DE4435534A1 - Safe continuous prodn. of homogeneous graft polyolefin without sticking - Google Patents
Safe continuous prodn. of homogeneous graft polyolefin without stickingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pfropfung von Polyolefinen in einem Fließbettreaktor. Es ist bekannt, Polyolefine in Anwesenheit radikalbildender In itiatoren oder durch Radikalbildung mit energiereichen Strahlen mit polymerisier baren Monomeren, wie z. B. ethylenisch ungesättigten Verbindungen, zu pfrop fen.The invention relates to a method for grafting polyolefins in one Fluid bed reactor. It is known to use polyolefins in the presence of free radicals itiators or by radical formation with high-energy rays with polymerized cash monomers, such as. B. ethylenically unsaturated compounds fen.
Beispielsweise wird in der EP-A-437 808 ein Pfropfverfahren beschrieben, bei dem Polyolefine in fester Form mittels Elektronenstrahlen bestrahlt und anschlie ßend in einem Reaktor mit den flüssigen bzw. gelösten Pfropfmonomeren be sprüht und gepfropft werden. Gemäß JP-A-63/90523 bzw. DD-PS-2 75 159 er folgt die Pfropfreaktion von Polypropylen in wäßriger Dispersion, wobei als Ra dikalbildner Peroxyde oder Azoverbindungen verwendet werden. Der Nachteil der bekannten Pfropfverfahren liegt vor allem darin, daß lange Reaktionszeiten erforderlich sind, bzw. daß die Ausbeuten an gepfropften Polyolefinen nur sehr gering sind.For example, EP-A-437 808 describes a grafting process in irradiated the polyolefin in solid form by means of electron beams and then be in a reactor with the liquid or dissolved graft monomers sprayed and grafted. According to JP-A-63/90523 or DD-PS-2 75 159 he follows the grafting reaction of polypropylene in aqueous dispersion, where as Ra dical former peroxides or azo compounds can be used. The disadvantage The known grafting process lies primarily in the fact that long reaction times are required, or that the yields of grafted polyolefins are very low are low.
Es bestand demnach die Aufgabe, ein betriebssicheres Pfropfverfahren für Po lyolefine zu finden, bei dem qualitativ hochwertige gepfropfte Polyolefine, ins besondere mit guter Homogenität sowie mit hoher Raum/Zeitausbeute herstell bar sind. Die Lösung der Aufgabe wurde in der Verwendung eines Polyolefin- Fließbettes zur Durchführung der Pfropfreaktion gefunden, das mittels Wasser dampf fluidisiert wird.It was therefore the task of an operationally reliable grafting process for Po to find lyolefins in which high-quality grafted polyolefins, ins produce special ones with good homogeneity and with high space / time yield are cash. The problem was solved by using a polyolefin Fluid bed found to carry out the grafting reaction using water steam is fluidized.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von ge pfropften Polyolefinen, bei dem ethylenisch ungesättigte Pfropfmonomere und gegebenenfalls Radikalbildner mit festen Polyolefinteilchen, die ein Fließbett bil den, in Kontakt gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin- Fließbett durch Einblasen von Wasserdampf und gegebenenfalls von C₁- bis C₈- Alkanoldämpfen fluidisiert wird.The invention accordingly relates to a method for producing ge grafted polyolefins in which ethylenically unsaturated graft monomers and optionally free radical generator with solid polyolefin particles that bil a fluidized bed which are brought into contact, characterized in that the polyolefin Fluid bed by blowing in steam and possibly from C₁ to C₈ Alkanol vapors is fluidized.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es insbesondere möglich, gepfropfte Olefin-Homo- oder -Copolymere in einem kontinuierlichen Prozeß mit hoher Raum/Zeitausbeute und mit guter Homogenität sowie einem großen Variations bereich der Prozeßbedingungen bei Gewährleistung eines sicheren Betriebes auch mit schwer fließenden, zum Verkleben untereinander und an den Wänden neigenden Feststoffen zu entwickeln. Unter Prozeßbedingungen sind dabei vor allem die Reaktionstemperatur, der Reaktionsdruck und die Konzentrationen der an der Reaktion beteiligten Komponenten zu verstehen.With the method according to the invention it is in particular possible to graft Olefin homo- or copolymers in a continuous high process Space / time yield and with good homogeneity and a large variation range of process conditions while ensuring safe operation even with poorly flowing ones, for gluing to one another and to the walls tend to develop solids. Under process conditions are before especially the reaction temperature, the reaction pressure and the concentrations of the understand the components involved in the reaction.
Daneben ist die Verweilzeitverteilung von wesentlicher Bedeutung für die Struktur und Eigenschaften der Polymeren. Für die Herstellung von homogenen Produkten ist es unumgänglich, enge Verweilzeitverteilungen, wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht werden, zu realisieren.In addition, the residence time distribution is essential for the Structure and properties of the polymers. For the production of homogeneous It is inevitable for products to have narrow residence time distributions, such as those with the The method according to the invention can be realized.
Die zur Pfropfung eingesetzten Polyolefine werden nach üblichen Verfahren, wie z. B. durch Lösungs-, Slurry- oder Gasphasepolymerisation, hergestellt. Als Polyo lefine sind beispielsweise die Homo- oder Copolymeren von Ethylen, Propylen, 1-Buten, 1-Hexen, 4-Methyl-1-penten, 1-Octen oder Cyclopenten möglich. Be vorzugt sind die Homo- und Copolymeren von Ethylen, Propen und 1-Buten. Be sonders bevorzugt sind Polypropylene und Propylen-Ethylen-Copolymere.The polyolefins used for the grafting are by conventional methods such as e.g. B. prepared by solution, slurry or gas phase polymerization. As a polyo Examples of lefins are the homo- or copolymers of ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, 4-methyl-1-pentene, 1-octene or cyclopentene possible. Be the homo- and copolymers of ethylene, propene and 1-butene are preferred. Be polypropylenes and propylene-ethylene copolymers are particularly preferred.
Die Pfropfung gestaltet sich besonders einfach, wenn sie direkt im Anschluß an die Polymerisation erfolgt. Dabei wird das quasikontinuierlich aus einem Gas phasenreaktor oder aus der Flashkammer eines Slurryreaktors ausgetragene Po lyolefin mit überhitztem Dampf eines Gemisches aus Wasser und gegebenenfalls eines Alkanols, wie z. B. Methanol oder Äthanol, in einen fluidisierten Rühr bettreaktor gefördert und dabei auf Reaktionstemperatur aufgeheizt. Die Reakti on wird bevorzugt bei einem Druck von 0,1 bis 5 bar, besonders bevorzugt bei 0,5 bis 3 bar und bei einer Temperatur von 60 bis 150°C, besonders bevorzugt bei 90 bis 130°C durchgeführt.The grafting is particularly easy if it is immediately after the polymerization takes place. The gas becomes quasi-continuous phase reactor or Po discharged from the flash chamber of a slurry reactor lyolefin with superheated steam of a mixture of water and optionally an alkanol, such as. As methanol or ethanol, in a fluidized stir promoted bed reactor and heated to reaction temperature. The Reacti on is preferred at a pressure of 0.1 to 5 bar, particularly preferably at 0.5 to 3 bar and at a temperature of 60 to 150 ° C, particularly preferred carried out at 90 to 130 ° C.
Außer Methanol- oder Äthanoldampf können dem zur Fluidisierung des Fließbet tes eingesetzten Wasserdampf auch Dämpfe von C₃- bis C₈-Alkanolen zuge setzt werden. Die Verwendung von C₁- bis C₄-Alkanolen ist bevorzugt, beson ders bevorzugt wird Methanol zugesetzt. Als Fluidisierungsmittel kann Wasser dampf entweder allein oder im Gemisch mit Alkanolen eingeblasen werden, wo bei das Dampfgemisch aus 0,1 bis 1,0, bevorzugt 0,4 bis 1,0 Gewichtsteilen Wasser und 0 bis 0,9, bevorzugt 0 bis 0,5 Gewichtsteilen Alkanol besteht.In addition to methanol or ethanol vapor, this can be used to fluidize the fluidized bed tes water vapor also used vapors of C₃ to C₈ alkanols be set. The use of C₁ to C₄ alkanols is preferred, in particular methanol is preferably added. Water can be used as the fluidizing agent steam either alone or in a mixture with alkanols, where in the steam mixture of 0.1 to 1.0, preferably 0.4 to 1.0 parts by weight Water and 0 to 0.9, preferably 0 to 0.5 parts by weight of alkanol.
