在管式反应器中制备聚合物水分散体的方法技术

本发明专利技术涉及在连续操作的管式反应器中在保护性胶体和/或乳化剂的存在下通过烯键式不饱和单体的自由基引发的乳液聚合反应制备聚合物水分散体的方法，其特征在于，所述反应器内容物的流动方向以固定的时间间隔沿所述反应器的纵轴反转。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在管式反应器中制备聚合物水分散体的方法本专利技术涉及通过在连续操作的管式反应器中在保护性胶体和/或乳化剂的存在下，通过烯键式不饱和单体的自由基引发的乳液聚合来制备聚合物水分散体的方法，以及由此获得的方法产品的用途。聚合物水分散体在广泛的应用中被用作粘合剂，例如在粘合剂、涂料应用中，在地毯、纺织品和纸张应用中以及在诸如瓷砖粘合剂、抹灰和密封剂的建筑化学产品中被用作粘合剂。这些水分散体通常在搅拌的间歇反应器中或在连续的搅拌釜级联中通过水乳液聚合制备，如EP1323752B1中所述。工艺效率受限于经由冷却表面(如冷却盘管和反应器壁)对所释放的热量的消散。为此，已经对将工艺过程从搅拌釜转移到没有内部构件的管式反应器进行了反复研究，以便因更大的表面积对体积的比率和相应的更好的冷却而受益。不幸的是，其表明在具有相应狭窄的管横截面的情况下，这些管式反应器很快被沉积物堵塞，其被称为结垢(聚合物结垢)，且系统运行时间大大降低。作为解决方案，已经使用了带有内置搅拌器的管式反应器。但是即使这样，也无法避免聚合物结垢，且其限制了系统的可用性。这种聚合物结垢也发生在传统的搅拌釜中，但是由于较小的冷却表面和改善的反应器几何形状，对于搅拌釜，对于系统可用性的损害不如管式反应器严重。如EP3256497B1所述，在搅拌釜中，可通过在表面上涂覆阻垢剂来减缓沉积物的堆积。但是，其效果在管式反应器中是不足的。DE-AS1137216描述了一种具有小间隙搅拌器或刮刀的管式反应器。在此过程中，不会阻止壁上沉积物的形成，但可通过后续措施将其机械清除。因此，在生产规模上，必须要预料到由于搅拌器或刮具与壁之间的狭窄间隙、机械负荷以及由于磨损掉的壁沉积物所引起的相应堵塞所导致的问题。在EP0029701B1中，通过脉冲流洞再次将在液体流经的管式反应器中形成的壁上沉积物除去。本专利技术的目的在于提供一种用于制备聚合物水分散体的改进方法，其可确保高系统可用性，同时具有高时-空产率(工艺效率)。本专利技术涉及在连续操作的管式反应器中，在保护性胶体和/或乳化剂的存在下，通过烯键式不饱和单体的自由基引发的乳液聚合反应制备聚合物水分散体的方法，其特征在于，所述反应器内容物(聚合混合物)的流动方向在规定的时间间隔下沿所述反应器的纵轴反转。原则上，根据本专利技术的工艺方法可用于具有管式几何形状的所有反应器。这包括，例如，搅拌管式反应器、非搅拌的管式反应器、具有内部构件(如静态混合元件)的管式反应器、以及具有圆柱形搅拌器的泰勒(Taylor)反应器。优选搅拌的管式反应器。所述管式反应器优选具有圆柱形几何形状。所述管式反应器的主要特征在于其长径比。所述长径比优选为8:1至40:1，特别优选10:1至25:1。在较小的比率下，其几何形状与传统搅拌釜的几何形状过于相似，且待反应的介质具有高的返混率。在较大的比率下，反应器会变得非常长，这会限制实际的应用，因为管式反应器优选是垂直的，并受建筑物的尺寸限制。从纵向或流动方向上看，所述管式反应器可以垂直、水平或在这两个方向之间的位置放置。所述管式反应器的纵向方向通常是从反应器底部到反应器盖的距离。优选垂直放置。如果所述管式反应器不是水平放置的，则反应介质可以在重力作用下从顶部流到底部或优选是在反重力作用下从底部到顶部。搅拌管式反应器可以采用任何搅拌器技术，搅拌元件优选由简单的桨式搅拌器组成。所述搅拌器的速度取决于反应器的整体尺寸，且在每分钟200至2000转之间，优选每分钟500至1500转。每一转意味着搅拌器绕其纵轴或绕平行于流动方向的轴线旋转一圈。所述搅拌器可以以常规方式驱动，如通过机械齿轮驱动，并通过磁耦合或机械密封来密封。所述聚合混合物在所述管式反应器中的平均停留时间通常为10分钟至5小时，优选15分钟至2小时，特别优选20分钟至1小时，最优选25分钟至45分钟。所述平均停留时间可以例如通过计量添加的速度或管式反应器的尺寸来调节。所述管式反应器内容物的流动方向优选在60分钟至48小时的时间间隙(时间间隔)内反转，特别优选在6小时至12小时的时间间隙(时间间隔)内反转。用于实施本专利技术方法的管式反应器的一个优选结构在图1中以管式反应器(1)为例示出。图1中的实施方案仅是说明性的，并不限制本专利技术。发生聚合反应的管式反应器(1)由钢管，优选为带套管的管(2)组成，其在内部具有轴向布置的配备有多个搅拌元件(4)的搅拌器轴(3)。