WO1998031721A1 - Continuous process for producing thermoplastic moulding compounds - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a process for the continuous production of impact-modified, thermoplastic molding compositions which contain a rubber-elastic soft phase dispersed in a vinylaromatic hard matrix, and to a device for producing impact-modified, thermoplastic molding compositions.
- phase inversion grafting reactions also occur on the polybutadiene, which together with the stirring intensity and the viscosity influence the setting of the disperse soft phase.
- the polystyrene matrix is built up in the subsequent main polymerization.
- the separately produced rubber has to be comminuted and dissolved in a complex manner and the polybutadiene rubber solution thus obtained has to be filtered in styrene before the polymerization in order to remove gel particles.
- the block rubber thus produced must either be purified by precipitation or else the solvent and other volatile substances, in particular monomeric butadiene, must be distilled off.
- the monomer butadiene which, due to the residence time spectrum in stirred tanks, can only be reduced in quantity by long post-polymerization times after the monomers have been added, would then radical polymerization of styrene lead to crosslinking. Due to the high solution viscosity, only relatively dilute rubber solutions can be handled, which means high solvent consumption, cleaning and energy expenditure.
- the object of the invention was to provide a continuous process for the preparation of impact-modified molding compositions with a low residual monomer content. Only monomeric feedstocks should be used in the process and high space-time yields should be made possible. Furthermore, a device for carrying out the method should be provided.
- thermoplastic molding compositions which contain a rubbery soft phase disperse distribution in a vinyl aromatic resin matrix, found, which is marked in characterized ⁇ distinguished, is carried out that the entire process in at least three reac ⁇ tion zones, wherein
- the rubber required for the formation of the soft phase is polymerized anionically, essentially without backmixing, until complete conversion in solution,
- the rubber is fed directly or after the addition of a stopping or coupling agent to a second reaction zone R2, in which the addition of an amount sufficient for the phase inversion of vinyl aromatic monomer and further anionic initiator is polymerized at least until the phase inversion and
- a third reaction zone R3 with as much vinyl aromatic monomer as is required to form the impact-modified thermoplastic molding composition the polymerization is carried out anionically.
- the first reaction zone R1 for the production of the rubber component for the soft phase is shown schematically in FIG. 1. It essentially consists of N temperature-controlled mixer sections (1), N tube reactors (2) and N-1 heat exchangers (3) which are connected in series, where N is an integer> 1 and is advantageously between 2 and 8.
- the mixing sections can be designed, for example, as pipes which contain static mixers in order to promote radial mixing. So-called Kenics mixers or SMR reactors or so-called SMX or SMXL mixers as are marketed by Sulzer or in Chem. Eng. Techn. 13 (1990) pages 214-220.
- the tubular reactors (2) can optionally also contain mixing elements.
- the temperature-controlled mixer section and the tubular reactor can also be implemented as one unit. For example, a shell-and-tube heat exchanger or an SMR reactor can be used as the heat exchanger. After the last tubular reactor, before entering the second reaction zone R2, an inlet (7) is provided for a chain termination or coupling agent.
- the second reaction zone R2 is designed as a temperature-controllable backmixing unit. It can be designed, for example, as a stirred tank with a heat exchanger or as a circulation reactor with static mixers. A hydraulically filled circuit reactor can be particularly advantageous when the reaction mass has higher viscosities.
- the hard phase usually polystyrene, is polymerized until phase inversion and the desired morphology and particle size of the rubber-elastic phase are set.
- the necessary shear conditions are elements through the selected static mixing ⁇ and the flow rate of the polymerization - mass by adjusting the circulation ratio in the case of use of a circulation reactor, or by selecting suitable stirrer and the stirrer speed in the case of a stirred tank, preserver - technical th Detailed. embodiments of the reactors so ⁇ as the morphology and properties of the rubber-modified polystyrene is found of Industrial Chemistry, VCH, Weinheim 1993, pages 484 to A. True, manual - 489th
- the third reaction zone R3 consists of the same elements and has the same structure as the first reaction zone. You can just ⁇ if consist of repetitive structures. Usually there is also no heat exchanger following the last tubular reactor and the reaction energy released can advantageously be used to remove the solvent. It contains at least one inlet 10 for metering the styrenic monomer and one inlet 11 for the chain terminator. The number of tubular reactors, heat exchangers and inlets depends on the desired temperature profile and the desired final temperature.
- the initiator solution, the solvent and the vinyl aromatic monomer or diene monomer are fed to the first tubular reactor via the mixer section. Further comonomers can be metered in via the further mixing sections. If necessary, further initiator solution or solvent can also be metered in.
- the number N of tubular reactors depends on the structure and composition of the desired rubber. The reaction in the tubular reactors is essentially adiabatic, that is to say without targeted heat exchange and essentially without backmixing. In technical systems, however, a slight heat exchange with the environment and slight backmixing in limited areas can never be completely ruled out.
- the temperature of the mixing sections, the metering of the monomers so ⁇ as the amount of solvent are selected so that the temperature in the tubular reactors is not above 200 ° C, preferably not rise above 150 ° C and the reaction at the end of each tubular reactor na ⁇ hezu is complete.
- the temperature of the mixing sections is advantageously set so that the reaction mixture has a temperature of 30 ° C. to 60 ° C., preferably 40 ° C. to 55 ° C., when it enters the tubular reactor.
- the reaction mixture is cooled to 20 ° C. to 70 ° C., preferably to 30 ° C. to 60 ° C., via the heat exchanger (3). After the last tubular reactor in reaction zone 1, there is usually no cooling.
- a chain terminating or coupling agent can optionally be metered in via inlet 7 in order to terminate the chain ends or to link them to form multi-block or star polymers.
- the rubber solution can, however, also be fed directly to reaction zone 2 without termination.
- Their concentration can vary within wide limits. It is only limited by the solution viscosity. Because of the economy of the process, the highest possible concentration is desirable. In general, the concentration of the rubber solution before entering the second reaction zone is 5-60% by weight, preferably 10-45% by weight.
- S is a block of vinyl aromatic monomer, preferably styrene 0 B is a polydiene block, preferably of butadiene or isoprene,
- X is an m-functional coupling agent or m- functional ⁇ In itiator.
- Block length of each individual block and the block sequences can be adjusted to the individual mixing sections via the initiator quantity, the monomer quantity and the metering method.
- Blocks S can also contain alkadiene monomers, blocks B also vinyl aromatic monomers in statistical order.
- Statistical incorporation is achieved, for example, by adding small amounts of Lewis bases such as dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, tetrahydrofuran, alkali metal salts of primary, secondary and tertiary alcohols and tertiary amines such as pyridine and tributylamine. These are usually used in concentrations 5 from 0.1 to 5 vol .-% based on the initiator used, such as alkoxides used in Kaliumtetrahydrolinoleat 3-20 volume per ⁇ producers.
- the starting materials and process conditions are preferably chosen such that a 1,2-vinyl content in the diene block of less than 30% by weight, based on the diene block, results.
- the average molecular weights Mw of the blocks are generally in the range of 1,000 to 500,000, preferably in the Be ⁇ ranging from 20,000 to 300,000 g / mol.
- the total content of vinyl aromatic monomer ⁇ is in the range of 3 to 85 wt -.%, Preferably between 10 and 60 wt -.%, And most forthcoming
- the glass transition temperatures of the rubber-elastic blocks are below -20 ° C, preferably below -40 ° C.
- the rubber solution produced in the first 40 reaction zone is fed continuously to the second reaction zone, and further styrenic monomer and initiator are fed in via feeds 8 and 9, in flow rates as are necessary to achieve phase inversion.
- polymerization is usually carried out at temperatures from 50 to 120 ° C., preferably from 60 to 45 100 ° C.
- the reaction mass from zone 2 fed to the third reaction zone is heated to 20 to 70 ° C., preferably 30 to 60 ° C. Additional styrenic monomer and optionally further initiator are metered in via feed 10.
- the reaction mixture is polymerized in the tubular reactor without heat removal to complete conversion.
- the polymerization solution can be worked up in a known manner in degassing extruders or degassing evaporators at temperatures of usually 190 to 320 ° C.
- the solvent obtained here is expediently returned to the process after distillation and appropriate drying.
- Preferred monomers are styrene, ⁇ -methylstyrene, p-methylstyrene, ethylstyrene, tert. -Butylstyrene, vinyltoluene, 1, 1-diphenylethylene and butadiene, isoprene, dimethylbutadiene, pentadiene-1, 3 or hexadienes-1, 3 or mixtures thereof.
- the usual mono-, bi- or multifunctional alkali metal alkyls or aryls are used as initiators.
- Advantageously - organolithium compounds are used, such as ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert. -Butyl-, phenyl-, hexyldiphenyl-, hexamethylenedi-, butadienyl- or isopropenyllithium.
- the amount of initiator required results from the desired molecular weight and is generally in the range from 0.0002 to 5 mol percent, based on the amount of monomer.
- Suitable chain terminators are proton-active substances or Lewis acids such as water, alcohols, aliphatic and aromatic carboxylic acids or their salts, and inorganic acids such as carbonic acid or boric acid.
- Polyfunctional compounds such as polyfunctional aldehydes, ketones, esters, anhydrides or epoxides can be used to couple the rubbers.
- the customary anionically polymerizable vinyl aromatic monomers which meet the usual purity requirements, such as, in particular, the absence of polar substances, can be used as the monomer for the preparation of the hard phase.
- Styrene, ⁇ -methylstyrene, p-methylstyrene, ethylstyrene, tert are preferred.
- -Butylstyrene, vinyltoluene, 1, 1-diphenylethylene or mixtures thereof are used.
- the organization for the anionic Polymeri ⁇ conventional aliphatic, cycloaliphatic or aromatic hydrocarbons having 4 to 12 carbon atoms such as pentane, hexane, heptane, cyclohexane, methylcyclohexane, isooctane, benzene, alkylbenzenes such as toluene, xylene, ethylbenzene or decalin or suitable mixtures.
- the solvent must of course have the high purity required for the process. To remove proton-active substances, they can be dried, for example, over aluminum oxide or molecular sieve and distilled before use.
- the solvent from the process is preferably reused after condensation and the cleaning mentioned.
- customary auxiliaries and additives such as lubricants, stabilizers or mold release agents can be added to the molding composition.
- the device described is also suitable for producing other multi-phase molding compositions.
- the polymer forming the soft phase is synthesized in reaction zone 1 and mixed in reaction zone 2 with further monomer or monomer mixtures which form the polymer of the hard phase and polymerized until phase inversion.
- the polymerization is completed in the third reaction zone.
- FIG. 1 An arrangement as shown in FIG. 1 was used for the examples, four tube reactors (2a, 2b, 2c, 2d) each having a length of 500 mm (DN 32-SMXL mixer from Sulzer) being used in the unit designated as reaction zone R1 ) were used, each of which had a temperature-controllable premixer (la, lb, lc, ld) each 350 mm long (DN 15 SMX mixer from Sulzer) with the corresponding feeds for monomers (feeds 1,4,5,6 ), Solvent (inlet 2) and initiator (inlet 3) upstream and in the case of tube reactors 2a to 2c each have a heat exchanger (3a, 3b, 3c), each consisting of a tube bundle with 3 DN 15 tubes and a length of 1000 mm, were downstream.
- a 10 1 stirred tank was used, which was equipped with an anchor stirrer and reflux condenser and the inlets for chain terminating or coupling agents (inlet 7), monomers (in
- the reaction zone R3 consisting of a heat exchanger (3d) consisting of a 1000 mm long tube bundle with 3 DN 15 tubes, two 300 mm long mixers (le and lf) (DN 25 SMX mixer from Sulzer) with inlet 10 (for Monomers) or 11 (for chain terminating agent) and a 400 mm long, interposed tubular reactor (2e) (DN 50 SMXL mixer from Sulzer) was connected via a gear pump to the boiler outlet valve of the stirred reactor of reaction zone 2.
- the total reaction volume of the arrangement was approximately 9.9 1, divided into 3.5 1 in reaction zone 1, 5 1 in reaction zone 2 (fill level of the stirred tank) and 1.4 1 in reaction zone 3.
- a degassing extruder was installed downstream of the arrangement.
- the monomers and solvents used for the polymerization were dried over A1 2 0 3 (ethylbenzene) or molecular sieve (butadiene) and distilled (styrene, ethylbenzene) before use.
- a 1.2% solution of sec-butyllithium in n-hexane / ethylbenzene (10/90% by weight) was used as the initiator.
- the molar masses Mp (peak maximum) of the styrene matrix were determined by means of gel permeation chromatography (GPC) against narrowly distributed polystyrene standards.
- the notched impact strength was determined on notched standard bodies in accordance with DIN 53453.
- the yield stress was determined on test specimens produced according to ISO 3167 according to DIN 53455.
- Examples 1-3 were carried out in the apparatus described above using the process parameters listed in Table 1.
- the examples show, in particular, low residual monomer contents and very high space-time yields, which are between 0.08 and 0.2 kg / (hx 1) in the technical plants usually used for the production of impact-resistant polystyrene.
- Table 1
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Abstract
The invention concerns a process for continuously producing impact-resistant modified thermoplastic moulding compounds which contain a rubber-elastic soft phase dispersed in a vinylaromatic hard matrix. In a first reaction zone the rubber necessary for forming the soft phase is polymerized anionically in solution substantially without re-mixing until the reaction is complete. The rubber is fed, directly or after the addition of a breaking or coupling agent, to a second reaction zone in which it is polymerized until the phases are inverted with the addition of an amount of vinylaromatic monomer sufficient for phase inversion and a further anionic initiator. In a third reaction zone polymerization is terminated anionically with as many vinylaromatic monomers as are required to form the impact-resistant modified thermoplastic moulding compound.
Description
Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen FormmassenContinuous process for the production of thermoplastic molding compounds
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von schlagzäh modifizierten, thermoplastischen Formmassen, die eine kautschukelastische Weichphase dispers verteilt in einer vinylaromatisehen Hartmatrix enthalten, sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von schlagzäh modifizierten, thermoplastischen Formmassen.The invention relates to a process for the continuous production of impact-modified, thermoplastic molding compositions which contain a rubber-elastic soft phase dispersed in a vinylaromatic hard matrix, and to a device for producing impact-modified, thermoplastic molding compositions.