Bei den erfindungsgemäß verwendeten Pfropfmonomeren handelt es sich um Vinylmonomere, wie sie beispielsweise in EP-A-437 808 oder in DE-OS- 43 30 356 beschrieben sind. Typische Beispiele dafür sind ethylenisch ungesät tigte Carbonsäuren oder deren Derivate, wie z. B. Anhydride, Ester, Amide, Nitri le oder Halogenide, Vinyl-substituierte aromatische oder heteroaromatische Verbindungen oder aliphatische Vinylverbindungen bzw. deren Mischungen. Be vorzugte Pfropfmonomere sind Verbindungen aus der Gruppe der ungesättigten Carbonsäuren bzw. deren Derivaten, der Vinyl- oder Divinylaromaten und der aliphatischen Diene. Besonders bevorzugt sind Maleinsäureanhydrid, Styrol, Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylsäureester und Methacrylsäureester.The graft monomers used according to the invention are Vinyl monomers such as those found in EP-A-437 808 or in DE-OS 43 30 356 are described. Typical examples of this are ethylenically unsaturated Tigt carboxylic acids or their derivatives, such as. B. anhydrides, esters, amides, nitri le or halides, vinyl-substituted aromatic or heteroaromatic Compounds or aliphatic vinyl compounds or mixtures thereof. Be preferred graft monomers are compounds from the group of unsaturated Carboxylic acids or their derivatives, the vinyl or divinyl aromatics and aliphatic dienes. Maleic anhydride, styrene, Acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylic acid ester and methacrylic acid ester.
Im Falle der Verwendung von Radikalbildnern werden insbesondere peroxidische Initiatoren, wie z. B. Perester, Diacylperoxide, beispielsweise Dilauroyl- und Di benzoylperoxid, Dialkylperoxidcarbonate, beispielsweise Diisopropyl- und Di-(2- ethylhexyl)peroxydicarbonat, Peroxyketale, Alkylperoxide oder Diazoverbindun gen, wie z. B. 2,2′-Azo-bis(isobutyronitril) eingesetzt. Weitere mögliche Radikal bildner sind beispielsweise in EP-A-461 881 beschrieben. Bevorzugt als Radi kalbildner sind organische Peroxide mit Halbwertszeiten von 4 bis 40 min bei 100°C, wie z. B. t-Butylperoxypivalat, t-Butylperoxy-2-ethylhexanoat und Di benzoylperoxid.If radical formers are used, in particular peroxidic ones Initiators, such as B. perester, diacyl peroxides, for example dilauroyl and di benzoyl peroxide, dialkyl peroxide carbonates, for example diisopropyl and di (2- ethylhexyl) peroxydicarbonate, peroxyketals, alkyl peroxides or diazo compounds conditions such. B. 2,2'-azo-bis (isobutyronitrile). Another possible radical Formers are described for example in EP-A-461 881. Preferred as Radi Calcium formers are organic peroxides with half-lives of 4 to 40 minutes 100 ° C, such as B. t-butyl peroxypivalate, t-butyl peroxy-2-ethylhexanoate and di benzoyl peroxide.
Pfropfmonomere und Radikalbildner können entweder direkt den zu pfropfenden Polyolefinen zugesetzt werden, in einem bevorzugten Verfahren werden die Pfropfmonomeren und gegebenenfalls die Radikalbildner gemeinsam mit dem Dampf zur Fluidisierung des Fließbettes eingeblasen.Grafting monomers and radical formers can either directly be the ones to be grafted Polyolefins are added, in a preferred process the Graft monomers and, if appropriate, the radical formers together with the Steam is injected to fluidize the fluidized bed.