所述管式反应器(1)配备有计量管线(5)，其连接至用于混合反应物的上游混合单元(6)。所述管式反应器(1)通过排出管线(7)连接至下游容器(8)，在其中收集聚合产物并任选进行后处理。原料可以优选经由所述计量管线(5)连续地引入到管式反应器(1)中。聚合产物可以通过排出管线(7)从管式反应器(1)中排出，优选连续排出。经由一个或多个另外的计量装置(9a)至(9e)，其它物质(优选引发剂)可以沿着管式反应器进料到管式反应器中。为了根据本专利技术使流动方向反转，例如，可以使用图1的构造，通过计量管线(5)的支路(5a)并通过开阀(10)从混合单元(6)将反应混合物(预乳液)进料到管式反应器(1)中。将聚合产物通过开阀(11)和排出管线(7)的部分(7a)进料到容器(8)中。在该操作阶段，将阀(12)和阀(13)关闭。为了使流动方向反转，关闭阀(10)和(11)，然后打开阀(12)和阀(13)。在随后的操作阶段中，将反应混合物从混合单元(6)经由计量管线(5)的支路(5b)经由开阀(12)进料到管式反应器(1)中，将聚合产品通过现在打开的阀(13)排出，并通过排出管线(7)的部分(7b)进料到容器(8)中。为了再次使流动方向反转，关闭阀(12)和(13)，并再次打开阀(10)和(11)。根据乳液聚合方法，在水性介质中进行所述聚合，优选不使用有机溶剂。所述管式反应器中聚合混合物的聚合温度优选为40-120℃，特别优选50-110℃。所述管式反应器中的压力取决于待聚合的单体在各自的聚合温度下是液态还是气态，优选为1-110barabs。在气态共聚单体如乙烯、1,3-丁二烯或氯乙烯的共聚中，聚合在压力下进行，特别优选在10-80barabs下进行。所述反应混合物的成分(起始原料)可以预先在混合单元中混合，并连续进料到所述管式反应器中。优选将所述反应混合物的成分在混合单元中连续混合以形成预乳液，并将其输送到所述管式反应器中。在热引发的情况下，优选该方法，从而可以不向预乳液中添加氧化催化剂。在使用氧化还原引发剂组合引发的情况下，优选该方法，使得可以将还原引发剂添加到所述预乳液中，并且将氧化引发剂优选添加到管式反应器中。当所述混合单元完全装满时，可以通过泵或纯质流进行所述输送。所述混合单元可以是，例如，搅拌釜或静态混合部分。所述混合单元可以设置有双层夹套，以便在需要的情况下在混合期间进行冷却或加热。可以在将原料引入到所述管式反应器之前对其进行温度控制。例如，在将其引入到所述管式反应器中时，可以将一种或多种原料的温度控制在10℃至聚合温度之间。优选，在引入所述管式反应器之前或之时，将包含一种或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.在连续操作的管式反应器中在保护性胶体和/或乳化剂的存在下，通过烯键式不饱和单体的自由基引发的乳液聚合反应制备聚合物水分散体的方法，其特征在于，所述反应器内容物的流动方向以固定的时间间隔沿所述反应器的纵轴反转。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.在连续操作的管式反应器中在保护性胶体和/或乳化剂的存在下，通过烯键式不饱和单体的自由基引发的乳液聚合反应制备聚合物水分散体的方法，其特征在于，所述反应器内容物的流动方向以固定的时间间隔沿所述反应器的纵轴反转。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应器内容物的流动方向在60分钟至48小时的时间间隔内反转。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应器内容物的流动方向在6小时至12小时的时间间隔内反转。


4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，使用搅拌的管式反应器或未搅拌的管式反应器或具有内部结构如静态混合元件的管式反应器或具有圆筒形搅拌器的泰勒反应器作为所述管式反应器。


5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述反应混合物的成分被预先在混合单元中混合以得到预乳液，并被连续地进料到所述管式反应器中。


6.如权利要求1-5之一所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：HP·魏策尔，R·布劳恩施佩格，
申请(专利权)人：瓦克化学股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE