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Tutorial MenueAcrylpolymereLerneinheit 4 von 6

Polyacrylate

Technische Herstellung von Polyacrylaten (Teil II)

Emulsionspolymerisation

Die Emulsionspolymerisation ist die wichtigste Methode zur Polyacrylat-Produktion, da hier die Viskosität des Reaktionsgemisches auch bei hohen Umsätzen gering bleibt. Dieses Verfahren ermöglicht auch eine sehr gute Wärmeabfuhr. So können mit Monomeranteilen von 30 bis 60 Volumen-% in vollentsalztem Wasser (zur Verbesserung der Emulsionsstabilität) und unter Sauerstoffausschluss Polymerisate mit Molmassen von 10 5 bis 10 6 g/mol erreicht werden. Die Emulgatoren sind meist anionische, gelegentlich amphotere, selten kationische niedermolekulare Verbindungen (z.B. Natriumdodecylsulfat, SDS).

Als Initiatoren kommen Persulfate oder Wasserstoffperoxid bei Temperaturen von 50 bis 85 °C zum Einsatz, aber auch Redoxsysteme, die zusätzlich komplexierte Eisen(II)Ionen, Natriumhydrogensulfit oder Natriumthiosulfat enthalten. Letztere ermöglichen eine Betriebsweise bei niedrigeren Temperaturen und pH-Werten von 5 bis 7. Niedrigere Molmassen erhält man durch den Einsatz von Reglern. Dies führt zu klebrigeren Polymerisaten. Als Regler werden z.B. Tetrachlorkohlenstoff, Tetrabromkohlenstoff, Bromal, Benzylbromid, Trichlorbrommethan oder Mercaptane eingesetzt. Wegen der möglichen Bildung von Wandbelägen benutzt man als Reaktionskessel Edelstahltanks mit polierten Oberflächen. Die Rührer sollten der Scherempfindlichkeit der Dispersionen Rechnung tragen. Die Dispersionen werden als solche in Anstrichfarben und für Anwendungen in der Papier- und Textilindustrie eingesetzt.

Die Emulsionspolymerisation kann absatzweise (batch), im Zulaufverfahren (semibatch) oder kontinuierlich (continuous stirred tank reactor) durchgeführt werden.

Der absatzweise Betrieb erfordert zwar wenig Regelung, liefert aber schlecht reproduzierbare Ergebnisse, da die Temperaturführung nur schwer kontrollierbar ist. Zu Beginn wird auf 15 °C gekühlt, der Start erfolgt durch die Initiatorzugabe. Die Temperatur wird durch Siede- und/oder Kontaktkühlung kontrolliert, wobei anfangs sehr hohe Wärmemengen abgeführt werden müssen.

Im kontinuierlichen Verfahren werden ständig Monomer und Initiator zugegeben. Der Prozess wird in einer Kaskade oder im Rohrreaktor durchgeführt. Das hat den Nachteil, dass dieses Verfahren wenig flexibel und eher für große Mengen eines Produkts geeignet ist. Bei Polyacrylaten handelt es sich allerdings oft um Spezialitäten.

Das chargenweise Zulaufverfahren ist ein Kompromiss zwischen beiden Fahrweisen, der sich in der Praxis bewährt hat. Hierbei wird bei geringer Monomerkonzentration (5 bis 10 %) 15 bis 30 Minuten anpolymerisiert. Während der nächsten zwei bis drei Stunden werden Monomer und Initiator weiter zugeführt, dann folgt eine ein- bis zweistündige Nachfahrphase. Der Vorteil ist, dass definierte Produkteigenschaften erzielt werden können, die sich durch die Einstellung von Fahrweise, Temperatur, Inititiator- und Monomerkonzentration etc. gut reproduzieren lassen.

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