Способ получения акриловых латексов

732284 Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 1701.77 (21) 2442829/23-05с присоединением заявки Нов(51)М. Кл. С 08 Р 220/12С 08 Р 2/22 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Н,В, Павлов, Н.П. Жуков, В.Н, Штефан и А.С. Герасимова Тамбовский институт химического машиностроения(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКРИЛОВЫХ ЛАТЕКСОВ Изобретение относится к способу получения акриловых латексов.Известен способ эмульсионной полимеризации мономеров в реакторах непрерывного действия, снабженных 5 тихоходными мешалками 1). Однако он не позволяет контролировать гидро. динамические и тепловые режимы в любой момент времени и в любой точке реакционного объема, 30Известен способ получения акриловых латексов путем смешения соответствующих мономеров, воды, инициатора и эмульгатора в реакторе-смесителе до получения эмульсии, полимериэации (5 смеси в реакторе-предполимеризаторе при 55-65 оС и перемешивании и дополи.мериэации полученного продукта в реакторе-дозревателе при 50-70 С 2).Реакторы снабжены обычными тихо ходными мешалками, Недостатки сйо-, 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 коа гулюма и улучшение Физико-механических свойств пленок иэ латексов. 30 Указанная цель достигается тем,что для получения акриловых латексовиспользуют реакторы роторного типаи полимериэацию в реакторе-предполимеризаторе осуществляют до степениконверсии мономеров 12-20 при перемешивании со скоростью сдвига(0,5-3) х 10 Зс ,По предлагаемому способу полученияакриловых латексов интервал степениконверсии на начальной стадии полимеризации ограничен 12-20 (в зависимости от используемого мономеранапример, для МА 13, для ЭА 20),Если интенсивное динамическое воздействие на начальной стадии заканчивается до степени конверсии мономеров ниже 1 0, например, 5-7, последующая полимеризация реакционной сис"темы в полимеризаторе протекает сбольшой скоростью и в ходе синтезаобразуется большое количество коагу"люма, что препятствует нормальномупротеканию непрерывного процесса.Если интенсивное динамическое воздействие иа начальной стадии заканчивается до степени конверсии мономеров более 20, например,25-30,происходит быстрое образование коагу.дюма в реакторе-предполимеризатореи через некоторое время он забивается, что также препятствует ведениюнепрерывного процесса.Способ получения эмульсионного по-,лимера (латекса) поясняется приведенной .на Фиг. 1 технологической схемой,на фиг. 2 - кривые распределения частиц латекса по размерам,Мономер - метилакрилат (МА) илиэтилакрилат (ЭА), эмульгатор, инициатор и дистиллированная вода в оп- оределенных количествах (в зависимости от выбранной рецептуры) из емкостей 1, 2, 3 и 4 дозирующими насосами 5 подают снизу вверх в реакторсмеситель 6 роторного типа, где в зазоре между ротором и стенкой корпуса,равном 1-2 мм, при вращении роторав результате возникающих сдвиговыхнапряжений при скорости сдвига(4-8)хх 10 с в течение 1-3 мин и при температуре 18-20 С происходит интенсивное смешение всех компонентов, равномерное распределение их по объемус образованием исходной эмульсии.Далее реакционную смесь подают вреактор-предполимериэатор 7 также 25роторного типа, имеющий рубашку дляобогрева, где в результате сдвиговыхнапряжений в зазоре, равном 2 мм, прискорости сдвига (0,5-3) х 10 с и притемпературе реакционной смеси 65-85 С 3 Ов течение 2-5 мин происходит интенсивная диффузия мономера, что приводит к началу реакции предварительнойполимериэации.Степень конверсии мономеров на вы.ходе из реактора-предполимеризаторане должна превышать величины, соответствующей моменту исчезновения капель мономера иэ реакционной смесив зависимости от применяемого мономера, Например, в случае примененияИА эта величина составляет 13, апри использовании ЭА - 20.