактор 2 взято вниилацетата 20,126 кг. Для иодачи в конечный реактор 3 гото вят раствор следующего состава, кг: Персульфат натрия0,(}12 Вода0,250 Различные реакторы, включая холо дильник, разъединяют перекрытием соот ветствуюидих вентилей. Начальиый реактор, изготовленный из нержавеющей стали, емкостью 11 л соеди няют с дефлегматорОМ и затем заполняют порц«ей форэмульсии. При скорости иере мещлвяния 100 , температура воды циркулирующей в рубащке, доводится до 70-80° С, ,и после того, как начинается ки пение с обратным холодильником, полиме ризацию доводят до конца, на что указы вает иолное прекращение кипения с об ратиым холодильником. Подимеризационный реактор 2, выполненный из нержа1веющей стали, емкостью 11 л соединяют с дефлегматором и затем . наполняют следующим составом, кг: Вода5,355 Аларсол SCL0,021 Натросол 250 HP0,055 Эмульсия О0,108 Винилсульфонат натрия 25%-,ный в водно,м ipacTBOpe0,100 Персульфат калия0,021 Ацетат натрия0,035 Винилацетат5,305 Начиная с этого, дисперсию поливинилацетата получают при перемеш.иваиии со скоростью 100 и нагревании до температуры кипения с обратиым холодильником вплоть до СКОгНЧаНИЯ. Дефлегматор, .использовавшийся в начале процесса, отключают, затем начальный реактор, 1полнмеризационный реактор, конечный реактор и холодильник соединяют между собой, причем два последних аппарата предварительно заполняют дисПерсией поливиинлацетата, приготовленной заранее и содержащей около 50% сухого -Вещества. С помощью .насоса форэмульсию не. прерывно подают в реактор 1, продолжая перемешивать со скоростью 100 об:мин; ири этом продукт фориолимеризации перемеигают в реактор 2 с той же скоростью, с которой осуществляют подачу форэлпльсли. Полимеризациоииый реактор 2 при поремешиваиии со скоростью 100 , заполняют далее с иомощью насоса ва1нилацетатом в отношеннп 3,813 кг на каждые 1,006 кг винилацстата, содержащегося в продукте форполпмеризации, иоступаюи;см из реактора /. Конечный реактор 5, выполненный из нержавеющей сталн и имеюнипТ емкость 11 А, иеирерывно заполняют с помощью насоса раствором персульфата калия в количестве 0.050 кг на каждые 10 кг дисперсии, поступающей из реактора 2, для того чтобы уничтожить иоследиие следы мономера. В равновесном состоянии подачи следующие:реактор 1: 6,187 кг1ч форэмульсии; реактор 2: &,Ъ7 + продукта форполимеризаций, поступающего из реактора /, +3,813 кг ч вииилацетата; реа.ктор 5: 0,0501 раствора иереульфата калия+10.0 кг .ч дисперсии полимера, поступающей из реактора 2. Общая производителыюсть, отнесен)ая к общему объему всех трех иолимеризационных емкостей (33 л), составляет 0,305 я-г/д//. Температуру в различных реакторах поддерживают следуюи1ую: реактор / 75±2 С, реактор 2 - 85± 2° С, реактор 5-90±2°С. Р1з коиечного реактора 3 дисперсию поают в холодильплк 4, откуда ее разлиают в складские баки или иепосредственно пускают в производство. Стабильную дисперсию, содержап1ую коло 50% сухого вещества и не более ,5% остаточного мономера, получают таим же образом. Такие дисперсии обладают высокой хиической и механической стабильностью; осле исскольких часов работы размеры астиц достигали равновесного значения, оответствующего среднему диаметру 1,0- 1,5 мк. Пример 2. Если ведут ироцесс иод авлением, форэмульсию, подаваемую в еактор /, ириготавливают в резервуаре 5 ри смешиваипи следующих комионенов, кг: Вода21,734 Аларсол SCL0,112 Натросол 250 HP0,280 Эмульсия О0,562 Винилсульфонат натрия 25%-ный в водном растворе 0,518 Персульфат калия;0,082 Ацетат натрия0,090 Винилацетат5,498

Весь цикл, за -исключением иачальиого реактора /, заполняют готовой дисиерсией, обладающей теми же характеристиками, что п дисперсия, которую требовалось иолучить,

11 кг форэмульеии, ириготовлеиной, как описано выше, подают в реактор / с помош,ью насоса -и полимеризуют ири нагрева,нг1И .и леремешивапип со скоростью 100 об1мин. ПоСле полимеризации указанной загруЗКИ начальный реактор соединяют с полимеризацйоиным реактором, -нагретым до 85° С, и колеч-ным реакторов, нагретым до 90° С.