Das in den unteren Teil des Fließbettes eingeblasene Dampfgemisch besteht vorzugsweise aus 0,1 bis 1,0 Anteilen Wasser, 0 bis 0,9 Anteilen Methanol, 0,1 bis 0,9 Anteilen Pfropfmonomeren und 0 bis 0,03 Anteilen des Radikalbildners. The steam mixture blown into the lower part of the fluidized bed exists preferably from 0.1 to 1.0 parts of water, 0 to 0.9 parts of methanol, 0.1 up to 0.9 parts of graft monomers and 0 to 0.03 parts of the radical generator.
Das fluidisierte Fließbett besteht bevorzugt aus Polypropylen-Pulver oder -Granulat. Es kann zusätzlich durch Schaufeln, die auf einer Welle montiert sind, bewegt und so besonders effektiv am Koagulieren gehindert werden. Durch eventuelle weitere geeignete Einbauten wird eine Rückvermischung des Granula tes weitestgehend verhindert.The fluidized fluidized bed preferably consists of polypropylene powder or -Granules. In addition, by blades that are mounted on a shaft, moved and thus prevented from coagulating particularly effectively. By any other suitable internals will be a back mixing of the granules largely prevented.
Durch übliche Verfahrensweisen, wie z. B. Absenken des Druckes und Erhöhen der Temperatur, wird ein Großteil der im gepfropften Polyolefin gelösten Mono meren entfernt. Die dabei abgesaugten Monomerdämpfe werden verdichtet, ge kühlt und wieder dem Dampfkreislauf des Reaktors zugeführt.By usual procedures, such as. B. Lowering Pressure and Increasing temperature, much of the mono dissolved in the grafted polyolefin meren removed. The extracted monomer vapors are compressed, ge cools and fed back to the steam circuit of the reactor.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren werden die gepfropften Polyolefine im Anschluß an die Propfreaktion aufgeschmolzen und mit Maleinsäureanhydrid (MSA) in Kontakt gebracht, wobei ein Großteil eventuell noch nicht umgesetzter Restmonomerer entfernt wird. Die Reaktion verläuft insbesondere im Fall von verbliebenem Rest-Styrol besonders gut. Das Aufschmelzen erfolgt bevorzugt in einem Extruder, vorzugsweise in einem Zweischneckenextruder, wobei das MSA bevorzugt als Lösung in einem leichtflüchtigen Lösungsmittel, wie z. B. Aceton, zugegeben wird.In a further preferred process, the grafted polyolefins are Following the graft reaction melted and with maleic anhydride (MSA) brought into contact, with a large part possibly not yet implemented Residual monomer is removed. The reaction proceeds particularly in the case of remaining styrene is particularly good. The melting preferably takes place in an extruder, preferably in a twin-screw extruder, the MSA preferably as a solution in a volatile solvent, such as. B. acetone, is added.