Zur Herstellung von schlagzähem Polystyrol sind verschiedene kon- tinuierliche und diskontinuierliche Verfahren in Lösung oder Suspension bekannt. Bei diesen Verfahren wird ein Kautschuk, üblicherweise Polybutadien in monomerem Styrol gelöst, welches in einer Vorreaktion bis zu einem Umsatz von ca. 30 % polymerisiert wird. Durch die Bildung von Polystyrol und gleichzeitige Abnahme des monomeren Styrols kommt es zu einem Wechsel in der Phasenkohärenz. Während diesem als "Phaseninversion" bekannten Vorgang treten auch Pfropfungsreaktionen am Polybutadien auf, die zusammen mit der Rührintensität und der Viskosität die Einstellung der dispersen Weichphase beeinflussen. In der anschließenden Haupt - Polymerisation wird die Polystyrolmatrix aufgebaut. Derartige in verschiedenen Reaktorarten durchgeführte Verfahren sind beispielsweise in A. Echte, Handbuch der technischen Polymerchemie, VCH Verlagsgesellschaft Weinheim 1993, Seiten 484 - 489 und den US-Patentschriften US 2 727 884 und 3 903 202 beschrie- ben.Various continuous and discontinuous processes in solution or suspension are known for producing impact-resistant polystyrene. In these processes, a rubber, usually polybutadiene, is dissolved in monomeric styrene, which is polymerized in a preliminary reaction up to a conversion of approximately 30%. The formation of polystyrene and simultaneous decrease in the monomeric styrene leads to a change in the phase coherence. During this process, known as "phase inversion", grafting reactions also occur on the polybutadiene, which together with the stirring intensity and the viscosity influence the setting of the disperse soft phase. The polystyrene matrix is built up in the subsequent main polymerization. Such processes carried out in different types of reactors are described, for example, in A. Echte, Handbuch der Technische Polymerchemie, VCH Verlagsgesellschaft Weinheim 1993, pages 484-489 and US Pat. Nos. 2,727,884 and 3,903,202.
Bei diesen Verfahren muß der separat hergestellte Kautschuk in aufwendiger Weise zerkleinert und gelöst werden und die so erhaltene Polybutadienkautschuklösung in Styrol vor der Polymeri- sation zur Entfernung von Gelteilchen filtriert werden.In these processes, the separately produced rubber has to be comminuted and dissolved in a complex manner and the polybutadiene rubber solution thus obtained has to be filtered in styrene before the polymerization in order to remove gel particles.
Es wurde daher verschiedentlich versucht, die benötigte Kautschuklösung direkt durch anionische Polymerisation von Sty- rol/Butadien zu Blockcopolymeren in unpolaren Lösungsmitteln wie beispielsweise Cyclohexan oder Ethylbenzol herzustellenVarious attempts have therefore been made to produce the required rubber solution directly by anionically polymerizing styrene / butadiene to block copolymers in nonpolar solvents such as, for example, cyclohexane or ethylbenzene
(GB 1 013 205, EP-A-0 334 715 und EP-A-0 059 231. Der so hergestellte Blockkautschuk muß entweder durch Fällung gereinigt oder aber das Lösungsmittel sowie andere flüchtige Stoffe, insbesondere monomeres Butadien abdestilliert werden. Das Monomere Butadien, das aufgrund des Verweilzeitspektrums in Rührkesseln nur durch lange Nachpolymerisationszeiten nach beendeter Monome - zugäbe mengenmäßig reduziert werden kann, würde bei der anschlie-
ßenden radikalischen Polymerisation des Styrols zu Vernetzung führen. Aufgrund der hohen Lösungsviskosität können zudem nur relativ verdünnte Kautschuklösungen gehandhabt werden, was einen hohen Lösemittelverbrauch, Reinigungs- und Energieaufwand bedeu- tet.(GB 1 013 205, EP-A-0 334 715 and EP-A-0 059 231. The block rubber thus produced must either be purified by precipitation or else the solvent and other volatile substances, in particular monomeric butadiene, must be distilled off. The monomer butadiene, which, due to the residence time spectrum in stirred tanks, can only be reduced in quantity by long post-polymerization times after the monomers have been added, would then radical polymerization of styrene lead to crosslinking. Due to the high solution viscosity, only relatively dilute rubber solutions can be handled, which means high solvent consumption, cleaning and energy expenditure.
Gegenüber diesen Verfahren, bei denen die Polystyrolmatrix durch radikalische Polymerisation hergestellt wird, weisen die Verfahren mit anionischer Polymerisation wesentlich geringere Reststy- rolgehalte auf. So ist aus US 4 153 647 und EP-A-0 595 120 die Herstellung von schlagzäh modifiziertem Styrol durch anionische Polymerisation des Styrol/Polybutadienkautschukes und anschließender anionischer Polymerisation der Styrolmatrix bekannt. Diese Verfahren arbeiten jedoch nicht kontinuierlich. Für die Polymeri- sation im Rührkessel werden große Anteile an Lösungsmittel und lange Reaktionszeiten benötigt. Die resultierenden Raum-Zeitausbeuten sind niedrig.Compared to these processes, in which the polystyrene matrix is produced by radical polymerisation, the processes with anionic polymerisation have much lower residual styrene contents. From US 4 153 647 and EP-A-0 595 120, the production of impact-modified styrene by anionic polymerization of the styrene / polybutadiene rubber and subsequent anionic polymerization of the styrene matrix is known. However, these processes do not work continuously. Large amounts of solvent and long reaction times are required for the polymerization in the stirred tank. The resulting space-time yields are low.
Aufgabe der Erfindung war es, ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von schlagzäh modifizierten Formmassen mit niedrigem Rest onomerengehalt bereitzustellen. Bei dem Verfahren sollten ausschließlich monomere Einsatzstoffe verwendet werden und hohe Raum-Zeitausbeuten ermöglicht werden. Desweiteren sollte eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt wer- den.The object of the invention was to provide a continuous process for the preparation of impact-modified molding compositions with a low residual monomer content. Only monomeric feedstocks should be used in the process and high space-time yields should be made possible. Furthermore, a device for carrying out the method should be provided.
Demgemäß wurde ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von schlagzäh modifizierten thermoplastischen Formmassen, die eine kautschukelastische Weichphase dispers verteilt in einer vinyl- aromatischen Hartmatrix enthalten, gefunden, das dadurch gekenn¬ zeichnet ist, daß das gesamte Verfahren in wenigstens drei Reak¬ tionszonen durchgeführt wird, wobeiAccordingly, a process for the continuous preparation of impact-modified thermoplastic molding compositions which contain a rubbery soft phase disperse distribution in a vinyl aromatic resin matrix, found, which is marked in characterized ¬ distinguished, is carried out that the entire process in at least three reac ¬ tion zones, wherein
in einer ersten Reaktionszone Rl der für die Bildung der Weichphase erforderliche Kautschuk im wesentlichen ohne Rück- vermischung anionisch bis zum vollständigen Umsatz in Lösung polymerisiert wird,in a first reaction zone R1, the rubber required for the formation of the soft phase is polymerized anionically, essentially without backmixing, until complete conversion in solution,
der Kautschuk unmittelbar oder nach Zusatz eines Abbruch- oder Kopplungsmittels einer zweiten Reaktionszone R2 zugeführt wird, in der unter Zugabe einer für die Phaseninversion ausreichenden Menge an vinylaromatischem Monomer und weiterem anionischen Initiator mindestens bis zur Phaseninversion polymerisiert wird und
in einer dritten Reaktionszone R3 mit soviel vinylaromatischem Monomer, als zur Bildung der schlagzah modifizierten thermoplastischen Formmasse erforderlich ist, die Polymerisation anionisch zu Ende geführt wird.the rubber is fed directly or after the addition of a stopping or coupling agent to a second reaction zone R2, in which the addition of an amount sufficient for the phase inversion of vinyl aromatic monomer and further anionic initiator is polymerized at least until the phase inversion and In a third reaction zone R3 with as much vinyl aromatic monomer as is required to form the impact-modified thermoplastic molding composition, the polymerization is carried out anionically.