В равновесной стадии иодачи следующие:

реактор /: 14,250 форэмульсил;

реактор 2: 14,250 кг1ч продукта форполимерИзациИ, поступающего из реактора 1, -f 10,750 кг1ч винилацетата;

реактор 3: 25,0 кг1ч дисперсии лолимера, лостуиающего из реактора 2.

Общая -мощность составила 0,758/сг/л/ч.

-Пример 2 отличается от прлмера 1 тем, что количество катализатора уменьшается за счет отмеиы добавки его в реактор 5; лроцесс лроводят при Э-4 аглг; лолученцая таким образом дисперсия содержит около 56% сухого вещества.

ДлСлерсия, полученная таким об1)аз-ом, лохожа на ту, которая была нолуче-иа в лримере 1, однако она отллчается умепьщением сре вдего диаметра частиц ( 1 мк), более высокой вязкостью и остатком мономера 1не выше 0,3%.

Еще более убедительнЫе результаты, касающиеся эффективности установки и усло-вий ее эксплуатации, были получены цри ее -работе в течение нескольких дней. Не было отмечено ни вспенивания, ни всиучивания массы -ири полимеризации, с учетом времени лолнмеризацин количество накиии в различных реакторах было допустимым.

П р и м -е р 3. Готовят -следующие смеси н р-астворы:

Смесь № 1 (кг):

Вода29,460

Нат.росол 180 L 96%-ный

(гидроксиэтилцеллюлоза) 0,410

Аларсол SCL0,230

Риоклен NF 10 (полиоксиэтилированный ио-иилфенол)0,399

Ацетат натрия0,350

|Влнилсульфонат |натрия 25%-ный в водном растворе0,476

Кротоновая кислота (модифицирующий сомоли-мер) 0,195

Смесь (№ 2 (кг):

Винилацетат26,123

Бутилмалеат11,628

8 (кг):

Раство-р ЛГо 1

Вода9,706

Персульфат калля0,300

В нервом реакторе форэмульгировапием приготавливают следующие водные фазы: Смесь К« 123,398

Раствор N° 126,950

Випилацетат0.720

Родор-сил анти-моуссе 42-6 (аитивспенивающее силиконовое масло)0,015

Начальный реактор занолияют водноГ фазой, -приготовленной, как -изложено выще, и лроводят пол меризацию при иеремешивании, обеспечивая нагрев д,о температуры ки-пепия с обратны.м холодильником за счет циркуляцпи в рубашке с 75- 80° С после ирисоедипелия к реактору дефлегматора и изоляции его от остальных резервуаро-в, установленных ранее.

В конце иолимеризации дефлегматор отключают, реактор -/ соед.иняют с реактором 2, 3 и холодильником 4, нредварлтельло заполлеллыми сополимерной дисперслей, .-имеющей свойства, сходные с дислерсией, подлежащей -лолучению (л1:бо приготовляемой в лепрерывлом процессе, либо лостуиаюнлей из лредыдущей непрерывной оиерации).

Процесс цроводят нри лостояииых усло-влях и л-спользуют cлeдyюн нe загрузки:

реактор /: 2,330 кг1ч форэмульгированлой водиой фазы;

реактор 2: 2,330 кг1ч продукта фориолимеризации, лостулающей из реактора /, + 2,424 кг1ч смеси № 2;

реактор 3: 4,754 сополимерлой ди-сперсни, поступающей из реактора 2, + 0,250 кг/ч раствора М 1 (3%-лый персульфат калия).

Температуру :и-оддерживают в следующих пределах: реа-кт-ор / - 75 + 2° С, -реа-ктор 2- 85±2° С, реа-ктор 3 -90±2°С.

Нроизводительность составляет 0,152 кг1л1ч.

Так получают стабильную суспензию, содержащую около 52% сухого вещества, причем средний диаметр частиц составляет от 1,0 до 1,5 мк.

Пр-н высушивании этих дисиерсий получают легкие, прозрачные, лластичлые и водостойк-и-е плелки.

Как следует из приведенных примеров, лредложениый -слособ н установка для его осуществлелия позволяют предотвратить вслелнвалие и -вслучивание реакци-он-ной массы и -за счёт этого лредотвратить кор-кообразовани-е.

Форм у л а и 3 о б р е т е н и я

1. Слособ -л-олучения полнвилилацетатлой эмульсии непрерывной водноэмульсно-нной иолнмеризацлей влинлацетата или сополимеризацией -е-го с другими винило