Далее полимеризационная масса поступает в полимеризатор 8, представляющий собой реактор обычной конст"рукции, имеющий рубашку для обогрева,снабженный мешалкой рамного типа, скорость вращения которой выбираетсяот 100 до 200 об/мин, Температурареакционной смеси в полимеризаторе 5 Овыбирается на 1-10 С ниже температуры реакционной массы в роторном реакторе-предполимериэаторе. Продолжительность полимеризации 1-2 ч. Степень конверсии мономеров на выходеиз полимериэатора порядка 90-95.Затем латекс поступает в реактордозреватель 9 по конструкции, аналогичный конструкции полимеризатора 8.Скорость вращения мешалки 50100 об/мин, температура реакционной еОмассы на 3-10 С выше температуры мас"сы в полимеризаторе. Продолжитель"ность процесса дозревания 1,5-2 ч,Степень конверсии мономеров на выходе из реактора-дозревателя поряд ка 100, Весь процесс получения акриловых латексов проводят в средеазота или аргона.П р и м е р 1, Применяют эмульсию на основе этилакрилата (ЭА) следующей рецептуры, вес,ч: ЭА 100,эмульгатор Е:30 1, инициатор - персульфат аммония (ПСА) 0,1, вода -дистиллят 500,Режим в реакторе"смесителе: температура смешения (Тс,) 18 - 20 С,скорость сдвига в зазоре (Хам) 2 хх 10 с", время смешения Лам) 2 мин.Режим предполимеризации: Т 87+= 150 об/мин,ГП 1 ч.Режим дозревания: Тд 80+0,1 С,скорость вращения мешалки и:50 об/мин, Гп 2 ч,В результате этого конверсия мономеров на выходе иэ реактора-предполимериэатора на начальной стадиив среднем равна 5,8. Скорость полимеризации в полимеризаторе 7/мин,наблюдается повышение температурыреакционной смеси в полимеризаторена 16 С, Скорость образования коагулюма в полимериэаторе 0,08/ч (по отношению к мономеру). Через 52 ч непрерывного осуществления способа вполимеризаторе образуется 8-9 коагулюма к массе мономера. Полученныйлатекс имеет низкую коллоидную устойчивость,П р и м е р 2. Применяют эмульсию на основе метилакрилата (МА) следующей рецептуры, вес.ч: МА 100, 4(эмульгатор С4, инициаторПСК 0,08, пластификатор ДБф (дибутилфталат) 5, вода-дистиллят 173,Режим смешения Тсм 18-20 С,1", 5 х 10 с 1, Ф 4 мин.Режим предполимеризации: Я пп 4 мин,Топ 0,5 х 10 с", Тпп 70+0,3 С.Режим полимеризации: Т и 60 0,3 С,+ оГп 1 ч, скорость вращения мешалки120 об/мин,Режим дозревания: Т 700,1 С,д 1 ч, скорость вращения мешалки50 об/мин.Конверсия на выходе иэ реакторалредполимеризатора составляет в среднем 29,5Скорость полимеризации вполимеризаторе 4,5/мин. Скоростьобразования коагулюма в реакторепредполимеризаторе 0,095/ч (по отношению к массе использованного завремя работы мономера), Повышениетемпературы реакционной смеси в полимеризаторе в ходе синтеза практически не наблюдается. Через 25 чнепрерывного осуществления способаобразуется 3 коагулюма к массе мономера.Если интенсивному динамическомувоздействию подвергается реакционная масса на начальной стадии поли732284 5 мериэации в ротбрном реакторе до степени конверсии мономеров 10-20 (домомента исчезновения капель мономераиз реакционной массы, процесс последующей полимеризации и дозреваниялатекса протекает плавно и в иэотермическом режиме. Налицание полимерана стенки реакторов практически ненаблюдается. Полученный латекс имеетулучшенные Физико-химические свойства, коллоидная устойчивость его такжеповышается, улучшаются физико-механические свойства пленок, полученныхна его основе.П р и м е р 3. Применяют эмульсию на основе ЭА следующей рецептуры,вес.ч: ЭА 100, эмульгатор Е1, 15ПСА 0,1, вода-дистиллят 500,Режим смешения: Т 18 С,Г,5 мин,.Чсю 1,6 х 10 сМолочно-белая- кость с незнач ным кремовым о ком дельенМолочно-белаяжидкость с неэнательным. кремовымоттенком нешний в одержаниухогоеществ а 16 статочногоономера,2 Пов ерхностннат яжение,мдж/м 2 б,50 р 1 б+2 Радиус частиц, АМеханическаяустойчивость,% Коагулюм Отсутлатекс расслаипри хранении уе Коагулюм отсутст-. вует, расслаивания латекса при хранении в течение 1 г, не наблюдается ет тносителдлинениеленки,% ое 1900 7050-7400 Прочностпри разрМн/мд 6010, 1 ф С,ащения мешалким дозревания:ч, скорость вр 5 Фд 1 550 об/мин,Степень ковыходе иэ рера в среднемполимера на слимеризатора,тора-дозреват10 ч работы нФизико-хи+ 0,2 С, Спп 5 мин, уп 1,65 х 10 с 1. Режим полимеризации: ТП 68+0,3 С,фп 1 ч, скорость вращения мешалки 120 об/мин.Режим дозревания: Т 7010,)." С,ФА 1 ч. 30 мин, скорость вращениямешалки 50 об/мин. Степень конверсии мономеров на выходе из реактора-предполимеризатора 19,5, Налипание полимера на стен" ки реакторов не наблюдается. Физико- химические свойства ПЭА латекса, а также физико-механические свойства пленок приведены в табл. 1 (в сравнении со свойством латекса, синтеэи. рованного по известному способу) .Таблица 1 нверсии мономеров на актора-предполимериэаторавна 11,83, Налипание тенки реактора-предпополимериэатора и реак еля при,осмотре после е наблюдается,мические свойства полуса, а также физико-м732284 Сво Молочно-белая жидкость Молочно-белая жидкость с незначительным кре- с незначительным кремомовым оттенком вым оттенком Внешний вид Содержание,%: сухого вещества 36,4 33-35 остаточногомономера 0,1-0,4 0,08 Относительнаявязкость полимера в ацетоне 5-6 Пов ерх ностноенатяжение,мДж/мРадиус частиц,А 35-37 400-50035,6бВбй 15 Механическаяустойчивость,З 0,01 0,0208 Относительноеудлинение пленки,В 1950-2120 1350-1450 Разрушающее напряжение прирастяжении, МПа 1,8-2,5 2,6-3,7 ханические свойства пленок на его основе приведены в табл. 2 (для сравКак видно иэ примеров 3 и 4, применение предлагаемого способа способствует улучшению Физико-химическйх свойств получаемых латексов, а также Физико-механических свойств пленок, изготовленных на их основе, Так, при получении латекса на основе ЭА снижается доля неэаполимериэовавшегося мономера в конечном продукте, повышается его коллоидная устойчивость. При рассмотрении кривых распределения частиц по размерам (Фиг2) 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 Физико- механические свойства пленок на его основе (т.е. повышается 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 беэ сни. кения используют латекс на основе МА с содержанием сухого вещества 36,6).Таблица 2. женин их коллоидной устойчивости(до 60 и более по сухому остатку).Относительное удлинение пленок,полученных на основе латекса, синте эированного, в частности, по примеру 3, возрастает, более чем в 7 раэ,что имеет важное значение при использовании их в кожевенной и обувнойпромышленности. Латексы, полученные 45на основе МА, характеризуются улучшенными физико-химическими свойствами,Пленки на его основе 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 изобретенияСпособ получения акриловых латексов путем смешения соответствующихмономеров, воды, инициатора и эмульгатора в реакторе-смесителе до получения эмульсии, полимериэации смесив реакторе-предполимеризаторе при 60 55-65 С и перемешивании и дополимеризации полученного продукта в реакторе-дозревателе при 50-70 С, о тол и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюинтенсиФикации процесса, уменьшенияобразования коагулюма и улучшения. Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе 1 . Патент США Ю 3296168,кл, 260-296, опублик. 1967. 2, Патент СВй 9 3506628, кла 260-83.7, опублик. 1970 (прототип) .нетр еамц,я аЮ.Ю А РиПоляковарка Корректор С Составитель Техред Н.Б Редактор Л. Ушако ар 9 арствен изобретЗ"35,аказ 1650/1 Тирах 54 ЦНИИПИ Госуд по делам 3035, Москваилиал ППП ффПатентфф, г. Ухгород,оектная,физико-механических свойств пленоква основе латексов, используют реакторн роторного типа и полимериэациюв реакторе-предполимеризаторе осу-.ществляют до степени конверсии моно.меров 12-20 при перемешиванин соскоростью сдвига (0,5-3) х 10 с Подписное го комитета СССР нй н открытий аушская наб., д,