Die erste Reaktionszone Rl für die Herstellung der Kautschukkomponente für die Weichphase ist schematisch in der Figur 1 wiedergegeben. Sie besteht im wesentlichen aus N temperierbaren Mischerstrecken (1) , N Rohrreaktoren (2) und N-l Wärmetauschern (3), die in Serie geschaltet sind, wobei N eine ganze Zahl > 1 bedeutet und vorteilhaft zwischen 2 und 8 liegt. Die Mischstrecken können beispielsweise als Rohre ausgeführt sein, die statische Mischer enthalten, um die radiale Durchmischung zu fördern. Geeignet sind sogenannte Kenics-Mischer oder SMR-Reaktoren oder sog. SMX oder SMXL-Mischer wie sie von der Firma Sulzer in den Handel gebracht werden bzw. in Chem. Eng. Techn. 13 (1990) Seiten 214 - 220 beschrieben sind. Die Rohrreaktoren (2) können gegebenenfalls auch Mischelemente enthalten. Auch kann die temperier - bare Mischerstrecke und der Rohrreaktor als eine Einheit reali- siert werden. Als Wärmetauscher kommt beispielsweise ein Rohr- bündelwärmetauscher oder ein SMR-Reaktor in Frage. Nach dem letzten Rohrreaktor, vor dem Eintritt in die zweite Reaktionszone R2 ist ein Zulauf (7) für ein Kettenabbruch- bzw. Kopplungsmittel vorgesehen.The first reaction zone R1 for the production of the rubber component for the soft phase is shown schematically in FIG. 1. It essentially consists of N temperature-controlled mixer sections (1), N tube reactors (2) and N-1 heat exchangers (3) which are connected in series, where N is an integer> 1 and is advantageously between 2 and 8. The mixing sections can be designed, for example, as pipes which contain static mixers in order to promote radial mixing. So-called Kenics mixers or SMR reactors or so-called SMX or SMXL mixers as are marketed by Sulzer or in Chem. Eng. Techn. 13 (1990) pages 214-220. The tubular reactors (2) can optionally also contain mixing elements. The temperature-controlled mixer section and the tubular reactor can also be implemented as one unit. For example, a shell-and-tube heat exchanger or an SMR reactor can be used as the heat exchanger. After the last tubular reactor, before entering the second reaction zone R2, an inlet (7) is provided for a chain termination or coupling agent.
Die zweite Reaktionszone R2 ist als temperierbare rückvermi- schende Einheit ausgebildet. Sie kann beispielsweise als Rühr- kessel mit Wärmetauscher oder auch als Umlaufreaktor mit statischen Mischern ausgeführt sein. Ein hydraulisch befüllter Kreis - laufreaktor kann insbesondere bei höheren Viskositäten der Reaktionsmasse vorteilhaft sein. In dieser Reaktionszone wird die Hartphase, in der Regel Polystyrol, bis zur Phaseninversion polymerisiert und die gewünschte Morphologie und Teilchengröße der kautschukelastischen Phase eingestellt. Die dazu notwendigen Scherbedingungen werden durch die gewählten statischen Misch¬ elemente und die Strömungsgeschwindigkeit der Polymerisations - masse durch Einstellung des Kreislaufverhältnisses im Falle der Verwendung eines Umlaufreaktors, bzw. durch Auswahl geeigneter Rührer und die Rührerdrehzahl im Falle eines Rührkessels , erhal - ten. Detaillierte technische Ausführungsformen der Reaktoren so¬ wie die Morphologie und Eigenschaften der Kautschukmodifizierten Polystyrole findet man in A. Echte, Handbuch der Technischen Chemie, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1993, Seiten 484 - 489.The second reaction zone R2 is designed as a temperature-controllable backmixing unit. It can be designed, for example, as a stirred tank with a heat exchanger or as a circulation reactor with static mixers. A hydraulically filled circuit reactor can be particularly advantageous when the reaction mass has higher viscosities. In this reaction zone, the hard phase, usually polystyrene, is polymerized until phase inversion and the desired morphology and particle size of the rubber-elastic phase are set. The necessary shear conditions are elements through the selected static mixing ¬ and the flow rate of the polymerization - mass by adjusting the circulation ratio in the case of use of a circulation reactor, or by selecting suitable stirrer and the stirrer speed in the case of a stirred tank, preserver - technical th Detailed. embodiments of the reactors so ¬ as the morphology and properties of the rubber-modified polystyrene is found of Industrial Chemistry, VCH, Weinheim 1993, pages 484 to A. True, manual - 489th
Die dritte Reaktionszone R3 besteht aus denselben Elementen und gleicht in ihrem Aufbau der ersten Reaktionszone. Sie kann eben¬ falls aus sich wiederholenden Aufbauten bestehen. In der Regel
folgt auf den letzen Rohrreaktor ebenfalls kein Wärmetauscher und die freiwerdende Reaktionsenergie kann vorteilhaft zur Entfernung des Lösemittels genutzt werden. Sie enthält mindestens einen Zulauf 10 für die Dosierung des styrolischen Monomeren und einen Zulauf 11 für das Kettenabbruchmittel. Die Zahl der Rohr- reaktoren, Wärmetauscher und Zuläufe richtet sich nach dem gewünschten Temperaturverlauf und der gewünschten Endtemperatur.The third reaction zone R3 consists of the same elements and has the same structure as the first reaction zone. You can just ¬ if consist of repetitive structures. Usually there is also no heat exchanger following the last tubular reactor and the reaction energy released can advantageously be used to remove the solvent. It contains at least one inlet 10 for metering the styrenic monomer and one inlet 11 for the chain terminator. The number of tubular reactors, heat exchangers and inlets depends on the desired temperature profile and the desired final temperature.
Die Initiatorlösung, das Lösungsmittel und das vinylaromatische Monomer bzw. Dienmonomere werden über die Mischerstrecke dem ersten Rohrreaktor zugeführt. Über die weiteren Mischstrecken können weitere Comonomere zudosiert werden. Gegebenenfalls kann auch weitere Initiatorlösung oder Lösemittel zudosiert werden. Die Zahl N der Rohrreaktoren richtet sich nach dem Aufbau und der Zusammensetzung des gewünschten Kautschuks. In den Rohrreaktoren verläuft die Reaktion im wesentlichen adiabatisch, das heißt ohne gezielten Wärmeaustausch und im wesentlichen rückvermischungs - frei. In technischen Anlagen ist jedoch ein geringfügiger Wärmeaustausch mit der Umgebung sowie geringfügige Rückvermischung in begrenzten Bereichen nie vollständig auszuschließen.The initiator solution, the solvent and the vinyl aromatic monomer or diene monomer are fed to the first tubular reactor via the mixer section. Further comonomers can be metered in via the further mixing sections. If necessary, further initiator solution or solvent can also be metered in. The number N of tubular reactors depends on the structure and composition of the desired rubber. The reaction in the tubular reactors is essentially adiabatic, that is to say without targeted heat exchange and essentially without backmixing. In technical systems, however, a slight heat exchange with the environment and slight backmixing in limited areas can never be completely ruled out.
Die Temperatur der Mischstrecken, die Dosierung der Monomeren so¬ wie die Lösungsmittelmenge werden derart gewählt, daß die Temperatur in den Rohrreaktoren nicht über 200°C, bevorzugt nicht über 150°C steigt und die Umsetzung am Ende jeden Rohrreaktors na¬ hezu vollständig ist. Die Temperatur der Mischstrecken wird vorteilhaft so eingestellt, daß die Reaktionsmischung bei Eintritt in den Rohrreaktor eine Temperatur von 30°C bis 60°C, bevorzugt von 40°C bis 55°C aufweist. Über die Wärmetauscher (3) wird die Reaktionsmischung auf 20°C bis 70°C, vorzugsweise auf 30°C bis 60°C abgekühlt. Nach dem letzten Rohrreaktor der Reaktionszone 1 wird üblicherweise nicht gekühlt. Über Zulauf 7 kann gegebenenfalls ein Kettenabbruchs- oder Kopplungsmittel zudosiert werden, um die Kettenenden abzuschließen bzw. zu Mehrblock- oder Sternpolymeren zu verknüpfen. Die Kautschuklösung kann aber auch direkt ohne Abbruch der Reaktionszone 2 zugeführt werden. Ihre Konzentration kann in weiten Grenzen variieren. Sie ist nach oben nur durch die Lösungsviskosität begrenzt. Aufgrund der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist eine möglichst hohe Konzentration erwünscht. Im allgemeinen beträgt die Konzentration der Kautschuklösung vor Eintritt in die zweite Reaktionszone 5 - 60 Gew. -%, vorzugsweise 10 - 45 Gew. -%.The temperature of the mixing sections, the metering of the monomers so ¬ as the amount of solvent are selected so that the temperature in the tubular reactors is not above 200 ° C, preferably not rise above 150 ° C and the reaction at the end of each tubular reactor na ¬ hezu is complete. The temperature of the mixing sections is advantageously set so that the reaction mixture has a temperature of 30 ° C. to 60 ° C., preferably 40 ° C. to 55 ° C., when it enters the tubular reactor. The reaction mixture is cooled to 20 ° C. to 70 ° C., preferably to 30 ° C. to 60 ° C., via the heat exchanger (3). After the last tubular reactor in reaction zone 1, there is usually no cooling. A chain terminating or coupling agent can optionally be metered in via inlet 7 in order to terminate the chain ends or to link them to form multi-block or star polymers. The rubber solution can, however, also be fed directly to reaction zone 2 without termination. Their concentration can vary within wide limits. It is only limited by the solution viscosity. Because of the economy of the process, the highest possible concentration is desirable. In general, the concentration of the rubber solution before entering the second reaction zone is 5-60% by weight, preferably 10-45% by weight.
Die so hergestellten Kautschuke können sowohl Polydiene als auch statistische lineare Blockcopolymere oder Sternpolymere mit scharfem oder verschmiertem Übergang vom folgenden Typ sein:
( S-B) n , S-B-S , B-S-B , ( S-B ) mX , 5 ( B-S ) mX , ( S-B-S ) mX , (B-S-B) mX mit n = 1 bis 6 und m = 2 bis 10, wobeiThe rubbers produced in this way can be both polydienes and random linear block copolymers or star polymers with a sharp or smeared transition of the following type: (SB) n , SBS, BSB, (SB) m X, 5 (BS) m X, (SBS) m X, (BSB) m X with n = 1 to 6 and m = 2 to 10, where
S ein Block aus vinylaromatischem Monomer .bevorzugt Styrol 0 B ein Polydienblock, bevorzugt aus Butadien oder Isopren,S is a block of vinyl aromatic monomer, preferably styrene 0 B is a polydiene block, preferably of butadiene or isoprene,
X ein m-funktionelles Kopplungsmittel oder m- funktionaler In¬ itiator ist.X is an m-functional coupling agent or m- functional ¬ In itiator.
Die Blocklänge jedes einzelnen Blockes und die Blockabfolgen las- 5 sen sich dabei über die Initiatormenge, die Monomermenge und die Dosierweise auf die einzelnen Mischstrecken einstellen. Die Blöcke S können auch Alkadienmonomere, die Blöcke B auch vinylaromatische Monomere in statistischer Abfolge enthalten.The block length of each individual block and the block sequences can be adjusted to the individual mixing sections via the initiator quantity, the monomer quantity and the metering method. Blocks S can also contain alkadiene monomers, blocks B also vinyl aromatic monomers in statistical order.
0 Man erreicht den statistischen Einbau beispielsweise durch Zugabe geringer Mengen Lewisbasen wie Dimethylether, Diethylenglykol- dimethylether, Tetrahydrofuran, Alkalimetallsalze primärer, sekundärer und tertiärer Alkohole sowie tertiärer Amine wie Pyridin und Tributylamin. Diese werden üblicherweise in Konzentrationen 5 von 0,1 bis 5 Vol.-% bezogen auf den verwendeten Initiator, bei Alkoholaten wie Kaliumtetrahydrolinoleat von 3 bis 20 Volumenpro¬ zenten eingesetzt. Die Einsatzstoffe und Verfahrensbedingungen werden vorzugsweise so gewählt, daß ein 1, 2-Vinylgehalt im Dienblock von weniger als 30 Gew. - bezogen auf den Dienblock resul - 0 tiert. Die mittleren Molekulargewichte Mw der Blöcke liegen im allgemeinen im Bereich von 1000 bis 500.000, vorzugsweise im Be¬ reich von 20.000 bis 300.000 g/mol. Der Gesamtgehalt an vinyl¬ aromatischem Monomer liegt im Bereich von 3 bis 85 Gew. -%, vorzugsweise zwischen 10 und 60 Gew. -% und ganz besonders bevor-Statistical incorporation is achieved, for example, by adding small amounts of Lewis bases such as dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, tetrahydrofuran, alkali metal salts of primary, secondary and tertiary alcohols and tertiary amines such as pyridine and tributylamine. These are usually used in concentrations 5 from 0.1 to 5 vol .-% based on the initiator used, such as alkoxides used in Kaliumtetrahydrolinoleat 3-20 volume per ¬ producers. The starting materials and process conditions are preferably chosen such that a 1,2-vinyl content in the diene block of less than 30% by weight, based on the diene block, results. The average molecular weights Mw of the blocks are generally in the range of 1,000 to 500,000, preferably in the Be ¬ ranging from 20,000 to 300,000 g / mol. The total content of vinyl aromatic monomer ¬ is in the range of 3 to 85 wt -.%, Preferably between 10 and 60 wt -.%, And most forthcoming
35 zugt zwischen 10 und 45 %, bezogen auf den Gesamtkautschuk. Die Glasübergangstemperaturen der kautschukelastischen Blöcke liegen unter -20°C, vorzugsweise unter -40°C.35 increases between 10 and 45%, based on the total rubber. The glass transition temperatures of the rubber-elastic blocks are below -20 ° C, preferably below -40 ° C.
Der zweiten Reaktionzone wird kontinuierlich die in der ersten 40 Reaktionszone hergestellte Kautschuklösung zugeführt, sowie über die Zuläufe 8 und 9 weiteres styrolisches Monomer und Initiator zugeführt, in Mengenströmen, wie sie zur Erreichung der Phasen - inversion nötig sind. In der zweiten Reaktionszone wird üblicher¬ weise bei Temperaturen von 50 bis 120°C, vorzugsweise von 60 bis 45 100°C polymerisiert.
Die der dritten Reaktionszone zugeführte Reaktionsmasse aus Zone 2 wird auf 20 bis 70°C, vorzugsweise 30 bis 60°C temperiert. Über Zulauf 10 wird weiteres styrolisches Monomer und gegebenenfalls weiterer Initiator zudosiert. Im Rohrreaktor wird die Reaktions- mischung ohne Wärmeabfuhr zu vollständigem Umsatz polymerisiert. Nach Abbruch der lebenden Kettenenden mit dem Kettenabbruchmittel über Zulauf 11 kann die Polymerisationslösung auf bekannte Weise in Entgasungsextrudern oder Entgasungsverdampfern bei Temperaturen von üblicherweise 190 bis 320°C aufgearbeitet werden. Zweck- mäßigerweise führt man das hierbei anfallende Lösungsmittel nach Destillation und entsprechender Trocknung dem Prozeß wieder zurück.The rubber solution produced in the first 40 reaction zone is fed continuously to the second reaction zone, and further styrenic monomer and initiator are fed in via feeds 8 and 9, in flow rates as are necessary to achieve phase inversion. In the second reaction zone , polymerization is usually carried out at temperatures from 50 to 120 ° C., preferably from 60 to 45 100 ° C. The reaction mass from zone 2 fed to the third reaction zone is heated to 20 to 70 ° C., preferably 30 to 60 ° C. Additional styrenic monomer and optionally further initiator are metered in via feed 10. The reaction mixture is polymerized in the tubular reactor without heat removal to complete conversion. After the live chain ends have been terminated with the chain terminating agent via feed 11, the polymerization solution can be worked up in a known manner in degassing extruders or degassing evaporators at temperatures of usually 190 to 320 ° C. The solvent obtained here is expediently returned to the process after distillation and appropriate drying.
Zur Herstellung der Kautschuklösung in der ersten Reaktionszone können die üblichen anionisch polymerisierbaren vinylaromatischen Monomeren und Dien-Monomeren verwendet werden, die die üblichen Reinheitsanforderungen, wie vor allem Abwesenheit von polaren Stoffen erfüllen.To prepare the rubber solution in the first reaction zone, it is possible to use the customary anionically polymerizable vinylaromatic monomers and diene monomers which meet the usual purity requirements, in particular the absence of polar substances.
Bevorzugte Monomere sind Styrol, α-Methylstyrol, p-Methylstyrol, Ethylstyrol, tert . -Butylstyrol, Vinyltoluol, 1, 1-Diphenylethylen sowie Butadien, Isopren, Dimethylbutadien, Pentadien-1, 3 oder Hexadiene-1, 3 oder deren Mischungen.Preferred monomers are styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene, ethylstyrene, tert. -Butylstyrene, vinyltoluene, 1, 1-diphenylethylene and butadiene, isoprene, dimethylbutadiene, pentadiene-1, 3 or hexadienes-1, 3 or mixtures thereof.
Als Initiatoren werden die üblichen mono-, bi- oder multifuntio- nellen Alkalimetallalkyle oder -aryle eingesetzt. Zweckmäßiger - weise werden lithiumorganische Verbindungen eingesetzt wie Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, sec-Butyl-, tert . -Butyl-, Phenyl-, Hexyldiphenyl-, Hexamethylendi-, Butadienyl- oder Iso- prenyllithium. Die benötigte Initiatormenge ergibt sich aus dem gewünschten Molekulargewicht und liegt in der Regel im Bereich von 0,0002 bis 5 Molprozent bezogen auf die Monomermenge .The usual mono-, bi- or multifunctional alkali metal alkyls or aryls are used as initiators. Advantageously - organolithium compounds are used, such as ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert. -Butyl-, phenyl-, hexyldiphenyl-, hexamethylenedi-, butadienyl- or isopropenyllithium. The amount of initiator required results from the desired molecular weight and is generally in the range from 0.0002 to 5 mol percent, based on the amount of monomer.
Als Kettenabbruchmittel eignen sich protonenaktive Substanzen oder Lewis-säuren wie beispielsweise Wasser, Alkohole, aliphatische und aromatische Carbonsäuren bzw. deren Salze sowie anorganische Säuren wie Kohlensäure oder Borsäure.Suitable chain terminators are proton-active substances or Lewis acids such as water, alcohols, aliphatic and aromatic carboxylic acids or their salts, and inorganic acids such as carbonic acid or boric acid.
Zur Kopplung der Kautschuke könne mehrfunktionelle Verbindungen wie beispielsweise polyfunktionelle Aldehyde, Ketone, Ester, Anhydride oder Epoxide eingesetzt werden.Polyfunctional compounds such as polyfunctional aldehydes, ketones, esters, anhydrides or epoxides can be used to couple the rubbers.
Als Monomer für die Herstellung der Hartphase können die üblichen anionisch polymerisierbaren vinylaromatischen Monomere verwendet werden, die die üblichen Reinheitεanforderungen, wie vor allem Abwesenheit von polaren Stoffen erfüllen.
Bevorzugt werden Styrol, α-Methylstyrol, p-Methylstyrol, Ethyl - styrol, tert . -Butylstyrol, Vinyltoluol, 1 , 1-Diphenylethylen oder Mischungen davon eingesetzt.The customary anionically polymerizable vinyl aromatic monomers which meet the usual purity requirements, such as, in particular, the absence of polar substances, can be used as the monomer for the preparation of the hard phase. Styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene, ethylstyrene, tert are preferred. -Butylstyrene, vinyltoluene, 1, 1-diphenylethylene or mixtures thereof are used.
Als Lösungsmittel eignen sich die für die anionische Polymeri¬ sation üblichen aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffe mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen wie Pentan, Hexan, Heptan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Iso-Oktan, Benzol, Alkylbenzole wie Toluol, Xylol, Ethylbenzol oder Dekalin oder geeignete Gemische. Das Lösungsmittel muß natürlich die verfahrenstypisch erforderliche hohe Reinheit aufweisen. Zur Abtrennung protonenaktiver Substanzen können sie beispielsweise über Aluminiumoxid oder Molekularsieb getrocknet und vor Verwendung destilliert werden. Vorzugsweise wird das Lösungs- mittel aus dem Verfahren nach Kondensation und der genannten Reinigung wiederverwendet.As the solvent, the organization for the anionic Polymeri ¬ conventional aliphatic, cycloaliphatic or aromatic hydrocarbons having 4 to 12 carbon atoms such as pentane, hexane, heptane, cyclohexane, methylcyclohexane, isooctane, benzene, alkylbenzenes such as toluene, xylene, ethylbenzene or decalin or suitable mixtures. The solvent must of course have the high purity required for the process. To remove proton-active substances, they can be dried, for example, over aluminum oxide or molecular sieve and distilled before use. The solvent from the process is preferably reused after condensation and the cleaning mentioned.
Gegebenenfalls können der Formmasse übliche Hilfs- und Zuschlagstoffe wie Gleitmittel, Stabilisatoren oder Entformungsmittel zugesetzt werden.If necessary, customary auxiliaries and additives such as lubricants, stabilizers or mold release agents can be added to the molding composition.
Die beschriebene Vorrichtung eignet sich auch zur Herstellung anderer mehrphasig aufgebauter Formmassen. Hierzu wird das die Weichphase bildende Polymer in der Reaktionszone 1 synthetisiert und in Reaktionszone 2 mit weiterem Monomer oder Monomer - mischungen, die das Polymer der Hartphase bilden, gemischt und bis zur Phaseninversion polymerisiert. In der dritten Reaktions- zone wird zu Ende polymerisiert.The device described is also suitable for producing other multi-phase molding compositions. For this purpose, the polymer forming the soft phase is synthesized in reaction zone 1 and mixed in reaction zone 2 with further monomer or monomer mixtures which form the polymer of the hard phase and polymerized until phase inversion. The polymerization is completed in the third reaction zone.
BeispieleExamples
Für die Beispiele wurde eine Anordnung benutzt, wie sie Figur 1 wiedergibt, wobei in der als Reaktionszone Rl bezeichneten Einheit vier Rohrreaktoren (2a, 2b, 2c, 2d) einer Länge von jeweils 500 mm (DN 32-SMXL-Mischer der Fa. Sulzer) verwendet wurden, denen jeweils ein temperierbarer Vormischer (la, lb, lc, ld) einer Länge von jeweils 350 mm (DN 15 SMX-Mischer der Fa. Sulzer) mit den entsprechenden Zuläufen für Monomere (Zuläufe 1,4,5,6), Lösungsmittel (Zulauf 2) und Initator (Zulauf 3) vorgeschaltet und im Falle der Rohrreaktoren 2a bis 2c je einem Wärmetauscher (3a, 3b, 3c) , bestehend aus je einem Rohrbündel mit 3 DN 15 Rohren und einer Länge von 1000 mm, nachgeschaltet waren.
Für die Reaktionszone R2 wurde ein 10 1 Rührkessel verwendet, der mit einem Ankerrührer und Rückflußkühler ausgestattet war und die Zuläufe für Kettenabbruch- bzw. Kopplungsmittel (Zulauf 7) , Monomere (Zulauf 8) und Initiator (Zulauf 9) .An arrangement as shown in FIG. 1 was used for the examples, four tube reactors (2a, 2b, 2c, 2d) each having a length of 500 mm (DN 32-SMXL mixer from Sulzer) being used in the unit designated as reaction zone R1 ) were used, each of which had a temperature-controllable premixer (la, lb, lc, ld) each 350 mm long (DN 15 SMX mixer from Sulzer) with the corresponding feeds for monomers (feeds 1,4,5,6 ), Solvent (inlet 2) and initiator (inlet 3) upstream and in the case of tube reactors 2a to 2c each have a heat exchanger (3a, 3b, 3c), each consisting of a tube bundle with 3 DN 15 tubes and a length of 1000 mm, were downstream. For the reaction zone R2, a 10 1 stirred tank was used, which was equipped with an anchor stirrer and reflux condenser and the inlets for chain terminating or coupling agents (inlet 7), monomers (inlet 8) and initiator (inlet 9).
Die Reaktionszone R3 , bestehend aus einem Wärmetauscher (3d) aus einem 1000 mm langen Rohrbündel mit 3 DN 15 Rohren, zwei je 300 mm langen Mischern (le und lf) (DN 25 SMX-Mischer der Fa. Sulzer) mit Zulauf 10 (für Monomere) bzw. 11 (für Kettenabbruchmittel) und einem 400 mm langen, dazwischengeschalteten Rohrreaktor (2e) (DN 50 SMXL-Mischer der Fa. Sulzer) , war über eine Zahnradpumpe mit dem Kesselauslaßventil des Rührreaktors der Reaktionszone 2 verbunden .The reaction zone R3, consisting of a heat exchanger (3d) consisting of a 1000 mm long tube bundle with 3 DN 15 tubes, two 300 mm long mixers (le and lf) (DN 25 SMX mixer from Sulzer) with inlet 10 (for Monomers) or 11 (for chain terminating agent) and a 400 mm long, interposed tubular reactor (2e) (DN 50 SMXL mixer from Sulzer) was connected via a gear pump to the boiler outlet valve of the stirred reactor of reaction zone 2.
Das Gesamtreaktionsvolumen der Anordnung betrug etwa 9,9 1, aufgeteilt auf 3,5 1 in Reaktionszone 1, 5 1 in Reaktionszone 2 (Füllstand des Rührkessels) und 1,4 1 in Reaktionszone 3.The total reaction volume of the arrangement was approximately 9.9 1, divided into 3.5 1 in reaction zone 1, 5 1 in reaction zone 2 (fill level of the stirred tank) and 1.4 1 in reaction zone 3.
Der Anordnung wurde ein Entgasungsextruder nachgeschaltet.A degassing extruder was installed downstream of the arrangement.
Die zur Polymerisation verwendeten Monomeren und Lösungsmittel wurden vor der Verwendung getrocknet über A1203 (Ethylbenzol) bzw. Molekularsieb (Butadien) und destilliert (Styrol, Ethylbenzol) . Als Initiator wurde eine 1,2 %ige Lösung von sec. -Butyllithium in n-Hexan/Ethylbenzol (10/90 Gew. -%) verwendet.The monomers and solvents used for the polymerization were dried over A1 2 0 3 (ethylbenzene) or molecular sieve (butadiene) and distilled (styrene, ethylbenzene) before use. A 1.2% solution of sec-butyllithium in n-hexane / ethylbenzene (10/90% by weight) was used as the initiator.
Die Molmassen Mp ( Peakmaximum) der Styrolmatrix wurden mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) gegenüber engverteilten Polystyrolstandards ermittelt.The molar masses Mp (peak maximum) of the styrene matrix were determined by means of gel permeation chromatography (GPC) against narrowly distributed polystyrene standards.
Die Kerbschlagzähigkeit wurde an gekerbten Normkörpern nach DIN 53453 bestimmt. Die Streckspannung wurde an nach ISO 3167 hergestellten Probekörpern nach DIN 53455 bestimmt.The notched impact strength was determined on notched standard bodies in accordance with DIN 53453. The yield stress was determined on test specimens produced according to ISO 3167 according to DIN 53455.
Beispiel 1-3Example 1-3
Die Beispiele 1-3 wurden in der oben beschriebenen Apparatur mit den in Tabelle 1 zusammengestellten Verfahrensparametern durchgeführt. Die Beispiele zeigen insbesondere niedrige Restmonomeren- gehalte und sehr hohe Raum-Zeit-Ausbeuten, die in den üblicherweise zur Herstellung von schlagzähem Polystyrol verwendeten technischen Anlagen zwischen 0,08 und 0,2 kg/ (h x 1) liegen.
Tabelle 1Examples 1-3 were carried out in the apparatus described above using the process parameters listed in Table 1. The examples show, in particular, low residual monomer contents and very high space-time yields, which are between 0.08 and 0.2 kg / (hx 1) in the technical plants usually used for the production of impact-resistant polystyrene. Table 1
Claims
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von schlagzäh modifizierten thermoplastischen Formmassen, die eine kautschukelastische Weichphase dispers verteilt in einer vinylaromatischen Hartmatrix enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Verfahren in wenigstens drei Reaktions- zonen durchgeführt wird, wobei1. A process for the continuous production of impact-modified thermoplastic molding compositions which comprise a rubber-elastic soft phase dispersed in a vinyl aromatic hard matrix, characterized in that the entire process is carried out in at least three reaction zones, where
in einer ersten Reaktionszone der für die Bildung der Weichphase erforderliche Kautschuk ohne Rückvermischung anionisch bis zum vollständigen Umsatz in Lösung polymerisiert wird,in a first reaction zone the rubber required for the formation of the soft phase is anionically polymerized without backmixing until complete conversion in solution,
der Kautschuk unmittelbar oder nach Zusatz eines Abbruchoder Kopplungsmittels einer zweiten Reaktionszone zugeführt wird, in der unter Zugabe einer für die Phaseninversion ausreichenden Menge an vinylaromatischem Monomer und weiterem anionischen Initiator mindestens bis zur Phaseninversion polymerisiert wird undthe rubber is fed directly or after the addition of a termination or coupling agent to a second reaction zone in which the addition of an amount sufficient for the phase inversion of vinyl aromatic monomer and further anionic initiator is carried out at least up to the phase inversion and
in einer dritten Reaktionszone die Polymerisation anionisch mit einer zur Bildung der schlagzäh modifizierten thermoplastischen Formmasse erforderlich Menge an vinylaromatischem Monomer, zu Ende geführt wird.in a third reaction zone, the polymerization is carried out anionically with an amount of vinylaromatic monomer required to form the impact-modified thermoplastic molding composition.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Reaktionszone mindestens ein Teil der Einsatzstoffe zur Herstellung des Kautschukes in einer ersten temperier - baren, mit fest eingebauten Mischelementen versehenen Rohrstrecke gemischt und vortemperiert, in einer daran anschließenden Rohrstrecke mit gegebenenfalls weiteren fest eingebauten Mischelementen nicht-isotherm umgesetzt und in einer wei - teren Rohrstrecke mit einem Wärmetauscher abgekühlt wird und gegebenenfalls weitere Teile der Einsatzstoffe in weiteren Rohrstrecken auf gleiche Weise der Reaktionslösung zugemischt, umgesetzt und abgekühlt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that in the first reaction zone at least a part of the starting materials for the production of the rubber are mixed and preheated in a first pipe section provided with permanently installed mixing elements, in a subsequent pipe section with possibly other ones built-in mixing elements is implemented non-isothermally and is cooled in a further pipe section with a heat exchanger and, if appropriate, further parts of the starting materials are mixed, converted and cooled in further pipe sections in the same way to the reaction solution.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Reaktionszone als rückvermischende Einheit ausgebildet ist.3. The method according to claim 1, characterized in that the second reaction zone is designed as a back-mixing unit.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als rückvermischende Einheit ein Umlaufreaktor mit statischen Mischern oder ein Rührkessel mit Wärmetauscher vorhanden ist.
4. The method according to claim 3, characterized in that a circulation reactor with static mixers or a stirred tank with a heat exchanger is present as the back-mixing unit.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Styrol und Butadien als Monomere zur Bildung des Kautschuks einsetzt.5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that styrene and butadiene are used as monomers to form the rubber.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Abbruchmittel Wasser, ein Gemisch aus Kohlendioxid und Wasser, ein Alkohol oder eine Carbonsäure bzw. deren Salze verwendet.6. Process according to claims 1 to 5, characterized in that water, a mixture of carbon dioxide and water, an alcohol or a carboxylic acid or salts thereof are used as the terminating agent.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Styrol oder Styrol/Diphenylethylen-Gemische als vinylaromatische Monomere einsetzt.7. Process according to claims 1 to 6, characterized in that styrene or styrene / diphenylethylene mixtures are used as vinyl aromatic monomers.
8. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von schlagzah modifizierten thermoplastischen Formmassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus wenigstens drei miteinander verbundenen Reaktionszonen besteht, wobei8. Device for the continuous production of impact modified thermoplastic molding compositions, characterized in that the device consists of at least three interconnected reaction zones, wherein
die erste Reaktionszone Rl mindestens einen Rohr- reaktor (a) , bestehend aus mindestens einer ersten temperierbaren Rohrstrecke (1) , die Mischelemente in Form fester Einbauten und mindestens einen Zulauf aufweist, mindestens eine weitere Rohrstrecke (2) ohne Wärmetauscher, die gegebenenfalls Mischelemente in Form fester Einbauten aufweist und mindestens einer weiteren Rohr- strecke (3) mit Wärmetauscher, aufweist,the first reaction zone R1 has at least one tube reactor (a), consisting of at least one first temperature-controlled tube section (1) which has mixing elements in the form of fixed internals and at least one inlet, at least one further tube section (2) without a heat exchanger, which optionally contains mixing elements Has the form of fixed internals and has at least one further pipe section (3) with a heat exchanger,
die zweiten Reaktionszone R2 aus einem Umlaufreaktor mit statischen Mischern oder einem Rührkessel mit Wärme- tauscher (3) und mindestens einem Zulauf besteht,the second reaction zone R2 consists of a circulation reactor with static mixers or a stirred tank with a heat exchanger (3) and at least one feed,
die dritte Reaktionszone R3 mindestens einen Wärmetauscher (3d) , daran anschließend mindestens einen Rohrreaktor (e) , bestehend aus mindestens einer ersten temperierbaren Rohrstrecke (1) , die Mischelemente inthe third reaction zone R3 has at least one heat exchanger (3d), followed by at least one tube reactor (e) consisting of at least one first temperature-controlled tube section (1), the mixing elements in
Form fester Einbauten und mindestens einen Zulauf aufweist, mindestens eine weitere Rohrstrecke (2) ohne Wärmetauscher mit gegebenenfalls weiteren fest eingebauten Mischelementen und ein weiteres Mischelement (f) mit einem Zulauf, aufweist.Has fixed installations and at least one inlet, has at least one further pipe section (2) without a heat exchanger with optionally further permanently installed mixing elements and a further mixing element (f) with an inlet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der dritten Reaktionszone eine Entgasungseinheit nachgeschaltet ist.
9. The device according to claim 8, characterized in that the third reaction zone is followed by a degassing unit.
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