Das Fließbett kann entweder in einem stehenden oder liegenden Reaktor auf rechterhalten werden. In Fig. 1 ist beispielhaft eine besonders bevorzugte Ver fahrensvariante mit einem liegenden Reaktor (1) aufgezeigt. (2) bezeichnet die Zuführung des Polyolefins, (3) einen Pulverabscheider. Das Polyolefinpulver wird durch ein im Kreislauf geführtes Gasgemisch (4), das Wasserdampf (6), gegebe nenfalls Alkanoldämpfe, Pfropfmonomere (7) und Radikalbildner (8) enthält, fluidisiert. Die Zugabe der Radikalbildner und Pfropfmonomeren erfolgt gegebe nenfalls über geeignete Verdampfer. Das bei (5) aus dem Reaktor (1) austre tende Kreislaufgas, das insbesondere noch nichtabsorbierte Pfropfmonomere, Wasserdampf und gegebenenfalls Alkanoldämpfe enthält, wird mit einem Kreis gaskompressor verdichtet und wieder in den unteren Teil des Reaktors (1) ge fördert. Nach einer Verweilzeit von ca. 30 bis 150 min gelangt das modifizierte Polyolefin, das noch nichtumgesetzte Pfropfmonomere und Radikalbildner ent halten kann, über eine Schleuse (9) in den Nachreaktor (10), durch den Wasser dampf (6), der gegebenenfalls geringe Mengen an leichtflüchtigen Stabilisatoren enthält, im Gegenstrom gefördert wird. Anschließend wird das Polyolefin aus dem Nachreaktor (10) kontinuierlich in einen Extruder (12) gefördert, wo es in der Eingangszone aufgeschmolzen wird. Bei (13) können leichtflüchtige Lö sungsmittel, wie z. B. Aceton oder Wasser, die gegebenenfalls reaktive Kompo nenten, wie z. B. Maleinsäureanhydrid, enthalten, bei (14) Polymerhilfsmittel wie z. B. Stabilisatoren, Gleitmittel, Antiblockmittel, Füllstoffe, etc. zugegeben wer den.The fluid bed can be maintained in either a standing or lying reactor. In Fig. 1, a particularly preferred United process variant with a horizontal reactor ( 1 ) is shown as an example. ( 2 ) denotes the feed of the polyolefin, ( 3 ) a powder separator. The polyolefin powder is fluidized by a circulating gas mixture ( 4 ) which contains water vapor ( 6 ), optionally alkanol vapors, graft monomers ( 7 ) and radical formers ( 8 ). The radical formers and graft monomers are optionally added via suitable evaporators. The ( 5 ) emerging from the reactor ( 1 ) circulating gas, which contains in particular non-absorbed graft monomers, water vapor and possibly alkanol vapors, is compressed with a gas compressor and again promoted ge in the lower part of the reactor ( 1 ). After a residence time of approx. 30 to 150 min, the modified polyolefin, which may contain unreacted graft monomers and free radical formers, passes through a lock ( 9 ) into the after-reactor ( 10 ), through the water vapor ( 6 ), which may contain small amounts contains volatile stabilizers, is promoted in countercurrent. The polyolefin is then continuously conveyed from the after-reactor ( 10 ) into an extruder ( 12 ), where it is melted in the entry zone. At ( 13 ) volatile solvents such. B. acetone or water, the optionally reactive compo nents, such as. B. maleic anhydride, contain ( 14 ) polymer auxiliaries such. B. stabilizers, lubricants, antiblocking agents, fillers, etc. who added.
Nach der praktisch vollständigen Entfernung aller nichtumgesetzten Pfropfmo nomeren durch eine Vakuumentgasung (16) wird die Polyolefin-Schmelze mit ei ner Unterwassergranulierung (15) granuliert.After virtually all the unreacted graft monomers have been removed by vacuum degassing ( 16 ), the polyolefin melt is granulated with an underwater pelletizer ( 15 ).
In einem mit Schaufeln gerührten Fließbettreaktor (1) mit einem Füllvolumen von 0,4 m³, wie er in Fig. 1 schematisch gezeigt wird, wurden bei (2) 200 kg/h Polypropylenpulver (PP-Homopolymer, MFI 3 dg/min, Fa. FCD-Polymere) pneumatisch zugeführt. Das Fließbett wurde mit 950 Nm³/h eines Kreislaufgases (4), das aus 40 mol% Wasser, 58 mol% Styrol und 2 mol% t- Butylperoxy-2-ethylhexanoat (Akzo) bestand, aufrechterhalten. Die Temperatur im Reaktor lag bei 1 10°C, der Druck bei 0,19 bar, die mittlere Verweilzeit des Polypropylens betrug 60 min. Anschließend wurde das gepfropfte Polypropylen kontinuierlich in den Nachreaktor (10) gefördert (103°C, 0,09 bar), in einem Zweischnecken-Extruder mit einem L/D-Verhältnis von 30 bei 250°C unter Zusatz von 0,25 kg/h eines 1 : 1 Stabilisatorgemisches aus Irgaphos 168 und Irganox 1010 (Ciba) aufgeschmolzen und granuliert.In a stirred with blades fluidized bed reactor (1) m³ having a capacity of 0.4, as it is schematically shown in Fig. 1, were added at (2) 200 kg / h of polypropylene powder (PP homopolymer MFI 3 dg / min, Fa FCD polymers) pneumatically fed. The fluidized bed was maintained with 950 Nm³ / h of a recycle gas ( 4 ) consisting of 40 mol% water, 58 mol% styrene and 2 mol% t-butylperoxy-2-ethylhexanoate (Akzo). The temperature in the reactor was 110 ° C., the pressure was 0.19 bar and the average residence time of the polypropylene was 60 min. The grafted polypropylene was then fed continuously into the after-reactor ( 10 ) (103 ° C., 0.09 bar), in a twin-screw extruder with an L / D ratio of 30 at 250 ° C. with the addition of 0.25 kg / h of a 1: 1 stabilizer mixture of Irgaphos 168 and Irganox 1010 (Ciba) melted and granulated.
Während der Pfropfreaktion wurden keine Anbackungen im Reaktor beobachtet, es wurde ein homogenes Produkt mit einem Ausstoß von 250 kg/h erhalten.No caking was observed in the reactor during the grafting reaction, a homogeneous product with an output of 250 kg / h was obtained.
Das Styrol-gepfropfte Polypropylen wies folgende Kennwerte auf:The styrene-grafted polypropylene had the following characteristics:
MFI (melt flow index bei 230°C/2,16 kg): 2 dg/min
E-Modul (DIN 53452/57): 2100 MPa
Polystyrolanteil: 10 Ma% gepfropft
8 Ma% HomopolymerMFI (melt flow index at 230 ° C / 2.16 kg): 2 dg / min
E-module (DIN 53452/57): 2100 MPa
Polystyrene content: grafted 10% by mass
8% by weight homopolymer
Die Messung des Polystyrolanteils erfolgte durch Extraktion mit Dichlorethan über 24 h bei Siedehitze in einer Soxhlet-Apparatur. Nach Abschluß der Extrak tion wurden die Proben unter Vakuum bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.The polystyrene content was measured by extraction with dichloroethane over 24 h at boiling point in a Soxhlet apparatus. After completing the Extrak tion, the samples were dried under vacuum to constant weight.
Analog zu Beispiel 1 wurde ein mit Styrol gepfropftes Polypropylen hergestellt, wobei jedoch die in Tabelle 1 angeführten Verfahrensparameter angewendet wurden. Als Radikalbildner wurde in Beispiel 3 t-Butylperoxybenzoat eingesetzt. Analogously to Example 1, a polypropylene grafted with styrene was produced, however, the process parameters listed in Table 1 are used were. In Example 3, t-butyl peroxybenzoate was used as the radical generator.
Es wurden keine Anbackungen im Reaktor festgestellt. Die erhaltenen Produkte waren homogen und wiesen die in Tabelle 2 angeführten Eigenschaftswerte auf.No caking was found in the reactor. The products received were homogeneous and had the property values listed in Table 2.
Analog zu Beispiel 1 wurde ein mit Styrol gepfropftes Polypropylen hergestellt, wobei jedoch im Kreislaufgas an Stelle von Wasserdampf Stickstoff eingesetzt und die in Tabelle 1 angeführten Verfahrensparameter angewendet wurden. Als Radikalbildner wurde t-Butylperoxybenzoat eingesetzt.Analogously to Example 1, a polypropylene grafted with styrene was produced, however, nitrogen is used instead of water vapor in the cycle gas and the process parameters listed in Table 1 were applied. As Free radical generator was used t-butyl peroxybenzoate.
Das erhaltene Produkt war sehr inhomogen. Aufgrund von Anbackungen am Reaktor mußte die Anlage nach 6 Stunden außer Betrieb genommen werden. The product obtained was very inhomogeneous. Due to caking on The reactor had to be taken out of operation after 6 hours.
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